Struktura i właściwości ceramiczno-grafitowych warstw powierzchniowych otrzymywanych metodą duplex

Abstract

W niniejszej pracy opracowano technologie wytwarzania ceramiczno-grafitowych warstw powierzchniowych, w wyniku modyfikacji metodą duplex i metodą bezpośrednią powłoki tlenku aluminium pyłem grafitowym. Przedstawione wyniki badań oraz ich interpretacja w oparciu o obszerny przegląd bibliograficzny pozwalają na sformułowanie poniższych wniosków: 1. Modyfikacja powłok tlenku aluminium wytwarzanych na stopie EN-AW-5251 pozwala na otrzymanie ceramiczno-grafitowych warstw powierzchniowych, zarówno w wyniku obróbki cieplno-chemicznej powłok w pyle grafitu jak też w wyniku anodowania stopu w elektrolitach z zawiesiną pyłu grafitu. 2. Ceramiczno-grafitowe warstwy powierzchniowe posiadają amorficzną, włóknistą strukturę z wydzieleniami węgla usytuowanymi pomiędzy włóknami tlenku. W przypadku powłok wytwarzanych metodą duplex wydzielenia mają charakter dyfuzyjny, w przypadku powłok wytwarzanych metodą bezpośrednią wydzielenia mają postać cząstek grafitu o rozmiarach odpowiadającym cząstkom pyłu użytego do modyfikacji. 3. W wyniku prowadzonego procesu modyfikacji powłok tlenku aluminium grafitem wzrasta ich mikrotwardość. Zwiększanie parametrów obróbki cieplno-chemicznej (czas, temperatura) powoduje wzrost szybkości dyfuzji a przez to wzrost mikrotwardości. W przypadku powłok wytwarzanych metodą bezpośrednią wzrost mikrotwardości spowodowany jest większą koncentracją grafitu w elektrolicie. 4. Kompozytowe powłoki cechują się podwyższoną zawartością związków węgla w strukturze. Zawartość węgla jest największa na powierzchni do 23 % i maleje wzdłuż przekroju poprzecznego warstwy do 2 %. Podwyższanie temperatury i czasu obróbki cieplno-chemicznej powoduje zwiększenie dyfuzji węgla do powłoki tlenkowej. 5. Wydzielenia węglowe wynikające z prowadzonych procesów modyfikacji powłoki tlenkowej należą do politypowej odmiany grafitu 2H. Struktura krystaliczna tego grafitu powoduje jego wysoką odporność na nacisk oraz małą wytrzymałość na ścinanie. 6 . Ceramiczno-grafitowe warstwy powierzchniowe wykazują lepsze właściwości tribologiczne (obniżenie współczynnika tarcia do 40% oraz zmniejszenie intensywności zużywania tworzywa polimerowego do czterech razy) w stosunku do warstw tlenkowych niemodyfikowanych, przy współpracy w warunkach tarcia technicznie suchego. 7. Powłoki kompozytowe wykazują niską chropowatość i łożyskową powierzchnię pożądaną dla powłok przeznaczonych do skojarzeń ślizgowych z tworzywami polimerowymi. Modyfikacja powłok tlenku aluminium grafitem poprawia do 50% odporność powłoki na ścieranie po wstępnym okresie docierania. 8 . Ceramiczno-grafitowe warstwy powierzchniowe, ze względu na wzrost właściwości mechanicznych oraz wzrost zawartości związków węgla w strukturze warstw, co skutkuje zmniejszeniem oporów ruchu węzłów kinematycznych, mogą być z powodzeniem stosowane na pokrycia cylindrów bezsmarowych siłowników pneumatycznych. Powyższe wnioski z przeprowadzonych badań eksperymentalnych opisanych w rozdziałach dotyczących struktury i właściwości ceramiczno-grafitowych warstw powierzchniowych otrzymywanych metodą duplex i metodą bezpośrednią potwierdzają założenia zawarte w tezie pracy.