ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ КОНВЕРСІЙНИХ ПОКРИТТІВ НА ТИТАНОВИХ СПЛАВАХ В КОНТАКТІ ІЗ GFRP В УМОВАХ НОМІНАЛЬНО НЕРУХОМОГО КОНТАКТУ

Анотація

Титанові сплави володіють низькими зносостійкими властивостями, але незважаючи на це в сучасних повітряних суднах з кожним роком лише підвищується використання, як титанових сплавів так і композиційних матеріалів, завдяки їх високим властивостям міцності в порівнянні із їх вагою. Контакт цих матеріалів все частіше зустрічається в повітряних суднах відомих виробників та конструкторських бюро.

Номінально нерухомі контакти титанових сплавів та композиційних матеріалів (вуглепластиків та склопластиків) під дією вібрації від експлуатації повітряних суден та роботи газотурбінних двигунів з часом починають мікропереміщуватись, що призводить до просковжування поверхонь і як наслідок появі дефектів відомих як фретинг-корозія. Аналіз пошкоджених деталей показує, що в контакті Ti-СFRP/GFRP титанові сплави пошкоджуються в рази більше ніж композиційні матеріали завдяки високій міцності та абразивній дії армуючих волокон. Таким чином титанові сплави в номінально нерухомих контактах необхідно завжди захищати спеціальними покриттями та обробкою для попередження розвитку втомних тріщин які виникають під час пошкоджень в результаті фретинга.

Існують різні варіанти конверсійних покриттів на титанових сплавах кожен із яких володіє своїми властивостями та метою застосування. В роботі представлено аналіз застосування конверсійних покриттів на титановому сплаві Ti5Al5V5Мо1Cr1Fe з метою захисту контакту від зношування. Випробуваннями встановлено, що конверсійні покриття підвищують зносостійкість титанового сплаву для анодного покриття на 10 % та на 6 % для фосфатного покриття. Мала глибина покриття до 20 мкм та недостатня твердість зумовлює лише захист від армуючих волокон GFRP на деякій час а потім лише підсилює ефект пошкодження.

При контакті Е-glass волокон із конверсійними покриттями утворюються глибокі борозни на мікрорівні, що розташовані по напряму ковзання. Продукти зношування у вигляді оксидних та фосфатних з’єднань за рахунок адгезії утворюють ділянки на дні борозень. За рахунок зрізування та схоплювання відбувається перемішування на поверхні тертя продуктів конверсійних покриттів, окислів титану та часток скляних волокон в трибологічний шар який здебільшого має абразивну дію. В свою чергу абразивні частки впроваджуються в більш шорстку поверхню GFRP та при терті відбувається абразивно-адгезійний вид зношування в контакті. В результаті фретинг-корозійних процесів утворюються мікротріщини та ділянки відшарування титанового покриття на поверхні біля границь зерен які підсилюють руйнування поверхні титану. Більший захист дає покриття анодування за рахунок утворення плівки яка на 40 % має більшу твердість в порівнянні із фосфатуванням.