Исторически легкие сплавы не очень хорошо подходили для применений, связанных с трением. Несмотря на то, что они обладают чрезвычайно положительным соотношением прочности к весу, их низкая износостойкость ограничивает их использование. Это привело к тому, что сталь – и другие тяжелые металлы – продолжают доминировать над легкими сплавами, даже там, где вес является ключевым фактором.
Материаловедение – это постоянно развивающаяся область. По мере совершенствования технологий появляются новые решения для нанесения покрытий на поверхности. Легкие сплавы теперь способны обеспечивать эквивалентную износостойкость, сохраняя при этом свои свойства снижения веса. Это означает, что при правильной технологии обработки поверхности легкие сплавы могут улучшить характеристики трения и износа при сухом скольжении.
Что такое скользящий износ?
Сухой износ скольжения возникает, когда две поверхности скользят друг по другу. Износ скольжения на поверхности деталей из легких сплавов происходит двумя способами:
- Абразивный износ происходит, когда между двумя поверхностями находятся твердые частицы. Эти частицы соскребают или вспахивают материал с одной или обеих поверхностей, вызывая потери материала.
- Адгезионный износ возникает, когда две поверхности сцепляются во время скольжения, и материал переносится с одной поверхности на другую или теряется. Этот тип износа наиболее распространен при отсутствии смазки.
Износ прогрессирующий, и потери материала увеличиваются по мере продолжения или увеличения движения. Конечным результатом является разрушение из-за износа в результате изменений поверхности, вызванных износом. Износ также может способствовать ускорению коррозии.
Скользящая износостойкость
Износ проявляется во многих формах: различные типы относительного движения оказывают различное воздействие на легкие сплавы с удалением материала. Чтобы легкий сплав стал более устойчивым к износу, необходимо наличие нескольких ключевых характеристик. Раньше твердость считалась ключевой характеристикой износостойкости. Однако соблюдение требований, то есть соотношение жесткости и прочности на растяжение, также имеет ключевое значение. По этой причине мощеная дорога будет более износостойкой, чем один слой асфальта.
Сплав легких металлов без покрытия, например алюминиевый или титановый сплав, имеет низкий коэффициент износа. В результате, когда компонент из легкого сплава подвергается износу в условиях эксплуатации, он теряет материал с ускоренной скоростью, тем самым сокращая срок службы компонента.
Однако добавление поверхностного покрытия позволяет радикально изменить эксплуатационные характеристики легкого сплава. Например, коэффициент износа оксида алюминия значительно выше, чем коэффициент износа типичного алюминиевого сплава. Он теряет гораздо меньше материала при износе и, следовательно, теоретически менее склонен к выходу из строя. Однако не все поверхностные покрытия способны выдерживать одинаковый уровень износа.
К поверхностным покрытиям, значительно повышающим коэффициент износа легких сплавов, относятся твердое анодирование, азотирование, химическое никелирование и технологии газотермического напыления.
Заключение
Износостойкость при скольжении является важным свойством легких сплавов, используемых в высокопроизводительных устройствах. Материалы с высоким коэффициентом износа устойчивы к износу и с меньшей вероятностью выходят из строя при использовании в таких секторах, как аэрокосмическая, автомобильная, нефтегазовая и промышленность. Легкие сплавы обычно имеют низкие коэффициенты износа, но поверхностные покрытия могут улучшить этот показатель.