Программно-аппаратный комплекс для исследования процессов трения и износа методом «диск на плоскости»

Abstract

Переход точного машиностроения и приборостроения к широкому использованию наноразмерных структур и тонких слоев требует повышения локальности методов измерения по глубине материала. Унифицированные и общепризнанные стандарты методов измерения износостойкости и коэффициента трения слоистых структур и поверхностно-упрочненных материалов в настоящее время отсутствуют. Целью работы являлось создание универсальной машины трения, отличающейся максимально упрощенными требованиями к подготовке и геометрической форме образцов. Важным требованием, предъявляемым к установке и методу измерения, является возможность измерения коэффициента трения и определения стойкости к износу покрытий и упрочненных слоев микронной и субмикронной толщины. Вторым важным требованием является воспроизведение в эксперименте ацикличного процесса трения, максимально приближенного к реальным условиям эксплуатации узлов и деталей. Оба эти условия успешно реализуются при использовании метода «диск на плоскости». Использование метода «диск на плоскости» ведет к упрощению и повышению экспрессности измерений, минимизации используемых нагрузок на узел трения, снижению температуры трибопары, увеличению чувствительности и улучшению термостабилизации тензомоста. Разработана, изготовлена и апробирована установка для исследования процессов трения и износа различных пар материалов в условиях, близких к эксплуатационным. Апробирована конструкция измерительной консоли с низкой величиной паразитных нагрузок на тензодатчики. Создан компьютеризированный программно-аппаратный комплекс для регистрации параметров процесса трения. Разработано программное обеспечение для обработки и хранения результатов эксперимента. Программное обеспечение совместимо с современными операционными системами Windows. Формат файлов для хранения результатов измерения коэффициента трения совместим с основными графическими редакторами и допускает математическую обработку средствами Exсel. Последовательно изложены основные принципы анализа и обработки результатов. Приведены типичные результаты использования разработанной машины трения для измерения коэффициента трения и определения стойкости к износу массивных, однородных и поверхностно упрочненных материалов и сплавов с покрытиями. Показана высокая эффективность созданного комплекса оборудования при исследовании и оптимизации процессов нанесения покрытий и модификации поверхностных слоев. Работоспособность комплекса подтверждена при исследовании модифицированных слоев и покрытий микронной толщины. Установлено, что коэффициент трения и износостойкость конструкционных материалов, тонких микрокристаллических упрочняющих покрытий и наноструктурированных слоев эффективно контролируется c помощью созданного комплекса.