Введение к работе
Актуальность темы
Микроплазмохимические электролитические процессы и, в частности, микродуговое оксидирование (далее МДО) – новое и весьма перспективное направление в технологии электрохимического формирования сплавленных и кристаллизованных оксидных покрытий. Работы по микродуговому оксидированию были начаты в США в 50-е, а в 70-е годы прошлого века – в СССР в Институте неорганической химии Сибирского отделения Академии наук СССР (г. Новосибирск). Были разработаны способы формирования декоративных, износостойких, теплоизоляционных и других функциональных покрытий и предложен ряд моделей МДО, которые на качественном уровне описывали механизм процессов, протекающих на поверхности обрабатываемой детали.
Развитие техники на современном этапе диктует новые требования к конструкционным материалам, в том числе к материалам со специфическими свойствами рабочих поверхностей. Для организации производства особое значение приобретают стабильность и воспроизводимость характеристик покрытий, как долго обозначенный комплекс характеристик покрытия может обеспечиваться в ходе серийного производства в том или ином электролите. Такие данные по процессам МДО практически отсутствуют. Существующие в настоящее время модели МДО не позволяют предсказывать параметры процесса получения покрытий с заданными характеристиками. Поэтому развитие работ по совершенствованию модели процесса МДО и ее использованию для направленного изменения свойств обрабатываемой поверхности является актуальным.
Цель работы
изучить процесс микродугового анодирования алюминиевых сплавов в малоконцентрированном силикатно-щелочном электролите и разработать рекомендации по повышению стабильности и длительности его работы.
Задачи исследования:
изучить физико-химические свойства растворов и определить период стабильной работы электролита, определяемый свойствами получаемого оксидного покрытия;
изучить структуру и свойства покрытия, формируемого на алюминиевых сплавах при микродуговом анодировании;
предложить модель развития плазменных образований в ходе процесса МДО;
разработать технологические рекомендации по продлению срока службы силикатно-щелочного электролита для МДО.
Научная новизна
- установлено изменение элементного и фазового состава получаемого
оксидного покрытия на сплаве алюминия в процессе эксплуатации
электролита: по истечении 24 Ач/дм3 образуются кристаллические высокотемпературные фазы оксидов алюминия и кремния;
впервые выявлено, что причиной возникновения дефектов оксидного покрытия на сплаве Al при МДО в силикатно-щелочном электролите является увеличение диаметра незакрытых пор;
впервые предложена динамическая модель развития плазменных образований, позволяющая связать изменения характера микродуговых разрядов с толщиной оксидного покрытия;
впервые получены экспериментальные данные о термическом воздействии микроразрядов в процессе МДО на металл, приводящем к локальному плавлению и разогреванию расплава до температур около 2000 оС и выбросу части материала покрытия и обрабатываемой детали в электролит, что приводит к образованию шлама.
Практическая значимость результатов работы
– Даны рекомендации по увеличению длительности эксплуатации малоконцентрированного силикатно-щелочного электролита для получения на сплавах алюминия оксидных функциональных покрытий методом микродугового оксидирования. Внедрение результатов работы на предприятии ПКФ «Экс-Форма» г. Саратова позволило увеличить выпуск годовой продукции на 0,5 млн. руб в год.
– Результаты работы применяются в учебном процессе подготовки
специалистов по технологии электрохимических производств: при чтении
курса лекций и выполнении курсовых работ по дисциплинам «Спецглавы
электрохимии функциональной гальванотехники», «Основы
электрохимической технологии».
Достоверность полученных результатов определяется
использованием комплекса современного аналитического оборудования и методов исследования, метрологическим обеспечением измерительных приборов, сопоставимостью результатов с данными других исследований в области МДО.
Апробация результатов работы
Материалы диссертации апробированы на Международных и Всероссийских конференциях: XVII Международной научно-практической конференции «Наука и современность – 2012» (Новосибирск, 2012); Международной молодежной научной школе «Современные биоинженерные и ядерно-физические технологии в медицине» (Саратов, 2012 г.); Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология. «Композит – 2013» (Саратов, 2013); Международной объединенной конференции (V конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии», IV конференции «Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей» (Плес, 2013); III Международной конференция по химии и химической технологии (Ереван, 2013); 12-й Всероссийской с
международным участием научно-технической конференции
«Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 1 патент, 3 статьи в центральной печати, 6 статей в сборниках трудов.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 146 наименований. Работа изложена на 120 страницах, содержит 36 рисунков, 12 таблиц.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Результаты изучения физико-химических свойств силикатно-щелочного электролита в процессе эксплуатации и их связь со структурой формируемого покрытия на сплавах алюминия.
-
Модель развития плазменных образований в ходе процесса МДО.
-
Технологические рекомендации по продлению срока службы силикатно-щелочного электролита для МДО.
