Введение к работе
Актуальность работы
Решение основной задачи современного машиностроения - создания высокопроизводительных и надежных машин и оборудования требует новых подходов к проектированию узлов и деталей, работающих в условиях интенсивных эксплуатационных воздействий.
Одним из наиболее перспективных путей в этом направлении является применение сплавов на основе -алюминия, позволяющих значительно облегчить проектируемые конструкции, снизить инерционные нагрузки в кинематических парах машин, обеспечить коррозионную стойкость деталей. Однако, невысокие механические и тепловые характеристики алюминиевых сплавов обусловливают необходимость модифицирования их поверхности. Одним из наиболее перспективных методов защиты является плазменно-электролитичес-кая обработка (ПЗО) в растворах силикатов, позволяющая сформировать оксидно-керамические покрытия (ОКП), обладающие рядом высоких физико-механических характеристик, и открыть возможности для расширения сферы применения конструкционных материалов на основе алюминия. Однако, сложность механизма формирования СКП и недостаточная изученность основных физико-химических процессов, происходящих при ПЭО.- существенно сдерживают развитие этих технологий. В связи с этим теоретические и экспериментальные исследования процессов роста оксидных слоев на допробойных и плазменных стадиях электролиза, формирования их фазового состава и тепловыделения яри плазменно-электролитической обработке в силикатных электролитах' являются весьма актуальными.
Работа является частью исследований, проведенных в соответствии с программой Государственного Комитета по науке и технике 'совета Министров СССР 0.16.05 (Задание 30.26.Т). межвузовским комплексным научно-техническим проектом "Восстановление", поддержана грантом Правительства Российской Федерации по фундаментальным, исследованиям в области производства изделий авиакосмической техники 1994 г. и рядом хозяйственных договоров с предприятиями, что также подтверждает ее актуальность.
Цель работы. . Исследование и обоснование физико-химически/ процессов при плазменно-электролитической обработке ъ силикат-
них электролитах и технологий нанесения оксидно-керамических покрытий на сплавы алюминия; Задачи,;.
- исследовать закономерности и установить механизм формиро
вания первичных окисных слоев (ПОС) на различных сплавах алюми
ния в силикатных электролитах;
-исследовать кинетику, структуру и разработать модель формирования ОКП на плазменных стадиях электролиза, учитывающую особенности формирования Морфологии и состава покрытий nv\i ПЭО;
разработать модельные представления о формировании фазо-. ^ вого состава ОКП в процессе плазменно-электролитического оксидирования алюминиевых сплавов:
разработать модель тепловых процессов при ПЭО, установить динамику температурных полей и закономерности теплообмена, при / росте ОКП в силикатных растворах; ' /'
отработать технологические режимы получения ОКП различна-^ го назначения для защиты рабочих поверхностей деталзй из сплаї
bob алюминия. f
г
Научная новизна ';/
-
Установлено, что преобразование состава ПОС, при обработке сплавов алюминия в растворах силиката натрия в интервале потенциалов от -0.5 до +4,0 В включает увеличение количества оксида алюминия за счет частичного восстановления поверхностного слоя диоксида кремния до монооксида, частичного или полного восстановления оксидов легирующих элементов . сплава, имеющих меньшее, чем кремний, сродство к кислороду,, в зоне внутренней границы ПОС, а также сопровождается селективным, растворением поверхностных фаз оксидов легирующих элементов, имеющих сродство к кислороду большее,' чем алюминий.
-
В модели формирования ОКП на. плазменных стадиях оксидирования сплавов алюминия в растворах силиката натрия учтено Q6- разование оксидов по двум параллельно протекающим механизмам - плазмохимического синтеза в каналах пробоев покрытия и электрохимического образования оксидов с участием анионных комплексов электролита на свободной от искр поверхности. .
-
Термодинамическим моделированием для .сплава АЛ2 установ- лека, фазовый состав веществ,конденсирующихся'в канале пробоя
покрытия состоит из оксидов элементов сплава и электролита при содержании компонентов подложи в составе плазмы канала . пробоя в пределах от 60 до 65%. При меньшем их содержании возможно образование гидрооксидов, а при большем - наокисленных элементов, что приводит к уменьшению электросопротивления и снижению защитных свойств покрытия.
4. Определено, что особенностями теплообмена при ПЗО сплава АД1 в силикатных электролитах, по сравнению с кипением воды, являются переход от теплообмена в условиях пузырькового кипения к пленочному при значениях коэффициента теплоотдачи а„ ~ (12...14)103 Вт/м2К и подводимого тепла Q * 5,0- Ю5 Вт/кг. стабильность участка пленочного кипения вплоть до значений Q * 0,5-Ю5 Вт/м2 и повышение а,, в условиях пленочного кипения от 1000 до 3500 Вт/мгК при увеличении подводимого тепла.
Практическая ценность
научных и прикладных результатов состоит в разработке модельній; представлений об основных физико-химических процесс .х, происходящих- при плазменно-электролитическои обработке сплавов алюминия в силикатных электролитах и обосновании технологии формирования -поверхностных оксидно-керамических слоев для упрочнения, защиты и восстановления рабочих поверхностей деталей, способствующих расширенна сферы применения и повышении эксплуатационных характеристик алюминиевых материалов.
На зариту выносятся;.
интерпретация механизма образования ПОС на различных сплавах алюминия при их обработке в растворах силиката, модели роста ОКП на плазменных стадиях электролиза, формирования фазового состава и температурных полей в покрытиях при ПЗО;
результаты исследования влияния технологических параметров процесса (ТПП) на кинетику формирования ПОС слоев и ОКП на различных сплавах алюминия, формирование фазового состава, морфологии и температурных полей в ОКП в процессе ПЭО;
результаты применения теоретических основ процессов ПЭО при разработке износостойких.' теплозащитных, коррозионностойких ОКП на различных сплавах алюминия.
Дпрдбация ftaQpTH- и. п&пакашщ
Материалы диссертации докладывались на 5-й Межреспубликанской научно-технической конференции "Импульсная разряд ц .жидкости и его применение в промышленности", ц»колаео, 1992; Цеадуиа-родной конференции "ALT'92", Москва, 1992; 1-й Международной конференций "AMATEUR'92", Братислава, ЧакоСловакия, 1992; 8-м Международном симпозиуме СШТЕС "Forum on new iasterialo", Флоренция, Италия, 1994г Международной конференции "TATfVHVTF 94"' Дрезден,. ФРГ, 1994; Российской научно-Текнйческон конференции "Новые материалы и технологии", Йосква, 1894; Ыездународаой конференцій "Восстанавливающие и ресурсосберегаищйе технологии машиностроения" Саратов, 1994.
По материалам диссертации опубликовано 13 работ, описок которых приведен о конце автореферата.
Структура и объем диссертации