Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ техники и технологии формирования композиционных электрохимических покрытий для узлов трения 7
1.1 Общая характеристика метода микродугового оксидирования (МДО). Классификация видов МДО 7
1.2 Основные параметры (режимы) метода микродугового оксидирования
1.3 Электролиты для МДО 21
1.4 Цель диссертационной работы и постановка задач исследования. 26
Глава 2. Материалы, методы и средства исследований 29
2.1 .Технология и оборудование процесса МДО 29
2.2 Материалы исследования (дисперсная фаза, электролиты, полученные образцы) 38
2.2.1 Дисперсная фаза 38
2.2.2. Электролиты-суспензии 38
2.2.3. Образцы 39
2.3. Методы исследования 40
2.3.1. Проведение элементного и рентгеноструктурного анализа КЭП
2.3.2. Определение механических свойств 41
2.3.3. Определение коэффициента трения в трибосопряжениях на основе КЭП, сформированных МДО в электролитах-суспензиях... 44
2.3.4. Определение молекулярной составляющей коэффициента трения в трибосопряжениях на основе КЭП, сформированных МДО в электролитах-суспензиях 50
2.3.5. Определение относительной износостойкости сформированных КЭП 54
2.3.6. Изучение соотношения структурных составляющих полученных КЭП 57
2.3.7. Планирование эксперимента при формировании МДО-
покрытий в электролитах-суспензиях 58
Глава 3. Формирование мдо-покрытий в электролитах-суспензиях 60
3.1. Модельные представления о механизме формирования МДО-покрытий в электролитах при наличии дисперсной фазы 60
3.2. Разработка оптимального состава электролита-суспензии 72
3.2.1. Выбор упрочняющей дисперсной фазы 75
3.2.2 Возможность получения МДО-покрытия с ДФ из электролита-суспензии 79
3.2.3. Выбор базового электролита
3.2.3.1. Выбор основного уровня
3.2.3.2. Выбор интервалов варьирования
3.2.3.3. Выбор факторов планирования
3.2.3.4. Результаты I стадии эксперимента и их анализ...
3.2.4. Выбор оптимальных условий формирования МДО-покрытий в электролитах-суспензиях 97
Глава 4. Исследование структуры и физико-механических характеристик МДО-покрытий, сформированных в электролитах-суспензиях
4.1. Результаты элементного и рентгеноструктурного анализа КЭП в ЭС 106
4.1.1. Элементный состав КЭП в ЭС 106
4.1.2. Фазовый состав КЭП в ЭС 108
4.2. Влияние среды на работу трибосопряжений с МДО-покрытиями, сформированными в электролитах-суспензиях 116
4.3. Влияние температуры на работу трибосопряжений с МДО-покрытиями, сформированными в электролитах-суспензиях 119
4.4. Физико-механические свойства МДО-покрытий, сформированных в электролитах-суспензиях 126
4.4.1. Относительная износостойкость МДО-покрытий, сформированных в электролитах-суспензиях 127
4.4.2. Влияние условий испытаний на величину молекулярной составляющей коэффициента трения в трибосопряжениях на основе КЭП, сформированных МДО в электролитах-суспензиях 134
4.5. Основные результаты 136
Глава 5. Рекомендации по эффективному использованию узлов трения , упрочненных мдо-покрытиями в электролитах-суспензиях, в промышленности 140
5.1. Испытания уплотнительных элементов торцовых уплотнений... 140
5.1.1 Стендовые испытания торцовых уплотнений 142
5.1.2 Промышленные испытания торцовых уплотнений 143
5.2. Испытания уплотнительных элементов шаровых кранов 145
5.2.1 Стендовые испытания шаровых кранов 146
5.2.2 Промышленные испытания шаровых кранов 148
5.3. Испытания опытных рабочих колес турбодетендоров 149
5.4. Общие рекомендации 154
Выводы 156
Список литературы 158
- Основные параметры (режимы) метода микродугового оксидирования
- Материалы исследования (дисперсная фаза, электролиты, полученные образцы)
- Разработка оптимального состава электролита-суспензии
- Элементный состав КЭП в ЭС
Введение к работе
Развитие современной науки и промышленного производства обусловило постановку задачи создания новых, экологически чистых материалов, способных работать в сложных условиях внешнего воздействия, в том числе при высоких градиентах температур, в агрессивных средах, при интенсивных ударных нагрузках, в тяжелых режимах трения и изнашивания. Эффективное решение этой задачи реализуется посредством разработки специальных композиционных материалов и покрытий. Одним из возможных способов нанесения композиционных покрытий на поверхности трения деталей машин является их формирование методом микродугового оксидирования в электролитах-суспензиях.
Это перспективное направление, которому посвящена настоящая работа, позволяет создавать на поверхности обрабатываемых деталей композиционные материалы (комплексные электрохимические покрытия (КЭП), в состав которых входят соединения порошковых материалов, введенных в электролит.
Микродуговая обработка рабочих поверхностей деталей в электролитах-суспензиях, содержащих материалы дисперсной фазы различной природы и размера, позволяет влиять на свойства получаемых покрытий, поскольку при этом реализуется хорошо известный принцип, заимствованный у природы. Суть его заключается в том, что совместная работа разнородных материалов дает эффект, равносильный созданию нового материала, свойства которого отличаются от свойств каждой из его составляющих.
Благодаря уникальным свойствам нового материала сочетать в себе высокую износостойкость, коррозионную стойкость, а также тепло- и эрозионностойкость, перечень областей его применения (от бытовой и текстильной до медицинской и аэрокосмической) становится все более широким.
Данная технология представлена отдельной группой электролитов, которая на сегодняшний день является наиболее сложной по составу и в то же время наименее изученной. Поэтому разработка и исследования новых экологически чистых технологий нанесения высокоэффективных и надежных покрытий для защиты и упрочнения металлических изделий, бесспорно, являются весьма актуальными задачами современной науки и техники.
Широкое внедрение этих покрытий в производство сдерживается сложностью и недостаточной изученностью процессов их формирования. В частности, нет четкой модели формирования КЭП с дисперсной фазой (ДФ) из электролита-суспензии (ЭС), что не позволяет однозначно задать конечные свойства покрытия. Кроме того, из-за малой изученности ЭС, в научно- технической литературе нет достаточных сведений о результатах исследований поведения подобных покрытий при работе в узлах трения под нагрузкой, в средах на углеводородной основе и в минерализованной воде, что сдерживает применение их на объектах нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей промышленности, где эти покрытия могли бы найти широкое применение.
Настоящая работа предназначена для восполнения указанного пробела.
Проведенные в диссертации исследования условий формирования МДО-покрытий в ЭС направлены, в основном, на выбор упрочняющей ДФ и электролита для получения матрицы, установление зависимости состава покрытий от параметров электролиза и характеристик ДФ, а также на разработку способов интенсификации процессов формообразования и повышения качества покрытий.
Основные параметры (режимы) метода микродугового оксидирования
Одной из центральных задач исследования является получение КЭП с заранее заданными характеристиками. Помимо знания общих закономерностей механизма МДО для этого необходимо также управление режимом (параметрами) непосредственно в процессе нанесения покрытий. Это же отчасти требуется и при постановке так называемого «активного» эксперимента, когда предполагаются прямое вмешательство экспериментатора в процесс и возможность выбора в каждом опыте тех уровней факторов (значений параметров), которые представляют интерес.
Нам представляется целесообразным выделить в группе технологических параметров два подраздела: предварительный и основной. Уже указанные характеристики отнесем к основным, уровень которых можно регулировать и поддерживать непосредственно во время микродугового оксидирования. Уровень предварительных факторов задается до начала пропускания тока.
Технологические требования, входящие в этот подраздел, были сформулированы в ходе исследований в рамках данной работы и подробно рассмотрены в разделе 3.2.1.
В целом, можно отметить, что режимы микродугового оксидирования и реализующие их источники питания (источники технологического тока (ИТТ), гораздо более разнообразны и сложны [159], чем при анодировании. Применяемые режимы можно классифицировать: по роду тока (постоянного тока, переменного тока, при их наложении); по полярности приложенного напряжения (анодный, катодный, анодно-катодный, циклирование режимов различной полярности с участием бестоковой паузы [118]); по изменению электрических параметров (гальваностатический, гальванодинамический, потенциостатический, потенциодинамический, режим постоянной мощности, режим падающей мощности и т.д.); по характеру разряда (искровой, микродуговой, дуговой, дуговой электрофорез); по степени управления (ручной, полуавтоматический, автоматический); по способу формирования разряда (мягкий, мягко-жесткий, жестко-мягкий, жесткий) [138]. Последнее следует рассмотреть особо, поскольку жесткость разряда (через время чисто электрохимического и микродугового воздействия на материал, а также через действующие значения токов, которые определяют температуру в разряде) влияет на такие конечные характеристики МДО-покрытий, как твердость, пористость, пробойное напряжение и т.д. Эти режимы определяются выходными параметрами источников питания для МДО, влияющими на начало и окончание микродугового разряда в каждом полупериоде. Под мягким режимом подразумевается естественное начало пробоя уже сформировавшегося покрытия, когда напряженность электрического поля на границе металл-оксид-электролит плавно, в соответствии с формой входного напряжения, достигает критического значения, при котором начинается пробой. При жестком режиме начальная разность потенциалов, заведомо больше критической, что обеспечивает принудительное начало пробоя. Окончание разряда для мягкого режима определяется емкостью источника питания и классифицируется как естественное, а для жесткого - формой напряжения в сети и классифицируется как принудительное. Таким образом, при мягком режиме обеспечивается естественное начало и естественное окончание разряда, при мягко-жестком -естественное начало и принудительное окончание, при жестко-мягком -принудительное начало и естественное окончание, при жестком принудительное начало и принудительное окончание разряда.
Значительная часть прикладываемой мощности источника питания в анод но-като дном процессе, из-за сравнительно большой энергоемкости приходится не на формирование износостойкого покрытия, а на нагрев электролита и рабочего электрода (детали), что отрицательно сказывается на к.п.д. анодно-катодного метода, делая его сравнительно невысоким. Однако благодаря уникальным свойствам формируемых покрытий, а именно, исключительно высокой твердости и износостойкости, отмеченный недостаток с лихвой компенсируется использованием их в тяжелых эксплуатационных условиях.
На рис. 1.2.1 показаны примерные стадии теплового баланса при микродуговой обработке анодно-катодным методом [82]. В момент пробоя вся потребляемая мощность тратится на преодоление диэлектрических свойств пкрытия, т.е. прикладывается к сформированной ранее диэлектрической пленке.
Но уже в следующий момент она распадается на мощность, затрачиваемую на термическую диссоциацию оксида; мощность, идущую на термические превращения в оксиде (у — а переход); мощность, затрачиваемую на прогрев участка поверхности, находящегося в зоне действия дуги; мощность, затрачиваемую на химическое взаимодействие элементов электролита и электрода; мощность, затрачиваемую на собственно формирование покрытия. При этом следует также учитывать и мощность, которая тратится на световые (свечение разрядов) и шумовые (характерные треск, щелчки) явления, а также на нагрев электролита и детали.
Возможности обработки микродуговым методом могут быть охарактеризованы применяемыми токовыми режимами, наиболее предпочтительные из которых представлены на рис. 1.2.2. Первые три (а, б, в) режима характерны для анодного МДО с различным коэффициентом пульсации (от 3 до 100%) [15]. Режим г- анодный пульсирующий с подачей через каждые 5-50 положительных импульсов одного отрицательного [8]. Анодно-катодные режимы (д, е), включающие обычное АКМДО и АКМДО с катодированием (К), осуществляемые на источнике питания с промышленной частотой f =50 Гц [2, 9]. Последняя группа режимов (ж, з) - разновидности импульсной подачи тока с частотой, превышающей промышленную, как правило, до 1 - 2 кГц [119, 120].
Материалы исследования (дисперсная фаза, электролиты, полученные образцы)
Исследование влияния различных порошковых добавок в электролит проводилось на основе простого (базового) электролита — 2 г/л КОН и, после планирования эксперимента, 2,5 г/л КОН, к которому добавлялись различные комбинации порошков окислов, карбидов, нитридов и боридов металлов: А1203; Сг203; ТЮ2; Zr02; TiC; В4С; BN и др. Для стабилизации электролитов-суспензий вводился также раствор гексаметафосфата натрия (Na6P6Ois). В качестве сверхтонких порошков использовались ультрадисперсные порошки (УДП) [56, 168]: аэросил (АЭ)- Si02; аэросил-амино (АЭА) - Si-0-CH2CHrNH2; алюмосиликат (АС) Si02-Al203; титаносиликат (ТАС) - Si02i02. Кроме того, для расширения диапазона исследований в электролит-суспензию добавляли растворимые соли типа: Na2Si03; NaAl02; K2Al2043H20; K2Ti034H20; Na2Cr207; КМГ1О4 и ДР- В табл. 2.1 представлены основные свойства использованных порошковых материалов.
Электролиты-суспензии готовили путем растворения в дистиллированной воде необходимого количества щелочи в виде гидроокиси калия и введения в них расчетных количеств (подробно об этом - в разделе 3.2) растворимой соли и дисперсной фазы (окислов, карбидов, нитридов, боридов металлов), предварительно смешенных мокрым методом (в шаровой мельнице) с расчетным количеством ультрадисперсного порошка (например, аэросила-амино). Для удобства чтения и сокращения записи составов электролитов смесь щелочи - гидроокиси калия и стабилизатора - гексаметафосфата натрия, используемые в большинстве приготавливаемых электролитов-суспензий, обозначена литерой у = КОН+ Na6P6Oi8 Подготовленные образцы, размерами 010x6 мм и 015x6 и 20x20x5 из сплавов алюминия систем Al-Cu-Mg (Діб) и Al-Mg (АМгб), были обработаны методом МДО в соответствующих электролитах-суспензиях на источнике конденсаторного типа. Микродуговое оксидирование проводили в анодно-катодном режиме с соотношением катодного тока к анодному, равном IJIa = 1,0. Плотность тока была 10-15 А/дм , продолжительность формирования от 30 до 90 мин, толщина покрытия на образцах в среднем от 80 - 120 до 160-200 мкм. Использованные в экспериментах комбинации сочетаний ДФ в электролитах-суспензиях, время формирования и некоторые свойства покрытий на образцах представлены табл. 3.1. Описание подготовки образцов для машины трения СМЦ-2 (колодок и роликов) приводится в разделе 2.3.3.
Элементный состав образцов определялся на сканирующем электронном микроскопе LEO-430i с рентгеновским микроанализатором LINK ISIS. Все изображения получены при 1000-кратном увеличении. Элементный состав определялся с площади, соответствующей площади кадра. Рабочие режимы: ускоряющее напряжение UyCK = 20 кВ; ток 1 = 2 тА.
В работе велся поиск следующих элементов: А1, Си, Mg, Ті, Si, К, Na, P. Перечень элементов определялся их наличием в составе материалов дисперсной фазы, в алюминиевом сплаве образцов, а также среди составляющих базового электролита.
Съемка образцов для изучения фазового состава МДО-покрытий производилась на рентгеновском дифрактометре ДРОН-ЗМ (СиКа- излучение) с графитовым монохроматором. Дифрактометр совмещен с персональным компьютером; обработка экспериментальных данных производилась по комплексу КО-ИМЕТ (ИМЕТ - Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН).
Фазовый качественный и количественный анализ осуществлялся с помощью программы XRAYAN, базы данных PDF (Powder Diffraction File) и справочной литературы [104-106, 196]. Идентификация полученных результатов осуществлялась по интенсивности трех наиболее ярких пиков на дифрактограммах, снятых с образцов покрытий. Съемка образцов велась при следующих рабочих режимах: напряжение на рентгеновской трубке U = 38 кВ; анодный ток трубки I = 20 тА.
Механические свойства покрытий оценивались на основе испытаний на микротвердость и износостойкость. Микротвердость по Виккерсу Ни измерялась на стандартном микротвердомере (ПМТ-3) при нагрузке 200 г. Толщину покрытий определяли на поперечных сечениях образцов на оптическом микроскопе NEOPHOT (см.рис.2.3) с точностью ±10 мкм.
Исследования износостойкости образцов МДО-покрытий проводили трением по абразивному кругу из карбида кремния зеленого (HV = 32 ГПа) на оригинальной трибологической установке [83], воспроизводящей схему трения диск-пальчик. Для повышения достоверности результатов оценки износостойкости использовали два метода. Оценивали массовый износ образцов и интенсивность изнашивания /д-Ю" , которую определяли как отношение линейного износа к заданному пути трения. Линейный износ определялся при помощи индикатора часового типа 1ИГМ ГОСТ 9696-61 [53] с точностью ±0,001 мм.
Разработка оптимального состава электролита-суспензии
Конечные функциональные характеристики МДО-покрытий, сформированных в электролитах-суспензиях (ЭС), зависят от значительного количества факторов, способных к тому же находиться на различных уровнях (принимать разные значения).
Чтобы узнать число различных состояний системы, достаточно число уровней факторов (если оно для всех факторов одинакого) возвести в степень числа факторов К: Рк , где Р - число уровней [19]. Таким образом, система нашего эксперимента с 4 факторами (концентрации составляющих базового электролита, концентрация дисперсной фазы (ДФ), плотность тока) на 5 уровнях будет иметь 625 состояний. Принимая во внимание длительность проведения каждого опыта, составляющую в сумме 2,5-3 часа (1,5 часа «чистого» времени + технологические операции подготовки, регистрации и т.п, не считая времени на оценку характеристик полученных образцов покрытий), мы вынуждены просто отказаться от экспериментов, включающих все возможные опыты - слишком велик перебор состояний.
Для получения статических математических моделей процессов с использованием факторного планирования, регрессионного анализа и движения по градиенту из различных возможных вариантов в работе использовался метод Бокса-Уилсона (метод крутого восхождения) [199-201].
Суть метода заключается в постановке небольших серий опытов, в каждом из которых одновременно варьируются по определенным правилам все факторы. Серии организуются таким образом, чтобы после математической обработки предыдущей можно было выбрать условия проведения (спланировать) следующую серию. Так последовательно, шаг за шагом, достигается область оптимума.
Данный метод планирования выбран среди прочих («пассивный эксперимент», концепция совместных эффективных оценок Кифера [222]) еще и потому, что для МДО-процесса наиболее применимы (корректны) налагаемые им ограничения, а именно: множество определяемых факторов задано; каждый из факторов управляем (исследователь может сам задавать его значение); результаты опытов воспроизводятся; опыты равноценны, то есть различием в стоимости можно пренебречь; решается задача поиска оптимальных условий; математическая модель процесса заранее не известна.
Для планирования эксперимента (ПЭ), как и для любых других действий, требующих применения математического аппарата, необходимо четкое определение используемых понятий. Подробно с терминологией ПЭ можно ознакомиться в работах [19, 66, 70], но для лучшего понимания сути исследования ниже определим основные применяемые понятия.
Для точного формального определения понятия «объект исследования» используем термин кибернетики «черный ящик» (ЧЯ) - модель объекта. Входы ЧЯ (способы воздействия на объект) называются факторами (XJ). Каждый фактор может принимать некоторое определенное число различных значений, называемых уровнями. Сочетание определенных уровней всех факторов определяет возможное состояние ЧЯ и условия одного из возможных опытов.
Совокупность всех различных возможных состояний определяет сложность ЧЯ и общее число возможных опытов.
Перед началом эксперимента необходимо однозначно и непротиворечиво сформулировать его цель (выход ЧЯ у) и выбрать количественную характеристику этой цели - параметр оптимизации (ПО; здесь и далее терминология - по работе Адлера Ю.П., Марковой Е.В., Грановского Ю.В [19]). Также ПО может быть определен как реакция (отклик) на воздействие факторов, определяющих поведение изучаемой системы. ПО бывают экономические, технико-экономические, технико-технологические, статистические, психологические и другие. Применяемые в работе ПО (на разных стадиях разные) имеют технико-технологический характер, так как мы еще детально не рассматриваем области их промышленного внедрения. Такое рассмотрение может стать предметом отдельного планирования по экономическим и технико-экономическим показателям, а пока нас интересуют механические и физико-химические свойства получаемых покрытий. По этой же причине при ПЭ изначально мы не предполагали использовать обобщенный параметр оптимизации (ОПО). Однако следует обратить внимание на следующее. Даже среди «чисто» технико-\у vf технологических ПО есть несколько, важность которых для нас примерно і"Д одинакова - толщина покрытия, микротвердость, адгезия к подложке, шероховатость поверхности, интенсивность изнашивания. Это связано со сложным характером (см. раздел 3.1) процесса формирования КЭП в ЭС. Сложность заключалась также в том, что конечные эксплуатационные характеристики КЭП определяются в основном факторами, связанными с вводимой в электролит дисперсной фазой (ДФ), а также с токовыми параметрами. При этом само наличие ДФ в покрытии определяется свойствами матрицы покрытия (в первую очередь его толщиной), зависящими, в свою очередь, от другого набора факторов.
Применительно к процессу МДО мы решаем частный случай задачи планирования эксперимента, а именно - осуществляем планирование экстремального эксперимента - определяем метод выбора минимального количества опытов, необходимого для отыскания оптимальных условий.
Планирование и результаты проведения эксперимента на указанных стадиях рассмотрено в п.п. 3.2.3, 3.2.4. Отметим также, что до начала планирования необходимо выбрать вещества (соединения), которые целесообразно использовать в качестве упрочняющей дисперсной фазы в создаваемых электролитах-суспензиях.
Задачей исследований, описанных в данном разделе, явилось создание образцов из возможно большего числа электролитов-суспензий (ЭС) с различными веществами дисперсной фазы (ДФ) и проведение их первичных испытаний для выявления наиболее перспективных направлений. С этой целью были поставлены 2 серии экспериментов.
Серия 1 (образцы №№ 1-26) включала окиси хрома, свинца, никеля, марганца, железа, алюминия, цинка в концентрациях 5, 10 и 20 г/л для каждой ДФ; В серии 2 (образцы №№ 41-54) в качестве ДФ (концентрация везде 20 г/л) использовались TiC, Ti02, Cr203, NiO, MgO, Mn02, FeO, C, F, MoS2, B4C, ПА4, Cu20, алюмосиликат, TAC, а также высокомолекулярный полиэтилен ВМПТ-1000000 с в базовом электролите.
Использованные в экспериментах комбинации сочетаний ДФ в электролитах-суспензиях, время формирования и некоторые свойства покрытий на образцах представлены в табл. 3.1. Базовый электролит всех опытов 1 и 2 серии имел следующий состав: дистиллированная вода + 2 г/л КОН + 5 г/л гексаметафосфата натрия (Na6P6018).
МДО-процесс проводился на источнике конденсаторного типа в электролитической ванне объемом 2 л. При этом фиксировались значения плотности тока, анодного и катодного напряжений и используемой силовой емкости с интервалом 5 мин. Для каждого опыта были построены графики, иллюстрирующие изменение анодного и катодного напряжений во времени в зависимости от материала и концентрации дисперсной фазы, плотности тока и материала образца. Их характерный вид представлен на рис.3.3.
Все образцы перед помещением в электролитическую ванну притирались на стекле с использованием пасты на основе тонкого алмазного микрошлифпорошка зернистостью М20 по ГОСТ 3647-80 до значений шероховатости RA 0,12-0,38 мкм ( RMAX 0,71-2,1 IMKM) и промывались теплой водой с мылом (номера с 1 по 8 протирались изопропиловым спиртом).
Элементный состав КЭП в ЭС
Для определения элементного состава покрытий использовали изображения, полученные на сканирующем электронном микроскопе LEO-430i при 1000-кратном увеличении в режиме упруго отраженных электронов.
Элементный состав определялся с площади, соответствующей площади кадра. Каждое значение в табл.4.2 получено после обработки фотографий композиционных электрохимических покрытий (КЭП в ЭС) рентгеновским микроанализатором LINK ISIS. Характерный вид такой фотографии представлен на рис.4.1.
Использовавшийся для съемки образцов рентгеновский дифрактометр ДРОН-ЗМ (СиКсг излучение с графитовым монохроматором) совмещен с персональным компьютером. Это позволило обрабатывать экспериментальные данные по комплексу КО-ИМЕТ (ИМЕТ - Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН). Фазовый качественный и количественный анализ КЭП в ЭС осуществлялся с помощью программы XRAYAN, базы данных PDF (Powder Diffraction File), а также справочной литературы [104-106, 196]. В последнем случае полученные результаты проверялись по интенсивности трех наиболее ярких пиков на дифрактограммах, снятых с образцов покрытий. Идентификация рентгенограмм проводилась по межплоскостным расстояниям. Пределы измерения выбирали в зависимости от интенсивности дифракционных линий в пределах (0,1 -1,7)-10 Имп/с. Рентгенограммы снимали на углах 20= 15-90.
На рис.4.2 представлены наиболее типичные дифрактограммы, снятые с образцов МДО-покрытий, сформированных в электролитах-суспензиях.
Данные, отраженные на рентгенограммах, показывают, что КЭП в ЭС состоят из окристаллизованных фаз элементов, входящих в состав исходных материалов. К последним относятся не только алюминиевые сплавы основы, но и материалы ДФ. Это подтверждает данные о наличии ДФ в структуре покрытий, приведенные в Главе 3.
Отметим, что как для МДО-покрытий, полученных в обычных для МДО электролитах [82], так и для рассматриваемых КЭП в ЭС характерно наличие дифракционных пиков на узком основании, указывающее на выраженное кристаллическое строение покрытий.
Остальной спектр представлен в основном оксидами (Al-Mg-Cui-Si-P-К) в соответствии с указанными выше данными по элементному составу, а также TiC, SiC и некоторыми другими. Это показывает, что КЭП, сформированные в электролитах-суспензиях, состоят из «традиционной» составляющей - а- и у-А12Оз и вещества ДФ в модифицированном или неизменном виде.
Количественная оценка содержания фаз а- и у-А1203 в КЭП в ЭС показала общее содержание А1203 в покрытии в интервале 41,45- -74,37%. Это полностью согласуется с [82], где содержание для «чистых» электролитов фаз А1203 в покрытии составляет 40- 75%. На основании этого можно считать, что как и в обычных МДО-покрытиях, в КЭП, сформированных в ЭС, распределение а- и y-AUOs неравномерно по толщине покрытия и изменяется в зависимости от расстояния от подложки и оксидируемого материала.
Таким образом, используя при создании КЭП в качестве ДФ ТІС и ТАС или АІ2О3, можем получать в покрытии преимущественно у- или а-модификации А1203 соответственно. Другими словами, наличие титана в ДФ при МДО в ЭС способствует образованию у-А1203 на Д16Т (на АМгб влияет мало).
С точки зрения прогнозирования получаемых свойств КЭП значительный интерес представляет состав оставшегося (за вычетом окисных фаз а- и у-А1203) покрытия.
Обрабатывающая программа XRAYAN накладывала некоторые ограничения при работе, так как она дает возможность производить анализ не более 8 соединений, поэтому в табл.4.6 приведены фазы, наиболее соответствующие количеству и химическому составу.
В образцах №80 и №83 в силу значительного износа покрытия при проведении трибомеханических испытаний на части образца была открыта алюминиевая подложка, из-за чего на спектре доминируют два отражения, характерных для А1: (111) 9 19,27; d/n 2,3358; (200) Є 22,4; d/n 2,022. Алюминиевая подложка образцов сильно текстурирована по плоскости (111) (например величина интенсивности отражения от этой плоскости в образце №83 составила 7462 имп/сек).
К важным результатам исследований КЭП с ДФ из TiC можно отнести обнаружение ТіС в неизменном виде в составе конечного покрытия, сформированного при плотности тока 15 А/дм (концентрация ДФ 7 г/л). Наличие карбида титана было установлено по наличию линий с d/n = 2,47; 2,140; 1,521 (справочные данные: 2,49; 2,15; 1,52 [104]). В то же время в другом покрытии (j = 20 А/дм2, п = 5 г/л), сформированном с ЭС с TiC, его следов обнаружено не было. При этом титан входил в его состав в виде Al3Ti с d/n = 2,282; 2,130; 1,431 (справочные данные: 2,289; 2,142; 1,43 [104]).
В рамках настоящей работы была проведена серия опытов для оценки поведения трибосопряжений с КЭП, полученных в ЭС. В качестве таких сред были выбраны водопроводная вода (со следами масла 1%), вода с солью (3% раствор NaCl), а также индустриальное масло И-40.
Пары трения: колодка - АМгб с МДО-покрытием из ЭС состава 2 г/л КОН + 5 г/л ГМФН+ 20 г/л ДФ (как упрочняющая дисперсная фаза (ДФ) использовались выбранные выше А1203 и ТІС); ролик - сталь 40Х (закаленная до HRC 57.. .59).
На машине трения СМЦ-2 определялись значения момента силы трения Ми коэффициента трения/ Значения Мпо графику выбирались как средние за последние 5 минут для каждого значения нагрузки (общее время под каждым значением нагрузки - 15 мин, из них первые 10 - приработка). Нагрузка повышалась последовательно, ступенчато (по 2 МПа каждые 15 мин.), без остановки машины трения.
