Введение к работе
Актуальность проблемы. Защитные оксидные покрытия, приближающиеся по свойствам к керамике, широко используются в самих рахтичных областях современной техники. При этом, все большее применение находят микроплазменные покрытия, обладающие уникальным набором функциональных свойств: механических, термических, антикоррозионных, диэлектршеских и т.п.
Суть метода микроплазменного оксидирования (МПО) заключается в проведсшш электролиза в водных растворах электролитов при высоких потенциалах, вызывающих протекание на поверхности электрода микроллазменных разрядов.
Введение п состав элетролята оксидообразующт компонентов, а также веществ, влияющих на скорость роста оксидных слоев, равномерность возникновения разрядов и оптимальный тепловой режим для лротекаїпія плазмохимнческих реаюпій, позволяет еще в большей степени повысить защитные свойства мижроплазмешгых покрытии и расширить область их применения.
Однако, до настоящего времени не установлены научные критерии подбора состава электролита. Данные исследований по влиянию компонентов электролита на процесс роста анодного оксида и формирование структуры неполны и противоречивы. Не охарактеризованы процессы, протекающие в электролите и изменяющие структуру его компонентов.
Знание механизма участия компонентов электролита при МПО позволило бы в значительной степени облегчить поиск новых составов электролитов для формировашія защігппах изоляционных покрытий на разли'пшх вентильных металлах.
Целью настоящей работы является разработка универсальных высокоэффективных, экологически безопасных электролитов для микрошазменного оксидирования сплавов алюминия и циркония и выявление научных критериев подбора их составов.
Дія достижения поставленной цели в работе решали следующие задачи:
исследовать зависимость электрических характеристик процесса формирования микроплазменных покрытий от времени в электролитах, содержащих вещества в различной степени дисперсности;
сопоставить защитные свойства^ покрытий, полученных в электролитах различною химического состава;
- изучить структуру и состав микроплазменных покрытий на сплавах
алюминия и дщркония;
- выявить механизм участия в MIIO компонентов электролита
различной степени дисперсности.
Научная новизна:
1. Установлено, что участие компонентов электролита в образовании
микроилазмешюго покрытия зависит от их степени дисперсности.
Комплексные анионы и заряжещше коллоидные частицы встраиваются в
структуру покрытия, втягиваясь в каналы разряда под действием
электрического поля. Мелкодисперсные частицы механически осаждаются
на поверхности формируемого покрытия и встраиваются в структуру
покрытия в результате оплавления под воздействием высоких температур
микроплазменных разрадов. Введение более ' легкоплавких
мелкодисперсных добавок приводит к увеличению скорости и
равномерности роста микроплазменного оксида, а также его защитных и
электроизолящюшгых свойств.
-
Даны представления о влиянии предварительной проработки электролита и образовании 'в нем коллоидных частиц на возможность проведения микроплазмешюго оксидирования. Показано, что коллоидная структура электролита, изменяющаяся в процессе проработки, влияет на толщину и микропористость оксидного слоя, сформированного на безыскровой стадии процесса, что в свою очередь определяет условия для зажшания микрошшзменішх разрядов и возможность перехода из безыскровой стадии процесса в искровую.
-
Установлено, что возможность участия коллоидных частиц электролита в формировании мшеронлашешгых покрытий определяется знаком і» заряда. Росту оксидных покрытий способствует присутствие в
растворе коллоидных частиц, гранулы которых заряжены отрицательно. Показано, что процесс микроплазменного оксішировашія и свойства покрытий записят от природы потенциалопределяющих ионов н их конкурирующей адсорбционной способности.
-
Предложен механизм влияния гексаметафосфат- и цитрат-анионов в электролитах, не содержащих оксидообразутшцих компонентов, на процесс оксидирования сплавов циркошм. Сущность мехашізма заключается в том, что в присутствии указанных анионов цирконатные мицеллы, образованные в результате анодного растворения металла или выброса ионов циркония из каналов разряда в электролит, приобретают отрицательный заряд, что способствует их миграции обратно в каналы разряда, встраиванию в структуру оксида и росту покрытия.
-
Дано обоснование введения фторцд-ионов в электролиты для оксидирования сплавов циркония, которое заключается в том, что фторид-ионы, образуя с цирконием растворимые комплексы и пептизируя формируемый оксид, приводят к увеличению количеств» микроплазменных разрядов, более равномерному их распределению по поверхности, равномерному росту покрытия, большему его оплавлению и увеличению вентильного эффекта. Показано, что аналогичный характер действия фторид-ионов наблюдается при оксидировании алюминиевых сплавов.
Практическая значимость:
1. На основе исследований электрических характеристик
формирования и свойств мнкроплаэмешгьгх покрытий при Использовании
математического планирования эксперимента определены оптимальные
составы электролитов оксидирования, позволяющие получать покрытия с
заданными фушагиональнъши свойствами на сплавах алюминия и
циркония.
2. Установлено, что введение в состав электролита комплексных
анионов позволяет регулировать цвет покрытий, скорость их роста,
защитные и электроизоляционные свойства.
-
Рекомендовано добавлять в электролит уже готовые коллоидные растворы, что позволяет получать микроплазменные покрытия без предварительной проработки электролита и тем самым существенно уменьшать технологическое время оксидирования.
-
Показано, что при выборе режима поляризации для проведешія процесса микроплазмешюго оксидирования необходимо учитывать знак заряда, который приобретают в электролите вводимые частицы.
-
Разработана и реализована в опытно-промышленном производстве технология формирования микроплазмешшх оксидных покрытий из электролитов, содержащих мелкодисперсные добавки.
Произведено внедрение технологии микроплазмешюго
оксищ/роваїшя в ТОО "Apr". В 1995 году экономический эффект or внедрения составил 78 млн. рублей.
Апробация работы. Материалы диссертации изложены на Международной научно-технической конференции "Новые материалы и технологии защиты от коррозии", Пенза, 1995 г.; 50-й научной конференции студентов Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета), Москва, 1996 г.
Публикации. Результаты исследований отражены в 5 публикациях. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, вьшодов, списка использовашшх источников из 141 наименований и приложения. Диссертация изложена на 102 стр. машинописного текста, содержит 11 таблиц и 53 рисунка в ввде графиков, схем и фотографий.
