WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

где n – число витков в катушке; I – сила тока; l - длина катушки; К – постоянная, равная 2.10-7 Н/А2.

Тогда выражение для силы, действующей на заряженную частицу со стороны магнитного поля катушки, будет иметь вид:

F= 2pKquI/l. (13)

Представляет интерес воздействие магнитного поля не на единичный заряд, а на дугу микроразряда. По закону Ампера: F=IlB, где I – сила тока в микродуге; l – длина микродуги; В – индукция магнитного поля, создаваемого катушкой-соленоидом.

Кроме того, переменное магнитное поле неизбежно порождает переменное электрическое поле. Силовые линии этого поля будут перпендикулярны силовым линиям порождающего его магнитного поля. В зависимости от направления этих силовых линий относительно оксидируемой поверхности электрическое поле будет либо усиливать электрическое поле между поверхностью детали и квазикатодом, либо вызывать движение заряженных частиц параллельно поверхности детали. Следовательно, в зависимости от ориентации переменное магнитное поле будет либо способствовать, либо препятствовать образованию микроразрядов.

В третьей главе дано описание использованных в работе методов исследования: методики контроля защитных свойств покрытия: метод капли, метод потенциодинамических кривых; методики определения микротвердости; методики измерения толщины покрытия: металлографическим методом, гравиметрическим методом, методом вихревых токов; методики измерения емкости двойного слоя; методики определения массы образовавшегося покрытия; методики рентгенографического исследования структуры покрытий; методики наложения УЗК и электромагнитного поля на процесс МДО. Рассмотрены методики подготовки поверхности образцов.

В четвертой главе дано описание экспериментов, приведены полученные результаты, выполнен анализ экспериментальных и расчетных данных.

Проведено исследование влияния наложения УЗК и электромагнитного поля на микротвердость и толщину покрытий. Результаты представлены в табл. 1,2.

Таблица 1

Влияние ультразвуковых колебаний электролита на свойства МДО покрытия

п/п

Материал образца

Пло-щадь образца, дм2

Режим

Ток,

А

Частота УЗК, кГц

Время процеc-

са, мин.

Толщина покры-тия, мкм

Микро-твердость, HV0.1

1

AlMgSi0,5

0,4

A/K

3

44

90

129±14

1708±54

2

AlMgSi0,5

0,4

А/К

4,5

44

90

157-227

1521±122

3

AlMgSi0,5

0,4

A/K

3

-

90

177±19

1351±79

Из представленных данных видно, что наложение внешних электромагнитного поля и ультразвуковых колебаний на процесс МДО приводит к некоторому снижению толщины покрытия, но при этом увеличивает его микротвердость.

Таблица 2

Влияние электромагнитного поля на свойства МДО покрытия

п/п

Материал образца

Пло-щадь образ-ца, дм2

Ре-жим

Ток, А

Напряжение на катушке-соленоиде, В

Время процес-са, мин.

Толщина покры-тия, мкм

Микро-твердость, HV0.1

1

AlMg4,5Mn

0,28

А/К

1,5

-

210

154±43

1371±83

2

AlMg4,5Mn

0,28

А/К

1,5

10

210

120±46

1506±110

3

AlMgSi0,5

0,4

A/K-пауза

3

5

120

101-177

1786±145

4

AlMgSi0,5

0,4

А/К- пауза

3

-

120

76-192

1845±89

Визуально наблюдали изменение распределения микроразрядов на поверхности детали при наложении переменного электромагнитного поля. В случае наложения переменного магнитного поля на боковых поверхнолстях детали микроразрядов практически не наблюдалось, а на торцевых поверхностях горели мощные микроразряды.

При ультразвуковых колебаниях электролита на частотах 22 или 44 кГц никакого видимого изменения в характере протекания процесса МДО и распределении микроразрядов на поверхности образцов не наблюдалось. Было отмечено изменение шумовых эффектов, сопровождающих процесс МДО.

Визуальное наблюдение за изменениями протекания процесса МДО в результате уменьшения величины тока показало:

- при уменьшении величины силы тока уменьшается интенсивность

свечения единичных разрядов и уменьшается их количество на поверхности детали (рис.3);

- величина силы тока, при которой на поверхности деталей не наблюдалось микродуговых разрядов, составила 5 А, что соответствовало плотности тока 0,4 А/дм2.

Было замечено, что при силе тока 20 А (плотность тока менее 1,5 А/дм2)

микродуговые разряды горят преимущественно на внутренней поверхности проходного канала заготовки шарового затвора (рис 3, в, в1). То есть при уменьшении плотности тока происходит перераспределение микроразрядов на поверхности детали. Микроразряды возникают только там, где толщина покрытия минимальная. Это явление может быть использовано для выравнивания толщины покрытия при нанесении покрытия методом МДО на детали сложной формы.

Расчет массы покрытия, образующейся в процессе МДО, согласно предложенной модели эквивалентных сопротивлений, показал, что при токе

48 А и длительности процесса МДО 1 час заряд отрицательных ионов Q =

48 А. 3600 с /Ц2 = 122189,2236 Кл. При условии, что при МДО весь заряд

а I=80A а1 I=80A

б I=40A б1 I=40A

в I=20A в1 I=20A

Рис.3. Влияние величины тока на распределение микроразрядов

в начале (а,б,в) и в конце процесса МДО (а1, б1, в1)

отрицательных ионов пошел на окисление алюминия, масса алюминия, принявшего участие в реакции, составляет: М 2Al = iобщtm/FZ = 11,3958886 г.

Отсюда полная масса покрытия, образовавшегося при МДО, должна быть 21,525562 г. В то же время суммарная масса алюминия, участвовавшего в реакциях при образовании покрытия, определенная взвешиванием, оказалась равной 0,87275 г. Соответственно, масса образовавшегося Al2O3 1,6485 г.

Масса покрытия, определенная взвешиванием, равна 2,25760 г, что на порядок меньше величины, полученной по расчетам согласно предложенной модели. В то же время эта величина превышает массу оксида алюминия, образовавшегося в ходе процесса МДО. Эту разницу дает включение в состав покрытия оксида кремния SiO2 из входящего в состав электролита жидкого стекла. Таким образом, покрытие, сформированное методом микродугового оксидирования, состоит из оксида алюминия (окисленного материала образца) – 1,6485 г и оксида кремния (компонента электролита) – 0,6091 г.

Произведено определение емкости двойного электрического слоя на образцах из алюминиевых сплавов без покрытия и с оксидным покрытием, сформированным методом МДО в течение 10-15 минут в анодно-катодном режиме при плотности тока 10 А/дм2. Площадь поверхности образца 0,4 см2.

Полученные данные позволили рассчитать величину силы тока, идущую на перезарядку двойного электрического слоя, и установить причину большого возрастания силы тока в момент начала процесса МДО в анодно-катодном режиме. Проведены сравнительные испытания образцов покрытий, полученных в анодно-катодном и комбинированном токовых режимах.

Сформулированы технологические рекомендации: токовый режим комбинированный: 5 минут – анодный, 55 минут – анодно-катодный; плотность тока – 10 А/дм2; электролит состава: NaOH – 4 г/л, жидкое стекло – 10 г/л; температура электролита – 55 оС.

Выводы

1. С использованием предложенной модели эквивалентных сопротивлений определен предполагаемый вклад каждого из процессов в образование покрытия при микродуговом оксидировании. Проведено экспериментальное определение массы покрытия, формируемого способом МДО.

2. Установлено, что микроплазменные процессы вносят не столь большой вклад в образование массы покрытия, как это следовало ожидать из результатов проведенных расчетов. Основная масса покрытия при микродуговом оксидировании образуется в процессе электрохимического анодного окисления металла.

3. Подтверждено, что масса образовавшегося покрытия в процессе МДО в значительной степени зависит от состава электролита.

4. При микродуговом оксидировании микроплазменные образования влияют на процессы оплавления, кристаллизации и изменение фазового состава формируемых покрытий.

5. Обнаружено, что уменьшение плотности тока приводит к перераспределению микроразрядов на поверхности детали. Это связано с уменьшением скорости подвода ионов к поверхности электрода. Напряженность электрического поля между металлом анода и ионным квазикатодом в электролите уменьшается, и величина ее оказывается недостаточной для пробоя толстого оксидного покрытия. Микроразряды возникают только там, где толщина покрытия минимальная. При уменьшении плотности тока до определенной величины (~ 1,5А/дм2) микродуговые разряды горят только на внутренней поверхности проходного канала заготовки, при плотности тока менее 0,4 А/дм2 микроразряды не возникают вообще. Это явление может быть использовано для выравнивания толщины покрытия при нанесении покрытия по методу МДО на детали сложной формы.

6. На основании разработанных нами модельных представлений о процессах, происходящих при микроразрядах, и известных данных о характеристиках микроразрядов в качестве внешних воздействующих физических факторов выбраны электромагнитное поле и УЗК. Аналитически определены пределы частотных и амплитудных значений используемых физических факторов.

7. Обнаружено, что наложение внешних электромагнитного поля и ультразвуковых колебаний на процесс МДО приводит к некоторому снижению толщины покрытия, но при этом позволяет увеличить его микротвердость.

8. Установлено, что причиной большого возрастания силы тока в момент начала процесса МДО в анодно-катодном режиме является большая емкость двойного электрического слоя на начальной стадии процесса, и, как следствие, большой ток перезарядки при проведении процесса на переменном токе. Для устранения или существенного уменьшения данного явления предложено использование комбинированного токового режима: на начальном этапе процесс проводится в анодном режиме до выхода на стадию искрения, после чего токовый режим изменяется на анодно-катодный.

9. На основе анализа причин возникновения микроразрядов и их распределения на поверхности детали при МДО высказано предположение, что возникновение микроразрядов на поверхности детали связано с флуктуациями плотности объемного заряда квазикатода.

10. Доказана возможность изменения распределения микроразрядов на поверхности обрабатываемой детали в процессе МДО наложением внешнего электромагнитного поля. Отсутствие визуально наблюдаемого влияния УЗК на распределение микроразрядов связано, по-видимому, как с незначительными размерами образцов, которые были значительно меньше длинн волн ультразвука, так и с тем, что в ходе экспериментов не удалось добиться эффекта «стоячей волны».

11. Методом рентгенофазового анализа установлено, что в состав покрытия входят Al2O3 и шпинельные фазы.

Список публикаций по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Нечаев Г.Г. Микроплазмохимический синтез оксидных покрытий (микродуговое оксидирование) как синергетическое явление. Моделирование процесса методом эквивалентных сопротивлений / Г.Г.Нечаев, С.С.Попова // Вестник Саратовского государственного технического университета.- 2007.- №1. Вып.2. - С.48-52.- ISBN 5-7433-1781-X.- Статья принята к опубликованию 24.10.06.

2. Нечаев Г.Г. Микродуговое оксидирование: модель эквивалентных сопротивлений / Г.Г.Нечаев, С.С.Попова // Коррозия: материалы, защита.- 2008.- № 2. – С.31-34.- ISSN 1813-7016.

3. Нечаев Г.Г. Распределение микроразрядов при микроплазмохимическом электролитическом синтезе оксидных покрытий / Г.Г.Нечаев, С.С.Попова // Коррозия: материалы, защита.- 2008.- № 7. – С.40-42.- ISSN 1813-7016.

В других изданиях

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»