WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Согласно данной модели, в начальный период времени (до 30 мин) процессы формирования оксидного слоя протекают наиболее интенсивно, что подтверждается высокой скоростью роста ОС (рис. 2). Это обусловлено высокой степенью активации поверхности материала основы микродуговыми разрядами (сочетание относительно свободного доступа кислорода к поверхности материала основы в течение первых 10 мин процесса с интенсификацией искровых разрядов и повышением формующего напряжения в последующие 20 мин и последующим переходом искровых разрядов в микродуговые), что, в свою очередь, подтверждается небольшой (до 0,15) долей ОС, пошедшей на прирост исходных размеров (рис. 1), т. е. при общей толщине ОС, составляющей порядка 50 мкм, около 40-45 мкм ОС находится внутри, относительно исходной поверхности образца. При этом ОС состоит, в основном, из фазы с1 (Al2O3*TiO2) и с3 (TiO2 – рутил) с незначительным содержанием высокотемпературной фазы с2 (-Al2O3) рис. 3.

Рис. 5. Математическая модель формирования оксидных слоев на титановых сплавах в анодно-катодном режиме микродугового оксидирования, связывающая ТПП, кинетику и физико-химические процессы, протекающие при МДО, со свойствами получаемых ОС

Однако в следующий интервал времени (от 30 до 60 мин) отмечается снижение скорости роста ОС почти в 2,5 раза, что свидетельствует о преобладании процессов, связанных с полиморфными превращениями в ОС. Учитывая значительную толщину (от 50 до 65 мкм) и небольшое увеличение доли ОС, пошедшей на прирост исходных размеров образца (до 0,23-0,24), можно полагать, что в данном интервале времени начинаются процессы интенсивных фазовых превращений в оксидном слое. Это подтверждается результатами фазового анализа: в два раза увеличивается содержание высокотемпературной фазы с2 (-Al2O3) и уменьшается (вплоть до исчезновения) содержание фазы с3 (TiO2 - рутил), содержание Al2O3*TiO2 изменяется незначительно. Эти процессы могут происходить только при повышении температуры в разряде и приразрядной области, причиной чего является увеличение толщины ОС (т. е. межэлектродного разрядного промежутка) и, как следствие, повышение формующего напряжения и энергии, выделяемой в разряде. На определенной глубине (около 30 мкм от поверхности ОС) формируется рабочий слой ОС, состоящий на 60-70 % из корунда.

По окончании 60 мин обработки происходит кратковременное увеличение (почти в 2,5 раза) скорости роста ОС. Вероятнее всего, это связано с интенсивными процессами перераспределения фаз, а именно – с закреплением в составе технологического слоя только двух фаз – с1 (Al2O3*TiO2) и с2 (-Al2O3).

В дальнейшем (после 70 мин оксидирования) устанавливается стабильный тепловой режим формирования оксидных слоев, о чем свидетельствует практически постоянная скорость их роста (на уровне 0,7-0,8 мкм/мин) вплоть до 150 мин процесса. При этом происходят почти постоянные по градиенту изменения фазового состава: более интенсивные в технологическом слое (увеличение содержания фазы -Al2O3 с 37 до 48 % и соответствующее уменьшение содержания фазы Al2O3*TiO2) и менее интенсивные (не более 5 %) – в рабочем слое. Такое различие в процессах фазообразования объясняется, по-видимому, затрудненностью переноса алюмосодержащих анионов вглубь материала ОС.

В целом, кинетика формирования оксидного слоя при анодно-катодном МДО связана с конкуренцией двух основных физико-химических процессов – гидро-термолиза алюмината, входящего в состав электролита, и фазовых превращений в ОС с участием Al2O3 и TiO2.

Третья глава посвящена разработке методики проектирования технологических процессов МДО и технологии формирования многофункциональных МДО-покрытий на типовых элементах деталей приборов с учетом соблюдения требований соответствия всех стадий разработки технологической документации ГОСТ 3.1102-81.

Предложены принципы разработки технологического процесса МДО, в соответствии с которыми сформулированы основные требования, исходные данные, методики составления общего плана процесса и определения конкретных технологических операций для деталей из титановых сплавов, а также установлены требования при разработке технологической документации на процесс МДО.

Разработаны требования к содержанию основных технологических операций процесса анодно-катодного МДО в алюминатно-щелочном электролите и к оборудованию участков приготовления электролитов, подготовки деталей к процессу, проведения процесса МДО, а также выпуска и контроля готовых деталей.

В четвертой главе представлены разработанные рекомендации по использованию многофункциональных МДО-покрытий на титановых сплавах для защиты деталей и узлов различного назначения в приборостроении. Приводятся рекомендации по оптимизации технологических параметров и выбору средств обеспечения процесса микродугового оксидирования для получения на деталях МДО-покрытий с заданными свойствами, согласно которым определяются особенности организации технологического процесса с учетом геометрических параметров деталей и их размещения в электролитной ванне, требуемой точности МДО-обработки с соблюдением необходимых технологических припусков. Моделирование и прогнозирование процесса МДО осуществляются с помощью разработанной системы мониторинга для оптимизации ТПП микродугового оксидирования на деталях из титановых сплавов.

На примере сплава ВТ3-1 представлены разработанные технология и рекомендации по нанесению многофункциональных МДО-покрытий на типовые элементы приборов из титановых сплавов: резьбовые элементы деталей, в процессе эксплуатации которых предусмотрены при плановом обслуживании сборочно-разборочные работы; элементы пар трения; панели корпусов приборов и другие поверхности деталей, подверженные тепловым, коррозионным и механическим нагрузкам.

Разработанный директивный технологический регламент (ДТР) устанавливает порядок и содержание технологических операций, обеспечивающих формирование многофункциональных МДО-покрытий на данных изделиях.

Как показали эксплуатационные испытания, при соблюдении условий разработанного ДТР получаемые МДО-покрытия удовлетворяют следующим требованиям:

• рабочий диапазон температур - от -65 °С до +85 °С (кратковременно до 300 °С;

• толщина покрытий - 110…120 мкм;

• микротвердость - 1200…1500 HV;

• прочность сцепления с основой – 18 … 30 кг/мм2;

• пробойное напряжение - 2500…3000 В;

• удельное сопротивление – 1,2 … 1,5 МОм*м

• коррозионная стойкость - не более 1-2 баллов по 10-ти бальной шкале;

• сквозная пористость - не более 15 %;

• равномерность по толщине (±4%) на всех поверхностях детали;

• цвет – светло серый, матовый;

• возможность наполнения покрытий фторопластовыми эмульсиями, герметиками, смазками.

Основные результаты и выводы по работе.

1. Разработан алгоритм проведения экспериментальных исследований, позволяющий установить механизм формирования оксидного слоя при МДО и определить оптимальные технологические параметры процесса для получения многофункциональных МДО-покрытий на титановых сплавах ВТ1-0 и ВТ3-1 в приборостроении, а именно: продолжительность процесса = 90 мин, концентрация компонентов электролита КОН = 2 кг/м3 и NaAlO2 = 14 кг/м3, температура электролита 17 °С, суммарная плотность тока j = 1200 А/м2, соотношение катодного и анодного токов Ik/Ia = 0,78 – для сплава ВТ1-0; продолжительность процесса = 150 мин, концентрация компонентов электролита КОН = 2 кг/м3 и NaAlO2 = 20 кг/м3, температура электролита 23 °С, суммарная плотность тока j = 1400 А/м2, соотношение катодного и анодного токов Ik/Ia = 1 – для сплава ВТ3-1.

2. Изучено влияние технологических параметров процесса микродугового оксидирования на характеристики получаемых оксидных слоев на титановых сплавах ВТ1-0 и ВТ3-1. Выдвинуты предположения о физико-химических процессах и их роли в инициировании формующих разрядов в поровых каналах и изменении свойств оксидных слоев, заключающейся в решающем воздействии температуры в парогазовом промежутке и продолжительности воздействия формующих импульсов тока на систему металл – оксид – электролит.

3. Исследована кинетика формирования оксидных слоев и ее зависимость от технологических параметров процесса микродугового оксидирования, позволившая установить, что при их оптимальных значениях в процессе оксидирования формируются заданные характеристики оксидных слоев, что дает возможность, управляя лишь продолжительностью процесса, получать широкий спектр свойств МДО-покрытий, необходимых для конкретных условий эксплуатации деталей и узлов приборов: микротвердость – от 800 до 1500 кг/мм2, прочность сцепления оксидного слоя с основой – от 19 до 28 кг/мм2, сквозная пористость – от 8 до 14 %, электрическая прочность – от 25 до 37 В/мкм, удельное сопротивление – от 1,4 до 2,4 МОм*м.

4. Расширены представления о механизме формирования оксидного слоя в алюминатно-щелочном электролите на титановых сплавах при анодно-катодном микродуговом оксидировании. Установлено, что формирование оксидного слоя, его структуры и фазового состава связаны с конкуренцией двух основных физико-химических процессов – гидро-термолиза алюмината, входящего в состав электролита и полиморфных превращений в оксидном слое с участием Al2O3 и TiO2. Предложена физическая модель формирования оксидного слоя в алюминатно-щелочном электролите на титановых сплавах при анодно-катодном микродуговом оксидировании.

5. Разработана математическая модель формирования оксидного слоя в алюминатно-щелочном электролите на титановых сплавах при анодно-катодном микродуговом оксидировании, позволяющая рассчитывать конкретные характеристики оксидных слоев.

6. Разработаны основные принципы и директивы по разработке технологии получения многофункциональных МДО-покрытий с учетом предъявляемых к ним требований, на основе которых созданы методики проектирования технологических процессов МДО титановых сплавов на элементах деталей приборов.

7. Разработаны план технологического процесса, включающий полный состав технологических операций и требований к оборудованию МДО, а также директивный технологический регламент МДО для оптических резьбовых соединений, элементов пар трения, панелей корпусов и поверхностей деталей приборов, подверженных тепловым, коррозионным и механическим воздействиям.

8. Разработана программно-аппаратная система мониторинга и управления, позволяющая проводить контроль, оптимизацию, прогнозирование и моделирование технологических процессов МДО.

Публикации по теме диссертации.

1. Жуков С.В., Кошелева Н.П., Борисов А. М. Визуализация микрорельефа поверхности металлов по пространственному распределению отраженного света. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Десятая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. В 3-х томах. М.: МЭИ, 2004. Том 3. С. 53-54.

2. Жуков С.В., Суминов И. В., Эпельфельд А. В., Желтухин Р. В. Формирование многофункциональных МДО-покрытий на сплавах 2024 и Ti-6Al-4V. «Новые материалы и технологии – НМТ-2004». Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции. Москва, 17-19 ноября 2004г. В 3-х томах. Том 2.- М.: Издательско-типографский центр «МАТИ» - РГТУ им. К. Э. Циолковского, 2004. С. 86.

3. Жуков С.В., Эпельфельд А. В. Исследование характера разряда при поверхностной обработке алюминиевых сплавов в электролитной плазме. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Одиннадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. В 3-х томах. М.: МЭИ, 2005. Том 3. С. 106-107.

4. Жуков С.В., Эпельфельд А.В., Желтухин Р.В. Исследование формирования МДО-покрытий на титановых сплавах. Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Защита от коррозии в строительстве и городском хозяйстве», М.: РВК «Экспо-дизайн», 2005. С. 19.

5. Жуков С.В., Эпельфельд А.В., Желтухин Р.В. Многофункциональные защитные МДО-покрытия. Тезисы докладов XXXI международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. МГУ, М.: 2001. С. 107.

6. Жуков С.В., Желтухин Р.В. «Многофункциональные покрытия для защиты деталей из титана и его сплавов в медицинском приборостроении». Биосовместимые наноструктурные материалы и покрытия медицинского назначения: сб. науч. трудов Российской школы-конференции молодых ученых и преподавателей. Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. С. 302-307.

7. Жуков С.В., Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Желтухин Р.В. Исследование влияния МДО-обработки на механические характеристики алюминиевых сплавов при испытаниях на растяжение. Быстрозакаленные материалы и покрытия. Труды 5-й Всероссийской с международным участием научно-технической конференции. 12-13 декабря 2006 г. «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского.: Сб. трудов.. М.: МАТИ, 2006. С. 131-135.

8. Жуков С.В., Эпельфельд А.В., Суминов И.В., Получение многофункциональных покрытий методом микродугового оксидирования на титановых сплавах. Сборник докладов Международной конференции «Ti-2006 в СНГ». М.: ЗАО «Межгосударственная Ассоциация «Титан»», 2006. С. 38-43.

9. Жуков С.В., Желтухин Р.В., Смирнов В.А. Программно-аппаратная система управления и регистрации, повышающая точность и функциональные возможности машин для механических испытаний материалов. Сборник докладов Международной конференции «Ti-2006 в СНГ». М.: ЗАО «Межгосударственная Ассоциация «Титан»», 2006. С. 302-307.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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