Выскажись!
Последние новости: |
Модифицирование поверхностей
Искровое упрочнение поверхностей в электролите
Перспективным и интенсивно развивающимся направлением в повышении эксплуатационных свойств материалов является создание на деталях поверхностных слоев, обладающих повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью. Покрытия, нанесенные традиционными способами, в ряде случаев не обеспечивают требуемые характеристики или по тем или иным причинам неприемлемы. Одним из перспективных методов упрочнения поверхностей является метод искрового упрочнения. Процесс искрового упрочнения может осуществляться в газовой среде, а также в среде электролита.
Суть электролитического метода состоит в электрохимическом окислении анода – заготовки. В отличие от обычного анодирования, процесс обработки происходит при повышенных плотностях тока и напряжения, в результате чего на поверхности обрабатываемой детали возникают искровые разряды. Под действием искровых разрядов на поверхности заготовки образуется модифицированный слой металла, прочно сцепленный с подложкой и обладающий высокой микротвердостью до 24 ГПа (HRC 170) и толщиной 50 – 300 мкм. Данный метод поверхностной обработки позволяет получать покрытия с уникальным комплексом физико-механических свойств на материалах вентильной группы – алюминии, титане, магнии, их сплавах.
Посредством искровых разрядов на поверхности деталей формируются упрочненные слои, свойства которых обусловлены наличием в их составе высокотемпературных кристаллических оксидов. Упрочненные слои, формируемые на алюминиевых сплавах, состоят в основном из оксидов алюминия, а точнее из комбинации a-Al2O3 (микротвердость 24 ГПа) и g-Al2O3 (микротвердость 14 ГПа). Соотношение между a- и g - фазами определяется параметрами процесса. Упрочненные слои на титановых сплавах имеют в своей структуре не только оксид титана, но и титанат алюминия, что позволяет получить твердость покрытия 10-12 ГПа (HRC 74 – 88). Покрытия на магниевых сплавах имеют твердость 4-8 ГПа (HRC 30 – 60), такие слои обеспечивают высокую износостойкость и коррозионную стойкость поверхности.
При формировании упрочненного слоя геометрические размеры детали не изменяются, что позволяет проводить финишную обработку до формирования покрытия. Технология позволяет получать на деталях сложной конфигурации и внутренних полостях упрочненные слои толщиной до 200 – 300 мкм, прочно сцепленные с основой. Еще одно достоинство – технология является экологически чистой.
Наиболее широко искровое упрочнение применяется для обработки поверхностей деталей из алюминиевых сплавов. Основные свойства поверхности, сформированной методом искрового упрочнения в среде электролита на алюминиевых сплавах, следующие:
- высокая твердость до 24 ГПа;
- низкий коэффициент трения f = 0,01 – 0,005;
- высокая износостойкость, в 1,5 – 3 раза превышающая износостойкость хромированных поверхностей;
- теплостойкость до 2200° С;
- коррозионная стойкость в различных средах на уровне коррозионно-стойких сталей;
- диэлектрическая прочность 10 – 20 В/мкм;
- толщина слоя до 300 мкм;
- чистота поверхности Rz ~ 1 – 40 мкм (без удаления технологического слоя), Ra ~ 0,04 – 0,08 (после полирования).
Экспериментальная технологическая установка, имеющаяся на кафедре, позволяет отладить технологический процесс упрочнения поверхностей деталей из алюминиевых, титановых и магниевых сплавов и изготовить образцы для испытаний.
Достоинства упрочненных слоев и области применения:
|
Свойство |
Область применения |
Достоинства |
|
Износостойкость |
Цилиндропоршневая группа ДВС, корпусные детали ДВС и турбокомпрессоров, подшипники скольжения, детали компрессоров холодильных машин и гидроагрегатов топливной аппаратуры, детали двигателей для беспилотной авиации и малой механизации. Детали из алюминиевых сплавов, работающие в условиях эрозионного износа. |
Повышение износостойкости в 10 – 15 раз, снижение механических потерь на 40 – 50%, снижение веса и материалоемкости, снижение термонагрузок |
|
Коррозионная стойкость |
Корпусные детали автомобилей и колесные диски, детали двигателей, корпуса центрифуг и нагревательные элементы бытовой техники |
Повышение срока эксплуатации в 4 – 8 раз |
|
Антифрикционные свойства |
Подшипники скольжения, вкладыши и опорные подшипники гидротурбин, компрессоров и турбокомпрессоров, подошвы электроутюгов |
Снижение коэффициента трения в 10 – 100 раз, замена дорогостоящих материалов, повышение срока эксплуатации в 10 раз. |
|
Диэлектрические |
Вторичные источники питания средней мощности, химические лазеры, стабилизаторы напряжения |
Замена дорогостоящих материалов, упрощение процесса сборки |
 |
 |
| Процесс микродугового оксидирования |
Гильза двигателя сапог-скороходов с МДО-слоем. Материал гильзы - Д16Т.Микротвердость рабочей поверхности 12 -16 ГПа. |
|
|
|
|
Поршневое кольцо из алюминиевого сплава с МДО-слоем. Материал кольца – Д16Т. Микротвердость рабочей поверхности кольца 10 –15 ГПа. |
Поршень двигателя ЭМ-100 с МДО слоем. |
Искровое упрочнение поверхностей в газовой среде
Суть метода искрового упрочнения состоит в модифицировании поверхностного слоя под действием искрового разряда в газовой среде. Под действием искры в поверхностной зоне происходят изменения физических и химических свойств: меняется микротвердость, химический состав и рельеф поверхности, – формируется модифицированный слой. На свойства модифицированного слоя значительное влияние оказывает химический состав исходной заготовки, размер кристаллических зерен, а также химический состав газовой среды, в которой происходит процесс искрового разряда.
Искровое упрочнение в газовой среде позволяет достигнуть твердости 90 ГПа.
 |
 |
|
Упрочненная поверхность после 100-часового воздействия искрового разряда. |
Вид на поверхность поршневой канавки в зоне перехода от неупрочненного участка к упрочненному. |
Исследование выполнено в рамках гранта Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.B37.21.1659 «Конструкционные наноструктурные покрытия для повышения надежности деталей в объектах машиностроения».
Содержание исследования приведено в статье "МДО как средство повышения надежности ДВС".