CC BY
143
МИКРОДУГОВОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ
Нурутдинов Айрат Шамильевич
аспирант Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии имени
П.А. Столыпина, г. Ульяновск E-mail: airat919@mail. ru Хохлов Алексей Леонидович канд. техн. наук, доцент Ульяновской государственной сельскохозяйственной
академии имени П.А. Столыпина, г. Ульяновск
E-mail: chochlov. 73@mail.ru Степанов Виктор Александрович аспирант Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии имени
П.А. Столыпина, г. Ульяновск E-mail: ilmas. 73@mail. ru Марьин Дмитрий Михаилович аспирант Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии имени
П.А. Столыпина, г. Ульяновск E-mail: marjin25@mail. ru Сафаров Камиль Усманович канд. техн. наук, профессор Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии имени П.А. Столыпина, г. Ульяновск
MICROARC OXYGENATING
Airat Nurutdinov
Graduate student of Ulyanovsk State Agricultural Academy of a name P.A. Stolypin,
Ulyanovsk Alexei Khokhlov
Candidate of Science, associate professor of Ulyanovsk State Agricultural Academy
of a name P.A. Stolypin, Ulyanovsk Viktor Stepanov
Graduate student of Ulyanovsk state agricultural Academy name P.A. Stolypin,
Ulyanovsk Dmitry Maryin
Graduate student of Ulyanovsk State Agricultural Academy of a name P.A. Stolypin,
Ulyanovsk
Kamil Safarov
Candidate of Science, professor of Ulyanovsk State Agricultural Academy of a name
P.A. Stolypin, Ulyanovsk
АННОТАЦИЯ
Поршни из алюминиевых сплавов чаще всего выходят из строя по причине дефектовки днища поршня и канавок под поршневые кольца. В процессе эксплуатации поршни подвергаются воздействию высоких температур и
давления газов, возникающих при сгорании топлива. Одним из методов повышения ресурса и работоспособности поршня является нанесение специальных упрочняющих покрытий.
ABSTRACT
Pistons of aluminum alloys often fail due Troubleshooting piston and piston ring grooves. During operation, the pistons are subjected to high temperature and pressure gases produced by combustion. One method to increase the service life and performance of the piston is application of special hardening coatings.
Ключевые слова: упрочнение поршней; микродуговое оксидирование; покрытия.
Keywords: hardening of the pistons; microarc oxygenating; coverings.
Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенными тепловыми двигателями. Отличаясь компактностью, высокой экономичностью и долговечностью, эти двигатели находят применение во всех отраслях народного хозяйства. В настоящее время на основе перспективного типажа автомобилей и двигателей проводится модернизация автомобильных двигателей. Основными задачами при разработке двигателей нового типа является повышение удельных мощностных показателей, топливной экономичности, надежности, долговечности и экологической безопасности, а так же снижение стоимости их производства.
Восстановление и упрочнение изношенных деталей ДВС многие годы не теряет своей актуальности, поскольку являются основным путем снижения себестоимости и повышения качества ремонта автотракторной техники.
Например, при упрочнении поршней из алюминиевых сплавов используются керамические покрытия, которые характеризуются высокими уровнями точек плавления, прочностью на сжатие, сохраняющихся при высоких температурах и стойкостью к окислению. Однако наряду с перечисленными свойствами к керамическим покрытиям предъявляются
требования по стойкости к вибрациям, термоударам и адгезионной прочности. Наиболее широкое распространение для нанесения таких материалов получили способы газотермического и электрохимического напыления [1].
Газотермическое напыление подразделяется на следующие способы: газопламенное напыление, плазменное напыление, плазменнодуговое напыление, высокочастотное плазменное напыление, детонационное напыление, напыление в контролируемой атмосфере, напыление в динамическом вакууме и тигельное напыление.
Большинство способов газотермического напыления обладают высокой производительностью, позволяют достаточно точно регулировать толщину покрытия и припуск на механическую обработку. Основными недостатками газотермического напыления являются сравнительно невысокая адгезия покрытия, наличие остаточной пористости, напыленный слой не повышает прочности изделия, при напылении возникают трудности с нанесением покрытий на внутренние поверхности деталей.
Одним из распространенных способов упрочнения поверхностей деталей является технология электроосаждения композиционных электрохимических покрытий. Его суть заключается в том, что вместе с металлом из гальванической ванны на упрочняемую поверхность детали осаждаются различные неметаллические частицы: карбиды, оксиды, сульфиды, бориды, порошки полимеров и т. п. Присутствие этих материалов в покрытии изменяют его свойства, в том числе увеличивают их износостойкость. К существенным недостаткам электрохимических покрытий можно отнести низкую производительность и высокую энергоёмкость процесса их получения, а также токсичность.
Микродуговое оксидирование (МДО) — сравнительно новый вид поверхностной обработки и упрочнения металлических материалов, берущий свое начало от традиционного анодирования, и соответственно относится к электрохимическим процессам. Микродуговое оксидирование позволяет получать многофункциональные керамикоподобные покрытия с уникальным
комплексом свойств, в том числе износостойкие, коррозионностоикие, теплостойкие, электроизоляционные и декоративные покрытия [2].
Отличительной особенностью МДО является участие в процессе формирования покрытия поверхностных микроразрядов, оказывающих весьма существенное и специфическое воздействие на формирующееся покрытие, в результате которого состав и структура получаемых оксидных слоев существенно отличаются, а свойства значительно повышаются по сравнению с обычными анодными пленками [3]. Другими положительными отличительными чертами процесса МДО являются его экологичность, а также отсутствие необходимости тщательной предварительной подготовки поверхности в начале технологической цепочки и применения холодильного оборудования для получения относительно толстых покрытий. На рис. 1 приведена принципиальная схема МДО.
Блок
і
Источник
питания
| о о
г'
Г
0 1
о 1 Блок
измере- о 1 рееиисре
ения - 1
—
с: Ь-и-
-7-
Шторка
—
J_o
Рисунок. 1. Принципиальная схема МДО
Технология МДО довольно хорошо отработана в основном для алюминиевых сплавов. МДО-покрытия находят все более широкое применение в самых различных областях — от производства товаров бытового назначения и медицины до приборостроения и аэрокосмической промышленности, в т. ч. в двигателестроении.
Днище является наиболее термически нагруженной частью поршня. С увеличением диаметра поршня температура днища повышается, так как возрастает путь отвода теплоты к стенкам цилиндра, а также отношение поверхности днища, воспринимающей теплоту, к поверхности, через которую она отводится в стенки цилиндра.
Так, например, толстые покрытия на алюминии, полученные в силикатнощелочном электролите, состоят из трех слоев (рис. 2): 1— тонкого
переходного; 2 — основного рабочего, с максимальной твердостью и минимальной пористостью, состоящего в основном из корунда (Л1203) и 3 — наружного технологического, обогащенного алюмосиликатами.
3
2
1
А1
Рисунок 2. Структура МДО-покрытий на алюминии
Сущность МДО заключается в том, что на деталь, расположенную в электролитической ванне, через специальный источник питания подается ток, приводящий к образованию на поверхности детали микроплазменных разрядов, под воздействием которых поверхностный слой перерабатывается в оксид алюминия. В результате на поверхности детали образуется прочный оксидированный слой [4].
Таким образом, можно констатировать, что основным отличием МДО-процесса, от давшего ему начало традиционного анодирования, является использование энергии электрических разрядов, мигрирующих по
обрабатываемой поверхности, погруженной в электролит, которые оказывают специфическое термическое, плазмохимическое и гидродинамическое воздействие на металл основы, само покрытие и электролит, в результате чего формируются керамикоподобные покрытия с регулируемыми в широком диапазоне элементным и фазовым составом, структурой и свойствами. Получение такого оксидного теплового барьерного слоя обеспечит защиту днища поршня от воздействия высокотемпературных тепловых потоков, выходящих из камеры сгорания, что позволит снизить толщину и вес поршня, удельный эффективный расход топлива, увеличить эффективную мощность и эффективный коэффициент полезного действия двигателя, уменьшить токсичность отработавших газов.
Список литературы:
1. Кудинов, В.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование [Текст]: учебник для вузов / В.В. Кудинов, Г.В. Бобров. — М.: Металлургия, 1992. — 432 с.
2. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование) / И.В. Суминов, А.В. Эпельфельд, В.Б. Людин и др. — М.: ЭКОМЕТ, 2005. — 368 с.
3. Малышев, В.Н. Упрочнение поверхностей трения методом микродугового оксидирования: Автореф. дис...докт. техн. наук / В.Н. Малышев. — Москва, 1999. — 53 с.
4. Патент 2439211 Россия, МПК Е02Б 3/12. Способ обработки поршней
двигателей внутреннего сгорания из алюминия, титана, и их сплавов / И.А. Казанцев, А.О. Кривенков, С.Н. Чугунов, А.Л. Хохлов, В.А. Степанов, К.У. Сафаров. — № 2010140537/02; Заяв.04.10.2010;
Опубл. 10.01.2012, Бюл. № 1.
