Определение коррозионной стойкости МДО-покрытия Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

0 0,5л л 1,5л ф

Рис. 4. Характеристические функции

При угловой скорости кулачка ю(0 имеем угловую скорость и ускорение коромысла

юк = ююч = юА,^;

2 dю 2„тт dю.J-7

е„ = ю еп + юп — = ю ш 2 + —Ш,, к п п dt 2 dt 1

следовательно, поставленная задача решена: угловая скорость коромысла пропорциональна зт2ф.

2. Кулачковые механизмы с роликовым и тарельчатым толкателем (рис. 1б, в).

Зададим закон перемещения толкателя й(ф) = HU(ф), где Н = 100 мм — максимальное перемещение толкателя, радиус ролика г = 20 мм, пА = 0. Теоретический Пт и рабочие Прр, Прт профили, соответственно кулачков с роликовым и тарельчатым толкателями, рассчитанные по предложенной методике, даны на рис. 5. Максимальный угол давления роликового толкателя 5 = 24° при ф = 80° и 279°,

Рис. 5. Теоретический и рабочий профили кулачков для трех типов механизмов

а у тарельчатого толкателя 5тт = 0. Аналоги скорости и ускорения толкателя

dh dHUx

vq = — = HU,, aq =-----------

q dq 1 q dq

= HU,

При угловой скорости кулачка ra(t) имеем скорость и ускорение толкателя

vA = ravq = raHU,;

2 dro 2тттт dro тттт

aA = ю aq + vq — = ю HU2 н--------HU,,

A q q dt 2 dt 1

таким образом, скорость vA перемещения толкате-

•2a

лей пропорциональна sin ф.

Предложенная методика профилирования кулачков достаточно эффективна и может быть рекомендована для реализации в инженерной практике.

Список литературы

1. Теория механизмов и машин / Под ред. К.В. Фролова. — М.: Высшая школа, 1987.

2. Попов, Н.Н. Расчет и проектирование кулачковых механизмов / Н.Н. Попов. — М.: Машиностроение, 1980.

3. Болтянский, В.Г. Огибающая / В.Г. Болтянский. — М.: ГИФМЛ, 1961.

УДК 621.83:699.718

А.В. Коломейченко, канд. техн. наук, доцент Н.С. Чернышов, канд. техн. наук

ФГОУ ВПО «Орловский государственный агроинженерный университет»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МДО-ПОКРЫТИЯ

А

1Г\.<

люминиевые сплавы обладают такими ценными ность. Поэтому они нашли широкое применение

свойствами, как легкость, высокая прочность в машиностроении, в том числе для изготовления

в сочетании с малой плотностью, удовлетворитель- деталей, работающих в системе охлаждения двиганая коррозионная стойкость, хорошая теплопровод- телей. В то же время в результате воздействия аб-

---------------------------- 81

разивных частиц, присутствующих в охлаждающей жидкости, которая находится в электрохимическом взаимодействии с материалом деталей, эти изделия достаточно быстро получают значительные коррозионные повреждения, что не позволяет осуществлять дальнейшую эксплуатацию техники.

Ежегодные потери от коррозии исчисляются миллионами рублей. Ее скорость измеряют в граммах разрушаемого материала за один час с одного квадратного метра металлической поверхности. В результате коррозии алюминиевого сплава образуется гидрооксид алюминия А1(ОН)3, который не растворяется в охлаждающих жидкостях [1]. Применительно к деталям системы охлаждения существует несколько способов борьбы с коррозией. Можно защищать металл от нее, уменьшая агрессивность среды, в частности введением в эту среду ингибиторов — замедлителей коррозийных процессов. Например, к охлаждающим этиленгликолевым жидкостям добавляют антикоррозионную присадку, в состав которой входят 2,5.. .3,5 г/л динатрийфосфата и 1 г/л декстрина. Первый защищает от коррозии детали из чугунов и сталей, а второй — из алюминиевых и медных сплавов. Можно покрывать металлическую поверхность не поддающимся коррозии материалом. Например, оксидные покрытия, сформированные на алюминиевых сплавах способом МДО, являются электрохимически инертными [2]. В этом случае коррозионному разрушению, вследствие проникновения агрессивной среды через сквозные поры оксидного покрытия, подвергается металлическая основа.

На основании проведенных исследований можно сделать допущение, что сквозная пора, через которую агрессивная среда проникает к металлической основе, имеет в сечении окружность радиуса (рис. 1).

Ввиду того, что многие физические законы движения (распространения) тесно связаны с уравнениями кривых второго порядка (окружность, эллипс, парабола и гипербола), предположим, что сформировавшиеся продукты коррозии за время г

имеют условно форму параболоида вращения с образующей кривой (параболой) у = k(R2 — x2) при вертикальном сечении, где ось Ох направлена вдоль поверхности металлической основы, а ось Оу — перпендикулярно ей через центр рассматриваемой окружности радиуса R (k = const) (см. рис. 1).

Вычислим объем продуктов коррозии металлической основы в зоне единичной поры как объем тела вращения вокруг оси Оу:

К = ъ\х2лу = 4 [ r2 - у) dy = 2§ (r2 - h),

где R — радиус рассматриваемого круга параболы; h — высота параболы; k — коэффициент кривизны параболы.

Площадь поверхности, на которой протекает коррозия, вычислим как площадь поверхности тела вращения вокруг оси Оу:

J С xijl + ix')2

о

dy =

:2nl

R2 - У 1 +

4k2R2 - 4ky

dy =

4л

kR2 - — 4k

\3

Обозначим через Уп объем продуктов коррозии, который мог образоваться за тот же период при отсутствии на поверхности металлической основы покрытия, и введем коэффициент изменения объема продуктов коррозии:

V,

m = ■

К.

(1)

где ¥м — объем продуктов коррозии под покрытием за время г.

Наличие покрытия в зоне образования нерастворимых продуктов коррозии сдерживает рост их объема, в связи с этим т > 1. Приращение объема продуктов коррозии за период dt составит:

Рис. 1. Начало коррозии металлической основы в зоне единичной поры под оксидным покрытием

dV„ = 2nRhdR + n

dh.

Принимая, что коррозионный процесс протекает с одинаковой скоростью во всех направлениях контакта основного металла со средой, и учитывая форму параболы (к = кЯ2), получим dh = 2kRdR и dV = 2ккRъdR.

м

Изменение объема прокорродировавшего металла с учетом скорости коррозии и характеристик продуктов коррозии выражается формулой

dVu = - Sdt, У

(2)

1

в которой S =

4п

37*'

kR2 + — 4k

\3

------2 , (3)

6k2

где и — скорость коррозии металлической основы (для установившегося процесса принимаем и = const); у — удельный вес продуктов коррозии.

Изменение объема продуктов коррозии за период dt с учетом (1), (2) и (3) составит:

d¥„ = т

пь

6yVk

Іґ 1 л3 kR2 + — 4k

1

її

dt,

а изменение давления в результате приращения объема продуктов коррозии под покрытием

dP = En

V

(4)

где Епк — модуль деформации продуктов коррозии. Проинтегрировав (4), с учетом (1) получаем:

P = mE ln VM + lnC

п.к м

или, принимая во внимание, что dR = — dt, приходим к формуле ^

P = 3mE lnt + С,,

п.л Р

где t — продолжительность инкубационного периода; С — определяется из начальных условий.

Началу образования продуктов коррозии под покрытием в зоне поры предшествует инкубационный период tH, зависящий от различных свойств конкретного покрытия и коррозионной стойкости металлической основы. В течение инкубационного периода Р = 0, следовательно, можно выразить константу Су

С1 = -3тиЕп.к1Пи.

Таким образом, давление, создаваемое продуктами коррозии металлической основы, под оксидным покрытием в текущий момент времени t на начальной стадии коррозионного разрушения будет вычисляться по формуле

P = 3muEnK ln—.

tH

Начало формирования нерастворимых продуктов коррозии под оксидным покрытием в области сквозной поры приводит к возникновению растягивающих напряжений за счет увеличения объема продуктов коррозии.

В случае, когда усилие, способствующее отрыву покрытия от металлической основы в зоне поры, будет создавать по линии контура напряжения, равные или больше прочности сцепления покрытия и металлической основы, может происходить отрыв оксидного покрытия. В связи с этим за начало

Рис. 2. Образование выпуклости на оксидном покрытии под воздействием давления продуктов коррозии металлической основы

отрыва оксидного покрытия от металлической основы в зоне единичной поры принята продолжительность, в течение которой усилие отрыва достигнет критического значения. Критическое значение усилия отрыва определяется прочностью сцепления покрытия и металлической основы на длине контура формирующихся продуктов коррозии.

Дальнейший анализ коррозионного разрушения оксидированных алюминиевых сплавов показал, что оксидное покрытие, оторвавшись от металлической основы, образует на его поверхности выпуклость в виде части кругового параболоида, после чего покрытие разрушается. Это происходит тогда, когда под действием давления продуктов коррозии напряжения в покрытии превысят предел его прочности.

Давление продуктов коррозии при коррозионном разрушении оксидированного алюминиевого сплава будет определяться как

V

P = Е„

= Е„

(т — 1) -

(т -1) -

mV.

М

h К - h)

kmR4 (і - k)

(4)

где V — объем, образованный оксидным покрытием, части кругового параболоида I V = — Н1 - Н11 I; Яг —

2к

радиус круга, частью которого является отслоившееся покрытие; к1 — расстояние от металлической основы до покрытия в месте выпуклости (рис. 2).

Обозначим через 2 отношение кх / Я2Р и в результате его подстановки в (4) и последующих преобразований формула для определения давления продуктов коррозии будет иметь вид

P = Esi

m

т — т —

z t1 -z) k (і - k)

(5)

В момент разрушения оксидного покрытия радиус Я1 сечения кругового параболоида по границе покрытие металлическая основа будет равен:

Ri =

08^ 3^1 -ц2

3P

(6)

где 5 — толщина покрытия; а — предел прочности покрытия; ц — коэффициент Пуассона покрытия.

Учитывая, что г1 — продолжительность начала разрушения покрытия составляет: г1 = Я1у / и, и с учетом (5) и (6) получим

t1 =

о8у^ 3^1 -ц2 ) oöym^ 3^1 -ц2

3Pv>

3ьЕ„

т — т —

z i1 - z) к (1 - к)

(7)

Таким образом, формула (7) позволяет прогнозировать продолжительность работы покрытия в агрессивных средах до его разрушения под воздействием давления продуктов коррозии металлической основы, зная его толщину, физико-механические свойства и скорость коррозии металлической основы.

Список литературы

1. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование) / И.В. Суминов [и др.]. — М.: ЭКОМЕТ, 2005.

2. Химическая энциклопедия. В 5 т. Т.1. — М.: Советская энциклопедия, 1988.

УДК 678:53

А.С. Кононенко, канд. техн. наук, доцент С.П. Поздняков, аспирант

ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

СОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С РАБОЧИМИ ЖИДКОСТЯМИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ И ИХ НАНОМОДИФИКАЦИЙ

Эффективность использования машин и уровень их надежности во многом определяются долговечностью корпусных деталей, к которым относят блоки и головки блоков цилиндров, корпуса коробок передач, корпуса мостов, подшипников, гидрораспределителей, станины, каретки и др.

Причиной выхода корпусных деталей из строя является широкий диапазон действующих нагрузок и скоростных режимов, разнообразие видов трения, используемых материалов, наличие отклонений в их свойствах, различие в допусках на размеры, качество обработки поверхностей, взаимное расположение деталей, влияние условий эксплуатации [1]. Совокупность этих воздействий приводит к такому трудноустранимому дефекту, как трещинооб-разование.

Нарушение целостности (герметичности) корпусной детали, вызванное образованием трещины, приводит к попаданию внутрь нее абразивных частиц, потере рабочей жидкости, приводящих к ускоренному износу трущихся пар, что в конечном итоге становится следствием значительного простоя техники, вызванного большой трудоемкостью сборноразборных работ.

Существует много способов устранения данного дефекта, но не каждый из них доступен и эффективен, поэтому при ремонте сельскохозяйственной техники все более широкое применение находят жидкие сталенаполненные двухкомпонентные

84

составы на основе эпоксидной смолы, называемые «холодной сваркой».

Термин «холодная сварка» по отношению к эпоксидным составам может быть применен только к металлополимерным композициям (у которых формообразование высокодисперсных частиц металлов происходит в присутствии связующего и сопровождается образованием связей между его макромолекулами и поверхностными частицами металла). Таким образом получают высокопрочные составы, которые во многих случаях позволяют не только заменить пайку, сварку или наплавку, но и производить восстановление таких деталей, ремонт которых известными способами затруднен или невозможен [2].

Неоценимым достоинством данных составов является способность заполнять труднодоступные трещины и полимеризоваться не только при комнатной температуре, но и в достаточно широком диапазоне отрицательных и положительных температур.

Российский рынок предлагает большое количество отечественных полимерных материалов, из которых наиболее доступной как для ремонтных предприятий, так и для простых автолюбителей является продукция ООО «Технобазис», представленная широким ассортиментом составов полирем.

Из зарубежных компаний, занимающихся разработкой, производством и внедрением композиционных материалов, можно назвать корпорацию