CC BY
75
ционального покрытия гибким инструментом позволяет увеличить диаметр изношенной детали, получить '
ультрамелкозернистую структуру в поверхностном слое за счет ИПД. Функциональные покрытия раз- ^
личного назначения могут наноситься из чистых металлов и сплавов, композитных материалов, в том числе нанокомпозиционных. 6
Список литературы 7
1. Хворостухин Л.А., Шишкин С В., Ковалев А.П., Ишмаков Р.А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упроч- 8.
нением. М.: Машиностроение, 1988. 144 с.
2. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярныммик- 9.
рорельефом. П.: Машиностроение, 1982. 248 с.
3. Макаров А.В., Коршунов Л.Г. Повышение твердости и износостойкости закаленных лазером стальных поверхностей с помощью фрикци-
онной обработки // Трение и износ. 2003. Т. 24. №3. С. 301-306. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Малыгина И.Ю., Солодова И.Л. Повышение теплостойкости и износостойкости закаленных углеродистых сталей фрикционной упрочняющей обработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. №3.С. 57-62. Пашинская Е.Г., Толпа АА. Возможности интенсивной прокатки со сдвигом для формирования ультрамелкозернистой структуры на примере эвтектоидной стали // Металлы. 2004. № 5. С. 85-93.
А.с. 115744. Способ придания поверхности металлов трущихся пар противозадирныхсвойств / Д.Н. Гаркунов, В.И. Лозовский.
Белевский ЛС. Пластическое деформирование поверхностного слоя и формирование покрытия при нанесении гибким инструментом. Магнитогорск: Лицей РАН, 1996. 231 с.
Анцупов В.П. Теория и практика плакирования гибким инструментом. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова., 1999. 241 с.
Платов С.И., Дема P.P., Зотов А.В. Модель формирования толщины плакированного слоя на деталях пар трения технологического оборудования // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. № 1. С. 69-72.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
RESTORATION OF DIMENSION AND FORM OF PART BY COMBINED TREATMENT
Belevskiy L.S., Belevskaiy I.V., Ephimova Y.Y.
Abstract. Influence of possibility restoration of dimension and form of part by combined treatment - by knurling of roller with following cladding functional coating by flexible tool. That treatment to permit increase diameter of wear part, receive ultra grain structure in surface layer by IPD. Different functional coating may be cladding from pure metals and alloys, composite or nanocomposite materials.
Keywords: restoration of dimensions, knurling, plastic deformation, friction cladding, coating, ultra grain structure.
References
1. Hvorostuhin L.A., Shishkin S.V., Kovalev A.P., Ishmakov R.A. Povyshenie nesushhej sposobnosti detalej mashin poverhnostnym uprochneniem. [Increase of bearing ability of details by superficial hardening]. Moscow: Mechanical engineering, 1988. 144 p.
2. Shneider U.G. Jekspluatacionnye svojstva detalej s reguljarnymmikrorel'e-fom. [Operational properties of details with a regular microrelief]. Leningrad: Mechanical engineering, 1982. 248 p.
3. Makarov A.V., Korshunov L.G. Povyshenie tverdosti i iznosostojkosti zakalennyh lazerom stal'nyh poverhnostej s pomoshh'ju frikcionnoj obrabotki. [Increase of hardness and wear resistance of the steel surfaces tempered by the laser by means of frictional processing]. Trenie i iznos. [Friction and wear], 2003, vol.24, no.3, pp. 301-306.
4. Makarov A.V., Korshunov L.G., Malygina I.Yu., Solodova I.L. Povyshenie teplostojkosti i iznosostojkosti zakalennyh uglerodistyh stalej frikcionnoj
uprochnjajushhej obrabotkoj. [Increase of heat resistance and wear resistance tempered carbonaceous staly frictional strengthening processing]. Metallovedenie i termicheskaja obrabotka metallov. [Metallurgical science and heat treatment of metals]. 2007, no.3, pp. 57-62.
5. Pashinskaiy E.G., Tolpa A.A. Vozmozhnosti intensivnoj prokatki so sdvigom dlja formirovanija ul'tramelkozernistoj struktury na primere jevtektoidnoj stali. [Vozmozhnosti's crowd of intensive rolling with shift for formation of ultrafine-grained structure on the example of evtektoidny steel]. Metally. [Metals]. 2004. no.5. pp. 85-93.
6. Garkunov D.N., Lozovsky V.I. Ampere-second 115744. Sposob pridanija poverhnosti metallov trushhihsja par protivozadirnyh svojstv. [Threw the Way of giving of a surface of rubbing couples of anti-seize properties].
7. Belevskiy L.S. Plasticheskoe deformirovanie poverhnostnogo sloja i formi-rovanie pokrytja pri naneseni gibkim instrumentom. [Plasticheskoye deformation of a blanket and covering formation when drawing by the flexible tool]. Magnitogorsk: Russian Academy of Sciences lyceum, 1996. 231 p.
8. Antsupov V.P. Theory and practice of cladding by the flexible tool. Magnitogorsk: Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 1999. 241 p.
9. Platov S.I., Dyoma P.P., Zotov A.V. Model' formirovanija tolshhiny plakirovannogo sloja na detaljah par trenija tehnologicheskogo oborudovanija // [Model of the formation thickness clad Lauer for friction pairs of process equipment]. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universteta im. G.I. Nosova. [Vestnik of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov], 2013, no.1. pp. 69-72.
УДК 621.794.61
Коленчин Н.Ф., Кусков В.Н., Сафронов А.В., Шадрина П.Н.
ВЛИЯНИЕ ОЗОНА И УЛЬТРАЗВУКА НА ФОРМИРОВАНИЕ И СВОЙСТВА АНОДНОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИИ И ЕГО СПЛАВАХ
Аннотация. Исследованы временные зависимости роста оксидного покрытия при анодировании алюминия А3 и сплава Д16 в водном растворе серной кислоты с продуванием озоно-воздушной смеси через электролит. Установлены интенсификация процесса и увеличение толщины, микротвердости и износостойкости покрытия. Ультразвуковое воздействие одновременно с продуванием озоно-воздушной смеси через электролит повышает микротвердость и износостойкость покрытия.
Ключевыеслова: анодирование, алюминиевый сплав, озоно-воздушная смесь, ультразвук, оксидное покрытие, микротвердость, износостойкость, толщина.
Возможность создания на поверхности алюминия зионной стойкостью и чистотой поверхности, микро-
и его сплавов оксидного слоя позволяет существенно твердостью и износостойкостью, электросопротивле-
повысить эксплуатационные характеристики изделий. нием и пробивным напряжением, хорошими декора-
Получающееся покрытие обладает высокими корро- тивными показателями и т.д. В производственных
условиях для получения оксидного слоя широко применяется анодирование в водных электролитах серной, щавелевой или сульфосалициловой кислот.
С целью интенсификации формирования оксид -ного покрытия на алюминии и его сплавах, повышения его функциональных характеристик техноло-гия обработки постоянно совершенствуется, разрабатываются новые составы электролитов. В работе показано влияние ультразвуковой обработки и бар-ботирования водного сернокислотного электролита озоно-воздушной смесью на результаты анодирования технического алюминия А3 и деформируемого сплава Д16.
Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1. Использовали образцы размерами 30*30*2 мм ПРИ температуре (0 ± 1)°С и содержании озона в воздушной смеси 3 мг/л, концентрация серной кислоты - от 1 до 10 мае. %. Анодирование образцов выполнили по режиму падающей мощности (при начальном напряжении 75 В), который обычно позволяет формировать пленки большей толщины по сравнению с гальваностатическим. Использовали три различные технологии воздействия на электролит:
№1 - продувку электролита воздухом;
№2 - продувку электролита озоно-воздушной смесью; №3 - продувку электролита озоно-воздушной смесью с одновременным ультразвуковым воздействием частотой 2,2 106Гц.
Микротвердость НУ оксидных покрытий измеряли на поперечных шлифах с помощью прибора ПМТ-3 при нагрузке на индентор 0,49 Н (в работе указано среднее значение 5-7 измерений), толщину - металлографически на микроскопе МИМ-7 и толщиномером «Константа К-7». Износостойкость определяли по уменьшению толщины покрытия при скольжении со смазкой контр-тела из стали ШХ9 со скоростью
0,5 м/с и нагрузке 49 Н.
Рентгеноструктурные исследования выполнили на дифрактометре ДРОН-3 в СоКа-излучении. Расшифровку рентгенограмм провели на основе данных американской картотеки ТСРБ8.
Количественное соотношение а - и у -оксидов алюминия в покрытии оценивали по относительным интегральным интенсивностям отражений (102) и (400) соответственно.
На рис. 2 приведены фотографии полученных покрытий при различных увеличениях. Видны отдельные элементы строения анодного слоя.
11 12
§
2 І3 19
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - ультразвуковая ванна; 2 - электролит; 3 - анод; 4 - изоляционный материал; 5 - источник постоянного тока; 6 - патрубок; 7 - наполнительная емкость;
8 - насос;9 - барботер; 10 - катод; 11 - холодильный агрегат;
12 - генератор озона; 13 - регулировочный кран
Рис. 2. Внешний вид (а, увеличение 110 крат) и строение (б, увеличение 4500 крат) анодного покрытия
На рис. 3 приведены зависимости толщины оксидного покрытия от времени в процессе анодирования.
Установлено, что введение озона в смесь с воздухом увеличивает конечную толщину оксида алюминия на 45-53%. При этом в случае с продувкой воздухом рост покрытия практически стабилизируется к 40-й минуте анодирования, а при использовании озона он продолжается до 50-й минуты, т.е. окислительный потенциал обогащенной озоном смеси выше. Применение ультразвукового воздействия на электролит снижает интенсивность формирования оксидного покрытия, и конечная толщина покрытия за 60 мин анодирования оказывается меньше на 10-13%. По-видимому, ускоряется растравлива-
ющее действие электролита или сказывается кавитационный износ внешней поверхности АОП.
Рис. 3. Изменение толщины покрытия на сплаве Д16 от времени анодирования по технологиям:
1 - в 5%-ной серной кислоте с продувкой электролита воздухом; 2 - в 5%-ной серной кислоте с продувкой электролита озоно-воздушной смесью; 3 - в 5%-ной серной кислоте с продувкой электролита озоновоздушной смесью и ультразвуковым воздействием
Результаты определения величин микротвердости и износа оксидных покрытий, полученных при анодировании с начальным напряжением 75 В по различным технологиям, приведены на рис. 4 и 5.
Использование при анодировании продувки электролита озоно-воздушной смесью позволяет повысить микротвердость АОП с 5820 МПа (по технологии №1) до 7590 МПа (по технологии № 2), т.е. дает прирост 30%. Дополнительное воздействие ультразвука (по технологии №3) обеспечивает еще 17%-ное повышение микротвердости (до 8910 МПа).
Повышение микротвердости покрытия с обогащением озоном газовой смеси обусловлено увеличением кристаллической составляющей (у-А1203) в покрытии (см. таблицу). При этом доля аморфной составляющей в покрытии уменьшилась, о чем свидетельствует сокращение на рентгенограмме гало в интервале углов 29 = 20 - 40°. Ультразвуковое воздействие не только повышает содержание у - А1203 в покрытии, но и обеспечивает формирование в нем высокотемпературной аллотропической модификации а - А1203. Появление корунда может быть обусловлено как образованием и ростом зародышей а -фазы, так и перекристаллизацией у ^ а при термическом и электрическом воздействии ультразвука.
Результаты рентгеноструктурного анализа анодных покрытий на алюминии А3
Технология Интенсивность Соотношение интенсивностей а -М2О3 и у -М2О3
анодирования у -М2О3
1 25 0
2 79 0
3 69 19 : 81
Это значительно увеличивает износостойкость анодных покрытий: в 1,7 раза по сравнению с покрытиями, полученными по технологии №2, ив 3,7 раза по сравнению с покрытиями, полученными по технологии №1. Приведенные результаты свидетельствуют о перспективности использования ультразвука в сочетании с продувкой электролита озоно-воздушной смесью при анодировании алюминия и его сплавов.
Рис. 4. Величина микротвердости анодных покрытий на алюминии А3, полученных по указанным выше технологиям (обозначения аналогичны рис. 2)
Формирование более твердого а -оксида алюминия (корунда) установлено и в АОП на сплаве Д16.
Рис. 5. Величина износа анодных покрытий на сплаве Д16, полученных по указанным выше технологиям (обозначения аналогичны рис. 2)
Технологию анодирования с применением озоновоздушной смеси опробовали на реальных изделиях. Испытания на нефтяных промыслах анодированных деталей из сплава Д16 (обойм подшипников скольжения, защитных рубашек и межсекционных уплотнений насосов системы поддержания пластового давления) показали хорошие результаты: длительность эксплуатации в агрессивных средах при отсутствии ударных нагрузок выросла практически в два раза по сравнению с серийно изготовленными. Толщина оксидного покрытия на корпусе шестеренчатого насоса из сплава АЛ9 составила 30-40 мкм. После эксплуатационных испытаний в течение 2200 ч (3 месяца круглосуточно) величина износа составила 20-26 мкм, в то
время как у серийных корпусов - 148-163 мкм после 1248-1560 ч работы.
Выводы
1. Установлено, что введение озона в воздушную смесь для барботажа электролита при анодировании алюминия А3 и его сплава Д16 в 5%-ном водном растворе серной кислоты увеличивает конечную толщину оксидного покрытия на 45-53%, а одновременные ультразвуковое воздействие и продувка электролита озоно-воздушной смесью - только на 30-35%, хотя в последнем случае повышается микротвердость АОП до 8910 МПа.
2. Повышение микротвердости покрытия на алюминии и его сплавах с обогащением озоном газовой смеси обусловлено уменьшением доли аморфной составляющей и увеличением кристаллической составляющей (у-А1203) в покрытии до 79%. Ультразвуковое
воздействие одновременно с продувкой электролита озоно-воздушной смесью не только повышает содержание у -А1203 в покрытии, но и обеспечивает формирование в нем высокотемпературной аллотропической модификации а -А1203 (корунда).
3. Износостойкость анодных покрытий на сплаве Д16, полученных по технологии №3, увеличилась в 1,7 раза по сравнению с покрытиями, полученными по технологии №2, ив 3,7 раза по сравнению с покрытиями, полученными по технологии №1. Результаты свидетельствуют о перспективности использования ультразвука в сочетании с продувкой электролита озоно-воздушной смесью при анодировании алюминия и его сплавов.
4. Эксплуатационные испытания анодированных деталей из сплава Д16 показали увеличение длительности их функционирования в два раза, а из сплава АЛ9 -более чем в пять раз по сравнению с серийными.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
OZONE AND ULTRASOUND INFLUENCE ON FORMING AND PROPERTIES OF ANODE COATING ON ALUMINUM AND ITS ALLOYS
Kolenchin N.Ph., Kuskov V.N., Safronov A.V., Shadrina P.N.
Abstract. The time dependences of oxide coating growth during anodization of aluminum A3 and alloy D16 in aqueous solution of sulfuric acid with aeration of the solution by a ozone-aerial mixture are studied. Thickness, microhardness and wearproofness of the coating are increased thanks to intensification of the anodization processes. Ultra-
sonic influence simultaneously with aeration of the electrolyte by the ozone-aerial mixture increases microhardness and wearproofness of the coating.
Keywords: anodization, aluminium alloy, ozone-aerial mixture, ultrasound, oxide coating, microhardness, wearproofness, thickness.
