Посувайло Володимир Миколайович. Розроблення плазмоелектролітних зносо- та корозивнотривких покриттів на магнієвих сплавах

Короткий опис

Посувайло Володимир Миколайович. Розроблення плазмоелектролітних зносо- та корозивнотривких покриттів на магнієвих сплавах : Дис... канд. наук: 05.02.01 - 2007.

Посувайло В. М.Розроблення плазмоелектролітних зносо- та корозивнотривких покриттів на магнієвих сплавах. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 матеріалознавство. - Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, Львів, 2007.
Дисертація присвячена розробці та дослідженню властивостей плазмоелектролітних оксидокерамічних покриттів на магнієвих сплавах. За допомогою спектральних методів визначені концентрація електронів та їх температура в плазмі розрядного каналу. На основі цих результатів проведені розрахунки виходу продуктів синтезу покриттів за різних температур та тисків. Встановлений вплив вольт-амперних параметрів процесу синтезу та складу електроліту на мікротвердість, товщину та поруватість покриттів. Рентгеноструктурним аналізом встановлено, що покриття складаються з фаз MgO та Mg2SiO4. Встановлено, що вольт-амперними параметрами та складом електроліту можна активно впливати на фазовий склад та мікротвердість покриттів. Електрохімічні дослідження показали, що оксидокерамічні покриття підвищують корозивну тривкість у розчині 0,3% NaCl порівняно з незахищеними на 1-2 порядки. Встановлено, що корозія та кавітація проходить через пори в покриттях. Електрохімічне дослідження поруватості покриттів вказує на те, що покриттям властиві дефекти у вигляді не наскрізних кратерів та наскрізних пор двох типів: на дні одних метал основи, а на інших плівка гідроксиду магнію Mg(OH)2. За однакової густини струму оксидування більша густина пор властива покриттям, отриманим з використанням низькоконцентрованого електроліту, оскільки супроводжується високим спадом напруги в приелектродній області. Встановлено високу ефективність оксидокерамічних покриттів підвищувати опір корозивно-ерозивному руйнуванню за низьких амплітуд кавітації, коли руйнування поверхневого шару проходить внаслідок корозії та вимивання металу основи через наскрізні пори. За високої інтенсивності кавітаційного навантаження має місце відлущування оксидокерамічного покриття від основи, що нівелює позитивний ефект поверхневої обробки. Показано, що ефективним способом досягнення високого опору зношуванню, корозії та корозивно-ерозивному руйнуванню є створення комбінованих оксидокераміка-тефлон покриттів.

Узагальненням отриманих у дисертації результатів встановлено закономірностіформування конверсійних оксидокерамічних зносо- та корозивнотривких покриттів на магнієвих сплавах, отриманих методом плазмового електролітного оксидування. Встановлено оптимальні режими процесу синтезу для формування покриттів із заданими властивостями.
Найважливіші наукові та практичні результати зводяться до наступного:

Рентгеноструктурним аналізом виявлено, що покриття в основному складаються з фаз MgO (периклаз) та Mg2SiO4(форстерит). Кількісним вмістом фаз в покритті можна керувати через параметри процесу синтезу та склад електроліту: зміна співвідношення густини катодного струму до анодного з 1 до 1,5 приводить до максимального вмісту оксиду магнію 80 %; у висококонцентрованих електролітах складу 10 г/л KOH + 15 г/л р.с. вміст Mg2SiO4зростає до 60%.
Встановлено, що під час синтезу конверсійних оксидокерамічних покриттів на магнієвих сплавах в розрядних каналах формується плазма температури 1,0104 1,1104K, що забезпечує утворення високотемпературних оксидних фаз кристалічної структури та високої твердості. На основі термодинамічних розрахунків побудовано температурні залежності формування у електролітній плазмі оксиду магнію та показано, що зростання тисків у розрядному каналі підвищує верхню температурну межу утворення MgO.
Встановлено, що максимальна мікротвердість покриттів (11...12 ГПa) за їх оптимальної товщини (» 150 мкм) досягається у електроліті складу 3 г/л KOH + 2 г/л р.с. + 2...5 г/л Н2О2за відношення густин катодного струму до анодногоIa/Ik= 1. Підвищення концентрації електроліту до 10 г/л KOH + 15 г/л р.с. та зміна співвідношенняIa/Ik= 1,25 дає можливість підвищити товщину покриття до 250 мкм за незначного зниження мікротвердості.
Оксидокерамічні покриття на два порядки підвищують зносотривкість магнієвих сплавів та на порядок порівняно з анодним покриттям.
Показано, що покриттям властиві дефекти у вигляді ненаскрізних кратерів та наскрізних пор двох типів: на дні одних метал основи, а на інших плівка гідроксиду магнію Mg(OH)2. З точки зору зменшення поруватості покриттів оптимальним є використання електроліту складу 3 г/л KOH + 2 г/л р.с., для якого покриття відзначаються не тільки порівняно низькою загальною густиною пор, але й високою часткою пор, дно яких вкрите плівкою Mg(OH)2.
На основі електрохімічних досліджень встановлено, що оксидокерамічні покриття на магнієвих сплавах зменшують швидкість корозії у 0,3% розчинах NaCl та HCl на 1-2 порядки порівняно з незахищеними сплавами. Додавання до базового електроліту 0,1% CrO3підвищує корозивну тривкість покриттів, а легування сплавів літієм підвищує поруватість покриттів і, відповідно, знижує їх корозивну тривкість.
Показано високу ефективність оксидокерамічних покриттів підвищувати опір корозивно-ерозивному руйнуванню за низьких амплітуд кавітації, коли руйнування поверхневого шару проходить внаслідок корозії та вимивання металу основи через наскрізні пори. Встановлено, що додавання до електроліту оксидування оксиду хрому знижує корозивно-ерозивну тривкість сплавів, що пов’язано з ростом поруватості покриттів.
Ефективним способом досягнення високого опору зношуванню, корозії та корозивно-ерозивному руйнуванню магнієвих сплавів є створення комбінованих оксидокераміка-тефлон покриттів.