Исследование износо- и фреттингостойкости оксидов алюминия и циркония, сформированных методом микродугового оксидирования для защиты элементов двигателей и энергоустановок

• Автор: Ляховецкий, Максим Александрович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСО- И ФРЕТТИНГОСТОЙКОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭНЕРГОУСТАНОВОК ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ И ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВОВ
1.1 Анализ и оценка применения алюминиевых и циркониевых сплавов в производстве ДЛА и ЭУ
1.2 Способы защиты алюминиевых и циркониевых сплавов от износа и фреттинг-износа и обоснование выбора метода МДО
1.3 Физическая картина процесса микродугового оксидирования
1.4 Анализ МДО обрабатываемости алюминиевых сплавов
1.5 Анализ МДО обрабатываемости циркониевых сплавов
1.6 Особенности износа и фреттинг-износа оксидов алюминия и циркония
Глава 2 АНАЛИЗ И ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ИЗНОСА И ФРЕТТИНГ - ИЗНОСА
2.1 Взаимодействие деталей в контакте при трении и виды изнашивания
2.2 Типы контактных взаимодействий
2.3 Физическое моделирование процесса фреттинг-износа
Глава 3 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПЫТАНИЙ
3.1 Материалы, модельные образцы и методики исследований
3.2 Установка МДО и её составляющие, методики эксперимента
Глава 4 ФОРМИРОВАНИЕ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ И ЦИРКОНИЯ МЕТОДОМ МДО И ХАРАКТЕРИСТИКИ ИХ ИЗНАШИВАНИЯ
4.1 МДО алюминиевых сплавов и анализ результатов оптимизации
4.2 Анализ и исследование МДО циркониевого сплава Э
4.3 Исследование изнашивания МДО покрытий
Глава 5 ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Опытный технологический процесс МДО для защиты от износа и фреттинг-износа стакана блока насосов ГТД РД-
5.2. Разработка методики и результаты сравнительных испытаний износостойкости в условиях возвратно-поступательного движения в среде различных масел маслоагрегатовГТДАЛ31Фи АЛ41Ф
5.3. Опытные технологические процессы формирования МДО покрытий для снижения изнашивания деталей поршневых двигателей комбинированных ЭУ
5.4. Опытный технологический процесс получения МДО покрытий диоксида циркония заданного фазового состава
5.5. Материал, результаты испытаний и опытный технологический процесс формирования комбинированного МДО покрытия для защиты подшипников скольжения узлов разворота элементов холодильника-излучателя космической энергетической установки

5.6. Опытные технологические процессы МДО для защиты от коррозии и фреттинг-износа элементов тепловыделяющих сборок ядерных энергоустановок,
изготавливаемых из циркониевых сплавов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ №
ПРИЛОЖЕНИЕ №
ПРИЛОЖЕНИЕ №
ПРИЛОЖЕНИЕ №
ПРИЛОЖЕНИЕ №
ПРИЛОЖЕНИЕ №
ПРИЛОЖЕНИЕ №

НЕКОТОРЫЕ ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Е„ - нормальная нагрузка (Н),
/ - частота (Гц), п - количество циклов,
/л - коэффициент трения,
- приложенная тангенциальная сила к контакту (Н), рх - давление в контакте (Па), а - радиус пятна контакта (мкм),
£> - полное относительное перемещение трущихся тел за один цикл (мкм), дх - амплитуда полного перемещения в контакте пары трения (мкм), ду — составляющая амплитуды перемещения за счет упругости контакта (мкм), д„ - составляющая амгшшуцы перемещали: за счет гтаспмеской деформации контакта (мкм),
Зс - составляющая амплитуды перемещения за счет скольжения в контакте (мкм), др - регистрируемое значение перемещения (мкм), б0 - апертура петли гистерезиса (мкм), ке — константа упругости системы пары трения,
(р - динамическая константа системы пары трения.
А — энергетический критерий,
В - апертурный критерий,
С - критерий без учета упругости системы,
А,, В,, С, — переходные значения критериев,
Е, - полная энергия системы за один цикл (Дж),
Ее - запасенная упругая энергия системы за один цикл (Дж),
Ел - рассеиваемая энергия системы за один цикл (Дж),
Г—безразмерный коэффициент V], «з,- коэффициенты Пуассона,
С/, С2, - модули сдвига (МПа),
Л], Й2 - радиусы трущихся поверхностей, „ .
С? - податливостью системы (Н/мкм),
к - коэффициент Арчарда (мм3/Нм),
а - энергетический коэффициент износа (мм3/Дж),
) - плотность тока (А/дм2),
I - время процесса МДО (мин),
и* 1Д - анодное и катодное напряжение формирования МДО покрытия (В),

покрытий были проведены отдельно для следующих систем алюминиевых сплавов часто применяемых в ДЛА и ЭУ: система А1-Си-1^ (Д16) и системы Al-Cu-Mg-Fe-Ni (АК4-1).
Анализ МДО обрабатываемости сплавов системы Al-Cu-Mg (Д16). Сплавы этой системы легированы медью и магнием (таблица 1.4) относится к деформируемым алюминиевым сплавал! типа дуралюминов, основными упрочняющими фазами в которых при термической обработке служат фазы 8-Си2М£ и СиА12.
Таблица 1.4 — Состав сплавов системы А1-Си-М§
Сплав Химический состав, % Механические свойства
А1 Си Бі мё Мл 0в» МПа 0од, МПа е,%
Д16 основа 3,8-4,9 0,5 1,2-1,8 0,3-0,9 410 295
Сплав Д16 широко применяется практически во всех отраслях промышленности. Поэтому исследованию микродугового оксидирования этого сплава посвящено большое количество работ [85,88,114-118]. Так, в работе [117] авторы проводили исследования микродугового оксидирования листовых образцов из сплава Діб без плакирующего слоя. Используя планирование эксперимента по симплекс-решетчатым планам Шеффе [119], они получили уравнения, адекватно описывающие характеристики покрытий при изменении состава электролита. В качестве составляющих электролита рассматривались ИаОН, №А102 и їХаїРО-і. Начальная плотность переменного тока составляла 6 А/дм2 и в течение 1 часа самопроизвольно (при повышении напряжения) снижалась до 4 А/дм2. Было обнаружено, что вклад каждого из компонентов электролита в прирост толщины покрытия примерно одинаков. Основное влияние на микротвердость и электрическую прочность покрытия оказывает концентрация в растворе КаАЮг, что, по-видимому, связано с образованием АІ2О3 при термическом воздействии разряда на внедренный в структуру покрытия алюминат-ион. На рентгеновском дифрактометре авторы [85] провели исследования фазового состава покрытий, полученных методом МДО на сплаве Д16 при оксидировании в электролитах с различным (от 2 до 6 г/л) содержанием жидкого стекла. В результате обработки дифрактограмм было обнаружено, что фазовый состав полученных покрытий зависит от режима МДО, толщины слоя и химического состава оксидируемого материала, а также отмечена хаотическая ориентировка кристаллитов в покрытиях, сформированных на различных режимах МДО. В покрытиях на сплаве Д16 по всей глубине имеется большое количество фазы у-А12Оз. В слоях, прилегающих к границе раздела металл - покрытие, преобладает фаза а-А120з. И по мере удаления от границы заметно увеличивается количество фазы у-А120з. Содержание фазы муллит (ЗА12Оз+28Ю2)
увеличивается при приближении к поверхностным слоям. Повышение концентрации