Объявление о защите кандидатской диссертации
Скачать 268.31 Kb.
|
1 2
Объявление о защите кандидатской диссертации
Председатель диссертационного совета Суминов И.В. Д.212.110.01 Ученый секретарь диссертационного совета Баранов П.Н. Д.212.110.01 На правах рукописиЖуков Сергей Владимирович ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ НА ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ Специальность 05.11.14 – «Технология приборостроения» АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена в «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского на кафедре «Технология обработки материалов потоками высоких энергий». Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Суминов Игорь Вячеславович Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук Белкин Павел Николаевич кандидат технических наук Абдулин Рашид Раисович Ведущая организация: ОАО «Раменский приборостроительный завод» Защита диссертации состоится 23 апреля 2009 года в 15 часов 00 минут на заседании Диссертационного Совета Д212.110.01 в «МАТИ»-Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского по адресу: 109240 г. Москва, Берниковская набережная, д. 14, аудитория 602. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ» - Российского государственного технологического университета имени К.Э.Циолковского. Автореферат разослан «20» марта 2009 г. Ученый секретарь Диссертационного Совета Д 212.110.01 кандидат технических наук, профессор Баранов Павел Николаевич Общая характеристика работы Актуальность темы. Одной из задач, стоящих перед современным приборостроением, является разработка перспективных технологий с целью повышения эксплуатационной надежности приборов. Создание новых материалов и модификация их физико-механических характеристик открывает широкие возможности для решения данной задачи. За последнее время в области приборостроения для изделий авиационно-космической промышленности и судостроения получил применение титан и его сплавы, благодаря высокой коррозионной стойкости, удельной прочности, легкости, жаростойкости. Однако во многих случаях применение титановых сплавов для изготовления элементов приборов сдерживается из-за низких антифрикционных свойств, а также склонности данных сплавов к поглощению газов, обуславливающих изменение физико-механических характеристик изделий в процессе эксплуатации. Как показали исследования, устранение данных недостатков и расширение конструкторско-технологических возможностей применения титановых сплавов в области приборостроения может быть достигнуто за счет микродугового оксидирования (МДО). МДО является электрохимическим процессом, позволяющим формировать в поверхностных слоях титановых сплавов керамикоподобные структуры без изменения геометрических параметров деталей, которые по своим многофункциональным характеристикам превосходят технологические возможности покрытий, получаемых традиционными методами. МДО-покрытия обладают высокой твердостью, износостойкостью, высокими тепло- и электроизоляционными свойствами. Помимо этого, МДО позволяет формировать покрытия на изделиях сложной формы с внутренними поверхностями, автоматизировать процесс обработки, обеспечить экологическую чистоту электрохимического процесса. В «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского в течение ряда лет проводятся широкие научно-исследовательские работы по изучению механизма метода МДО, его технологических возможностей, а также созданию и внедрению в промышленность технологического оборудования. Однако, данные работы, в основном, связаны с модификацией поверхностных слоев таких вентильных материалов как алюминиевые и магниевые сплавы. Ввиду того, что микродуговое оксидирование представляет сложный физико-химический процесс, зависящий от многих факторов, разработка технологических процессов формирования МДО-покрытий на титановых сплавах требует дополнительных экспериментально-теоретических исследований. В этой связи, в диссертации для расширения возможностей применения титановых сплавов с МДО-покрытиями в приборостроении исследованы механизм формирования оксидного слоя (ОС) в зависимости от технологических параметров процесса (ТПП), физико-механические, электрофизические и эксплуатационные характеристики МДО-покрытий; разработана математическая модель управления и прогнозирования технологическим процессом МДО; предложен регламент и рекомендации по использованию многофункциональных МДО-покрытий на титановых сплавах для деталей оптических, авиационных и медицинских приборов, что обуславливает актуальность и перспективность работы для приборостроения и других отраслей промышленности. Цель работы. Разработка и исследование технологий для модификации поверхностных слоев титановых сплавов методом микродугового оксидирования с целью повышения эксплуатационных характеристик приборов. Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи: - изучить влияние ТПП микродугового оксидирования, а именно изменения общей плотности и соотношения катодного и анодного токов, состава и температуры алюминатно-щелочного электролита, на характеристики получаемых на титановых сплавах ОС; - исследовать кинетику формирования оксидного слоя на титановых сплавах при МДО; - расширить представления о механизме формирования оксидного слоя на титановых сплавах в анодно-катодном режиме микродугового оксидирования; - сформулировать основные принципы разработки технологии получения многофункциональных МДО-покрытий с учетом предъявляемых к ним требований; - разработать технологические процессы формирования многофункциональных МДО-покрытий для защиты типовых деталей приборов с учетом реальных условий эксплуатации; - разработать рекомендации по использованию многофункциональных МДО-покрытий для защиты деталей и узлов приборов различного назначения. Положения, выносимые на защиту 1. Алгоритм проведения экспериментальных исследований с выходом на механизм формирования оксидного слоя при МДО. 2. Результаты изучения влияния ТПП микродугового оксидирования на характеристики получаемых оксидных слоев на титановых сплавах ВТ1-0 и ВТ3-1. 3. Кинетика формирования оксидных слоев, получаемых на титановых сплавах, и ее зависимость от ТПП микродугового оксидирования. 4. Механизм (физическая модель) формирования оксидного слоя в алюминатно-щелочном электролите на титановых сплавах при анодно-катодном микродуговом оксидировании. 5. Математическая модель формирования оксидного слоя в алюминатно-щелочном электролите на титановых сплавах при анодно-катодном микродуговом оксидировании. 6. Основные принципы разработки технологии получения многофункциональных МДО-покрытий с учетом предъявляемых к ним требований. 7. Технологические процессы формирования многофункциональных МДО-покрытий на типовых элементах деталей приборов из титановых сплавов. 8. Рекомендации по использованию многофункциональных МДО-покрытий на титановых сплавах для защиты деталей и узлов приборов различного назначения. Методы исследований Экспериментальные данные были получены как на специально созданном, так и на стандартном лабораторном оборудовании с помощью современных методик исследования физико-химических, физико-механических и электрофизических характеристик МДО-покрытий на титановых сплавах. Разработана оригинальная программно-аппаратная система мониторинга для оптимизации ТПП микродугового оксидирования. Научная новизна 1. Впервые проведены исследования фазового состава, физико-механических, электрофизических и геометрических характеристик оксидных слоев, получаемых на титановых сплавах, и установлена взаимосвязь между ними, в частности выявлена корреляция фазового состава и микротвердости, сквозной пористости и электрической прочности. 2. Теоретически обоснованы и экспериментально установлены закономерности влияния технологических параметров процесса МДО на характеристики получаемых оксидных слоев на титановых сплавах. Впервые определено, что посредством изменения технологических параметров процесса микродугового оксидирования через влияние на основные физико-химические процессы МДО обеспечивается управление формированием широкого комплекса свойств оксидных слоев на титановых сплавах. 3. Развиты представления о механизме и кинетике формирования оксидных слоев с заданными характеристиками в их связи с технологическими параметрами процесса микродугового оксидирования. Впервые установлено, что в диапазоне исследуемых технологических параметров процесса МДО возможен дифференциальный подход к управлению свойствами многофункциональных МДО-покрытий на базе оксидных слоев, получаемых на титановых сплавах. Практическая ценность Проведенные исследования позволили: - разработать рекомендации по использованию многофункциональных МДО-покрытий на титановых сплавах для защиты деталей и узлов приборов различного назначения для работы в реальных условиях эксплуатации; - решить проблему моделирования и прогнозирования комплекса свойств и эксплуатационных характеристик МДО-покрытий на деталях приборов с помощью разработанной программно-аппаратной системы мониторинга; - разработать технологию получения многофункциональных покрытий на титановых сплавах методом микродугового оксидирования и способы ее оптимизации для различных условий эксплуатации. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: XXXI Международная конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, МГУ, 2001 г.; X и XI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 2004, 2005 г.г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии – НМТ», Москва, МАТИ, 2004 г.; Международная научно-практическая конференция «Защита от коррозии в строительстве и городском хозяйстве», Москва, 2005 г.; Российская школа-конференция молодых ученых и преподавателей «Биосовместимые наноструктурные материалы и покрытия медицинского назначения», Белгород, 2006 г.; Всероссийская с международным участием научно-техническая конференция «Быстрозакаленные материалы и покрытия», МАТИ, 2006 г.; Международная конференция «Ti – 2006 в СНГ», Суздаль, 2006 г.; Международная конференция «Ti – 2007 в СНГ», Ялта, 2007 г.; II Международная научно-техническая конференция «Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей», Кострома, КГУ, 2007 г.; XXXIII Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения», Москва, МАТИ, 2007 г. Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 12 публикациях. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, отражены научная новизна и практическая ценность работы. Первая глава посвящена анализу состояния вопроса, определению цели и задач исследования. Нанесение покрытий и модифицирование поверхности материалов позволяет не только повышать технико-экономические показатели изделий, но и получать принципиально новые композиции, обладающие более высокими свойствами, чем просто сумма характеристик материала основы и модифицированного слоя или покрытия. В главе рассмотрены различные способы и их эффективность для получения защитных модифицированных слоев, прежде всего оксидных, с целью повышения износо- и коррозионной стойкости, электроизоляционных свойств, теплостойкости изделий и др. Проведенный в работе анализ показал, что среди оксидных покрытий главенствующие позиции принадлежат оксидам алюминия Al2O3, титана TiO2 и композициям на их основе. Эти покрытия имеют высокую твердость, износостойкость, они коррозионно-индифферентны, обладают высокими тепло- и электроизоляционными свойствами, т. е. многофункциональны. Так, покрытия на основе этих оксидов могут быть сформированы путем модифицирования рабочей поверхности изделия из титанового сплава, например, в алюминатных электролитах, при этом достигается высокая прочность сцепления оксидных слоев с подложкой, благодаря их сродству к металлу основы, из которого они формируются в результате физико-химических превращений. Такими видами обработки для титана могут быть термическое и химическое оксидирование, анодирование, в том числе в водных растворах электролитов и расплавах солей, в плазме тлеющего разряда и плазменно-электролитическое, а также стремительно развивающееся в последние годы микродуговое оксидирование. При анализе научных работ в области МДО титановых сплавов показано, что микродуговое оксидирование – сложный физико-химический процесс, протекающий с участием микродуговых разрядов (МДР), характеристики которых зависят от многих факторов. Однако многие аспекты механизма микродугового оксидирования на титановых сплавах остаются пока нераскрытыми, мало изучены кинетика формирования ОС на титановых сплавах и влияние технологических параметров процесса МДО на толщину, физико-химические, физико-механические, электрофизические и эксплуатационные характеристики. Не сформулированы основные принципы и директивы разработки технологии анодно-катодного МДО деталей приборов из титановых сплавов с учетом их назначения. В этой связи в диссертации поставлены задачи по исследованию механизма формирования оксидных слоев и разработке технологии получения многофункциональных МДО-покрытий на титановых сплавах путем управления процессами их формирования для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик широкого спектра деталей в приборостроении, что представляет собой важную и актуальную научно-прикладную проблему. Во второй главе приведены результаты исследований влияния ТПП анодно-катодного микродугового оксидирования на характеристики (толщина, абсолютный и относительный прирост исходных размеров изделий, микротвердость, сквозная пористость, прочность сцепления с материалом основы, удельное сопротивление, пробойное напряжение и электрическая прочность, структура и фазовый состав) оксидных слоев, полученных методом МДО, на примере технически чистого титана марки ВТ1-0 и сплава группы + марки ВТ3-1. Исследование ОС проводили согласно разработанному алгоритму проведения экспериментальных исследований с выходом на механизм формирования ОС. МДО-обработку образцов производили на лабораторной установке тиристорно-конденсаторного типа, позволяющей варьировать суммарную плотность тока i и соотношение катодного и анодного токов IK/IA в широких пределах. В результате предварительных исследований установлено, что продолжительность МДО-процесса, состав и концентрация компонентов электролита оказывают наибольшее влияния на толщину, структуру и фазовый состав оксидных слоев. Меньшее воздействие оказывают электрические ТПП и температура электролита. Установлено, что выбор компонентного состава электролита для МДО титановых сплавов зависит, прежде всего, от требований, предъявляемых к комплексу свойств материала основы и характеристик МДО-покрытия. Исследования показали, что для обработки титановых сплавов применительно к условиям эксплуатации деталей приборов оптимальными являются алюминатно-щелочные электролиты. Это обусловлено наличием алюминия в составе электролита, который инкорпорируется в оксидный слой в виде высокотемпературной фазы оксида алюминия α-Al2O3 (корунд) под воздействием микродугового разряда. Кроме того, комплекс механических свойств оксидных слоев повышается за счет формирования более мягкого и менее хрупкого двойного оксида Al2O3*TiO2, который является связкой для корунда, в результате чего формируется благоприятная композиционная структура МДО-покрытий на деталях приборов из титановых сплавов. Также в ходе предварительных исследований были определены диапазоны значений технологических параметров процесса МДО (концентрации компонентов алюминатно-щелочного электролита, суммарной плотности и соотношения катодного и анодного токов, температуры электролита и продолжительности оксидирования), при реализации которых процесс МДО стабилен и возможно получение требуемых характеристик ОС. Исследование зависимости кинетики роста толщины ОС на сплавах ВТ1-0 и ВТ3-1 от ТПП показало, что процесс формирования оксидных слоев на разных стадиях протекает с различной скоростью. Инициирование (зажигание разряда) и интенсивность протекания процессов МДО существенно зависят как от ТПП, так и от марки сплава. Были выдвинуты предположения о причинах и дано объяснение существованию таких явлений в процессе МДО, как угасание микродуговых и появление дуговых разрядов, травление и эрозия покрытия, выявлены основные закономерности, связывающие состав и температуру электролита, суммарную плотность и соотношение катодного и анодного токов с кинетикой роста толщины ОС. Установлены оптимальные диапазоны ТПП микродугового оксидирования с минимумом различий при обработке этих сплавов. Так, концентрация КОН и NaAlO2 в алюминатно-щелочном электролите за счет изменения проводимости электролита и содержания материала (Al2O3), инкорпорируемого в покрытие, определяет, главным образом, максимальную продолжительность процесса МДО, после чего ОС перестает расти. Суммарная плотность тока i и соотношение катодного и анодного токов IK/IA существенным образом определяют скорость формирования и структуру ОС за счет интенсификации как электрохимических, так и плазмохимических процессов, сопровождающихся высокотемпературными фазовыми превращениями. Температура электролита отвечает за его ионную проводимость и скорость протекания электрохимических реакций, а также за степень гидролиза алюмината и последующего термолиза его продуктов в микродуговом разряде. Исследование зависимости характеристик оксидных слоев от ТПП показало, что состав электролита существенным образом определяет комплекс свойств ОС, получаемых на титановых сплавах ВТ1-0 и ВТ3-1. Основное влияние на фазовый состав и характеристики ОС оказывает концентрация NaAlO2, а концентрация KOH – лишь на интенсивность изменения этих характеристик при варьировании содержания алюмината. По результатам рентгенофазового анализа МДО-покрытий, полученных в алюминатно-щелочном электролите на титановых сплавах ВТ1-0 и ВТ3-1, были идентифицированы (согласно картотеке программы «PHAN» ОАО «ВИЛС») три основные фазы: с1 - Al2O3*TiO2, решетка орторомбическая, 32 ат. в ячейке, плотность =3,701г/см3; с2 - -Al2O3, модификация корунд, решетка гексагональная, 30 ат. в ячейке, плотность =3,987г/см3; с3 - TiO2, модификация рутил, решетка тетрагональная, 6 ат. в ячейке, плотность =4,264г/см3. Исследования зависимости микротвердости полученных ОС от состава электролита показали наличие корреляции с фазовым составом, прежде всего, с содержанием твердого корунда. Сквозная пористость МДО-покрытий монотонно возрастает при увеличении концентрации обоих компонентов электролита во всем исследуемом диапазоне, причем зависимости электрической прочности полученных ОС имеют обратный характер. При этом установлено, что удельное сопротивление оксидных слоев в большей степени определяется их фазовым составом, чем сквозной пористостью. В результате исследований было найдено оптимальное сочетание характеристик ОС, которое получается при обработке в электролитах с диапазонами концентраций KOH – от 1,5 до 2,5 кг/м3 и NaAlO2 – от 14 до 20 кг/м3 - для сплава ВТ1-0 и KOH – от 2,0 до 2,5 кг/м3 и NaAlO2 – от 16 до 18 кг/м3 - для сплава ВТ3-1. Исследования зависимости характеристик покрытий от электрических ТПП показали, что изменение суммарной плотности тока коррелирует со скоростью формирования оксидного слоя. Исследование влияния соотношения катодного и анодного токов позволило установить, что при увеличении соотношения IK/IA свыше 1 заметно снижается качество оксидных слоев, что связано с их травлением. Фазовый состав ОС, полученных на сплаве ВТ3-1, существенно отличался от фазового состава ОС на сплаве ВТ1-0, причем наблюдалась корреляция микротвердости с фазовым составом слоя. Анализ данных, полученных при измерении сквозной пористости ОС на сплаве ВТ1-0, показал, что увеличение соотношения токов от 0,78 до 1 приводит к уменьшению сквозной пористости, а повышение суммарной плотности тока – к ее росту, при этом можно отметить практически линейный характер последней зависимости. Исследования электрической прочности полученных ОС показали наличие обратной корреляции со сквозной пористостью. Полученные результаты, можно связать с уменьшением анодной и увеличением катодной составляющих формующего импульса тока при увеличении IK/IA от 0,6 до 1, а, следовательно, со снижением интенсивности заполнения пор оксидного слоя продуктами электролиза компонентов электролита в разрядных каналах под действием анодного импульса и повышением степени оплавления стенок пор ОС под действием катодного импульса. Увеличение плотности тока повышает общее количество прошедшего электричества, что объясняет увеличение толщины оксидного слоя, а интенсификация физико-химических процессов в катодном полупериоде способствует протеканию процессов высокотемпературных полиморфных превращений оксидных фаз. При IK/IA > 1 наблюдается активация процессов эрозии в катодном полупериоде из-за повышения температуры в разрядных каналах и, как следствие, появления дуговых разрядов, прожигающих оксидный слой. При IK/IA менее 0,6 дуговой пробой оксидного слоя происходит в анодный полупериод формующего импульса тока, что проявляется в неравномерности оксидного слоя по толщине и снижении его механических характеристик. Оптимальным сочетанием электрических ТПП являются: суммарная плотность тока в диапазоне 1000 1200 А/м2 и соотношения катодного и анодного токов IK/IA = 0,78 - для сплава ВТ1-0; суммарная плотность тока 1200 1400 А/м2 и соотношение катодного и анодного токов IK/IA = 1 - для сплава ВТ3-1. В результате проведенных экспериментальных исследований зависимости характеристик оксидных слоев от изменения температуры электролита было выявлено ее существенное влияние. Это можно объяснить тем, что повышение температуры электролита на 10-15 % вызывает рост давления его паров в газоразрядном поровом канале покрытия почти на порядок, вследствие чего происходит падение напряжения зажигания разряда, что, в свою очередь, увеличивает время его жизни и теплового воздействия на покрытие и электролит. Последнее приводит к росту степени гидро-термолиза компонентов электролита и инкорпорации его продуктов в покрытие. Была установлена оптимальная температура алюминатно-щелочного электролита для формирования многофункциональных оксидных покрытий: 16 - 18 С для сплава ВТ1-0 и 22 – 24 С для сплава ВТ3-1.
|
1 2
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Объявление о защите кандидатской диссертации Задачи : сформировать у учащихся представление о происхождении человека; изучить этапы становления человека; развивать умение анализировать;... | | До двух печатных листов для докторской и одного печатного листа для... По диссертациям, в том числе и в случаях представления к защите опубликованных монографий и учебников, с разрешения диссертационного... |
| Положение о подготовке, оформлении и защите кандидатской диссертации... Методические рекомендации предназначены для студентов дневного и заочного обучения мда | | Требования к оформлению информационной карты диссертации Информационная карта диссертации (икд) представляет собой информационный документ о кандидатской или докторской диссертации. Икд... |
| Учебно-методическое пособие предназначено для подготовки к сдаче... Правительства Российской Федерации вместо ранее принимавшегося кандидатского экзамена по философии. Успешная сдача указанного экзамена... | | Структура кандидатской диссертации ... |
 | Реферату по специальности Реферат, представляемый в аспирантуру, рассматривается как заявка на самостоятельное научное исследование и может раскрывать один... | | Объемом до двух печатных листов для докторской и одного листа для... ... |
| Рекомендации по выбору темы вступительного реферата и кандидатской диссертации ... | | На основе кандидатской диссертации, защищенной Об утверждении методических рекомендаций по определению критериев изменения типа муниципальных учреждений муниципального образования... |
| Эпилепсия в отдельных субъектах Российской Федерации: эпидемиология,... Диссертационный Совет д 208. 072. 01 при гоу впо «Российский государственный университет Федерального агентства по здраввохранению... | | Клинические, биохимические и инструментальные аспекты прогнозирования... Диссертационный совет д 208. 072. 08 при гоу впо «Российский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению... |
| А. С. Саядова Методические рекомендации по написанию и защите Методические рекомендации по написанию и защите магистерской диссертации – Ростов н/Д: юфу, 2014 | | Диссертация: подготовка, оформление, защита Аннотированный список... ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ФПиПК, 1998г., квалификация – педагог- психолог; Аспирантура Восточно-Сибирской государственной академии культуры и искусств 2000-2004... | | Дата диссертации номер 5013 Информационная русский икд Представлено к защите: 61 Рукопись, в т ч научный доклад 52 Монография 43 Учебник |
