 |
Устойчивость алюминиевых сплавов к коррозии и износу увеличили в несколько раз
Плазменно-электролитическое оксидирование (ПЭО) представляет собой обработку в электролите сплавов на основе алюминия, магния и титана, как правило, под действием переменного тока. Технологию отличают высокая экологичность и простота организации процесса. ПЭОпозволяет многократно улучшать свойства поверхности изделий, формируя керамический оксидный слой, эффективнозащищающий от износа и коррозии.Из-за сочетания хороших механическихсвойств в объеме изделияи малой плотности алюминиевые и магниевые сплавышироко используют вмашиностроении, в том числе авиа- и автомобилестроении, а также в судостроении. Однако их поверхность для многих задач оказывается недостаточно износо- и коррозионностойкой. ПЭО позволяет решить большой круг задач по обеспечению необходимых свойств поверхности, но часто требуются еще более высокие свойства для работы изделий в агрессивных средах и в экстремальных условиях изнашивания. Также остается проблемой невысокая производительность ПЭО.
Группа ученых Тольяттинского государственного университета (ТГУ) под руководством доктора физико-математических наук, профессора Михаила Криштала при участии ведущего научного сотрудника Израильского Политехнического Института (Техниона) физика-теоретика Александра Кацмана, модифицировала технологию плазменно-электролитического оксидирования, добавив в электролиттвердые частицы карбида титана TiCсо средним размером80 нанометров.
Добавка на литр электролита всего пол грамма наночастиц TiC повысила в 1,4 раза твердость, в 3 раза износостойкость и в 10 раз коррозионную стойкость оксидного слоя, сформированного ПЭО на литейном алюминиево-кремниевом сплаве АК7, который широко применяется в промышленности. Кроме того, внедренные в уже сформированный оксидный слой наночастицы, оставаясь в исходном состоянии, составляют не более 1 % массы самого слоя, и при этом дают30 %-й прирост его толщины и массы, и таким образом значительный рост производительности процесса оксидирования.
Несмотря на кажущуюся простоту метода ПЭО, до сих пор никому не удалось непротиворечиво объяснить и математически описать само явление ПЭО, а тем более объяснить влияние на этот процесс наночастиц, вводимых в электролит. Остаются многие нерешенные вопросы, а вариации режимов оксидирования открывают новые далеко не очевидные эффекты и ставят новые вопросы.
– При ПЭО формирование оксидного слоя происходит, в основном, за счет плавления и интенсивного окисления жидкого металла. Расплавляющие металл микродуговые разряды возникают в микроскопических каналах, которые пронизывают оксидный слой,– поясняет профессор Криштал. – Перед этим в микроканалах образуются парогазовые пузыри. Мы полагаем, что твердые наночастицы, неся на себе отрицательный электрический заряд, попадают в эти пузыри и ускоряютсяэлектрическим полем до таких скоростей, что как пули или метеориты с легкостью внедряются в стенки и дно микроканала. За счет трения и разогрева при ударе они теряют электроны и приобретают положительный заряд. Всёэто приводит к искрению на внедренных в слой наночастицах, вызывая снижение напряжения инициации микродуги. Поэтомумикроскопические электрические дуги горят дольше, а самих таких микроразрядов становится больше. Именно этим объясняется то, что за равное время при добавке наночастиц в электролит окисляется больший объем металла, а сам процесс становится более равномерным. Соответственно, в слое формируется больше равновесных и твердых составляющих, слой становится более однородным, плотным и твердым, а его защитные свойства от износа и коррозии растут.
Эти эффекты становятся достижимы только при наноразмере модифицирующих частиц и в достаточно узком диапазоне их концентраций. Более крупные микрочастицы просто не смогут разогнаться до нужных скоростей и внедриться в стенки микроканала, а может даже не смогут в него проникнуть. То есть макроэффект получается именно от нано.
– Это тот случай, когда «нано» является действительно определяющим фактором улучшения процесса и свойств формируемого поверхностного слоя. Именно наноразмерный порядок частиц карбида титана позволяет оптимальным образом внедрить его в слой и добиться наибольшего эффекта, – поясняет Антон Полунин, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник НИО-4 «Оксидные слои, пленки и покрытия» Научно-исследовательского института прогрессивных технологий ТГУ.–В результате мы получаем оксидный слой с новым комплексом свойств, который удовлетворяет более жёстким требованиям по механике и коррозии по сравнению с обычным оксидным слоем, то есть способен работать в еще более тяжёлых условиях. Следующим нашим шагом будет адаптация полученных решений для обработки магниевых сплавов технического назначения.
– Интригующий эффект воздействия очень малого количества наночастиц на макроэффект значительного увеличения толщины и качества ПЭО покрытия можно понять, рассматривая электрические разряды, бьющие из отрицательно заряженных облаков на летящие самолеты, которые заряжаются положительно за счет трения об атмосферу. Эти мини-молнии ионизируют атмосферу (так же как и космические частицы, ускоряемые в электрическом поле Земли), и таким образом создают условия для возникновения большой молнии. Подобно этому, наночастицы, внедренные в стенки микроканалов покрытия, вызывают на себя микроразряды (искры), которые ионизируют паро-газовую среду и подготавливают (облегчают) пробой всего паро-газового пузыря, - объясняет Александр Кацман, ведущий научный сотрудник Хайфского Техниона (Израиль). – Этим объясняется сравнительно небольшое (3-4%) наблюдаемое снижение напряжения электрического пробоя, которое в результате приводит к значительному макроэффекту.
Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда и опубликованы в журнале «Surfaceand Coatings Technology» (издательство Elsevier, Нидерланды). Этот журнал является одним из ведущих мировых научно-технических журналов в области технологий поверхностной обработки материалов и покрытий (входит в Q1 по Web of Science Core Collection, импакт-фактор – 4,16). Он публикует научные работы о передовых разработках в области «дизайна покрытий» с целью изменения и улучшения свойств материалов для защиты в сложных условиях эксплуатации, а также статьи, способствующие новому пониманию физики и процессов формирования поверхностных материалов с новыми или улучшенными свойствами.
Контактное лицо: Мишина Ирина Александровна
Компания: Тольяттинский государственный университет
Добавлен: 18:25, 18.08.2021
Количество просмотров: 473
Страна: Россия
| «Герои Хакасии» защитили дипломные проекты, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 22:11, 28.08.2026, Россия81 |
| Завершилось обучение по региональной программе «Герои Хакасии» для участников СВО. Накануне в институте повышения квалификации и переподготовки кадров ХГУ успешно состоялась защита итоговых аттестационных проектов. |
| В магистратуре ХГУ заполнены все бюджетные места, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 16:41, 27.08.2026, Россия163 |
| В Хакасском госуниверситете издан приказ о зачислении в магистратуру на бюджетные места. В новом учебном году к освоению второй ступени высшего образования приступят 225 человек. |
| Студентами колледжей ХГУ стали почти 400 человек, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 13:53, 25.08.2026, Россия198 |
| В Хакасском госуниверситете опубликован приказ о зачислении на бюджетные места по программам среднего профессионального образования. Студентами трёх колледжей – сельскохозяйственного, медицинского и педагогического образования, информатики и права – стали 380 человек. |
| Педагоги со всей страны обсудят грамотное использование ИИ и медиаконтента в школах и детских садах, «Мобильное Электронное Образование» (МЭО), 14:06, 14.08.2026, Россия442 |
| Как меняется образовательный процесс под влиянием цифровых технологий и генеративного искусственного интеллекта и как воспитать критическое мышление у школьников при использовании нейросетей — в фокусе внимания VIII ежегодной конференции для руководителей и специалистов сферы образования «Большой педагогический совет МЭО», которая пройдет накануне нового учебного года. |
| Выпускник ХГУ создал цифровую платформу для управления доступом к образовательным сервисам, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 14:04, 14.08.2026, Россия237 |
| Единый центр управления цифровыми профилями студентов и доступом к образовательным ресурсам получил название «Identica» (Айдентика). По задумке автора – выпускника инженерно-технологического института ХГУ Кирилла Байронченко – разработка призвана решить проблему забытых паролей и упорядочить сервисы, на которые подписан пользователь. |
| В ХГУ установили, что «цифра» вытесняет сказку для малышей, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 13:57, 14.08.2026, Россия269 |
| Проблему влияния цифровизации на детей и семью изучила выпускница Хакасского госуниверситета Дания Гайфулина под научным руководством преподавателя института непрерывного педагогического образования ХГУ, кандидата педагогических наук Олеси Горбуновой. Исследователи установили, что 43 процента родителей не читают детям на ночь сказки, ссылаясь на занятость. |
| Карьера студентов ХГУ начинается в РСО, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 13:46, 14.08.2026, Россия138 |
| Более 70 обучающихся Хакасского госуниверситета трудятся в Российских студенческих отрядах. В республике действуют шесть направлений РСО: педагогические, строительные, сервисные, медицинские, путинные и отряды проводников. Студенты ХГУ задействованы практически во всех из них. |
| Археологическая практика студентов ХГУ принесла новые открытия, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 22:29, 11.08.2026, Россия212 |
| Находки сделаны во время практики студентов 1 и 2 курсов в Боградском районе, возле села Троицкое на раскопках памятников таштыкской археологической культуры. Их ежегодно размывают воды Красноярского моря. И это тот самый случай, когда «раскопать – значит, спасти». |
| Музей ХГУ пополняется экспонатами от участников СВО, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 22:12, 11.08.2026, Россия136 |
| Несколько лет назад в сельскохозяйственном колледже института менеджмента, экономики и агротехнологий ХГУ был открыт необычный кабинет арт-хроники «Память сильнее времени». Сегодня это уже настоящий музей, создателем и хранителем которого является преподаватель ОБЖ и лектор Российского общества «Знание» Вячеслав Кузьмин. |
| Студентка ХГУ исследовала феномен русской игры кила, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 00:06, 06.08.2026, Россия790 |
| Мало кто знает, что на Руси издревле играли в мяч. Первые сохранившиеся российские письменные источники, в которых упоминается игра с большим мячом, перебрасываемым ногами, относятся к 1790 году. Систематические описания появляются в XIX веке. |
| В ХГУ зачислены первые абитуриенты, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 07:57, 05.08.2026, Россия615 |
| В Хакасском госуниверситете издан приказ о зачислении с 1 сентября на места в пределах квот: отдельной, особой и целевой. В него вошли абитуриенты, поступавшие без вступительных испытаний. Они пополнят ряды студентов, обучающихся на бюджетной основе по программам бакалавриата и специалитета очной, очно-заочной и заочной форм обучения. |
| Студентка ХГУ шагнула в будущее, создавая эксклюзивные костюмы, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 06:55, 05.08.2026, Россия104 |
| На реализацию проекта «Разработка новых материалов и фактур с использованием аддитивных технологий для пошива сценических костюмов» Татьяна Опарина из инженерно-технологического института Хакасского госуниверситета получит грант в размере одного миллиона рублей. Она стала победителем всероссийского конкурса «Студенческий стартап». |
| Интерактивный тренажёр для поддержки детей с ОВЗ создадут в ХГУ, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 06:47, 05.08.2026, Россия146 |
| Студенты инженерно-технологического института Хакасского госуниверситета под руководством старшего преподавателя Дмитрия Яковлева работают над созданием интерактивного тренажёра для детей с расстройствами аутистического спектра (РАС). Проект реализуется при грантовой поддержке. В числе экспертов – психологи, дефектологи, АВА-специалисты. |
|
|
