 |
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: 432
Страна: Россия
| В Хакасии пройдёт Всероссийская акция «Tolles Diktat-2026», Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 23:01, 13.02.2026, Россия596 |
| С 16 по 28 февраля Хакасский госуниверситет станет региональной площадкой XIV Всероссийской открытой акции «Tolles Diktat» («Классный диктант по немецкому языку»). Она приурочена к Международному дню родного языка и направлена на развитие культуры грамотного письма на немецком языке, а также популяризацию историко-культурного наследия немцев России. |
| Дизайнеры ХГУ создают тренды будущего, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 22:51, 13.02.2026, Россия176 |
| В инженерно-технологическом институте Хакасского госуниверситета 13 февраля будет работать выставка запатентованных промышленных образцов «От идеи до патента». Ознакомиться с экспонатами можно с 11.40 до 15.00 в холле на 6 этаже учебного корпуса № 2 (пр. Ленина, 92/1). |
| Студенты ХГУ совместно с работодателями разработали проекты по благоустройству городских территорий, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 22:47, 13.02.2026, Россия167 |
| Студенты сельскохозяйственного колледжа ХГУ создали проекты ландшафтного дизайна. Макеты эстетически привлекательных и функциональных садов и парков второкурсники специальности «Агрономия» мастерили вместе с менеджером-технологом фирмы АО «Август» Сергеем Пахтаевым и преподавателями агрономических дисциплин Ларисой Джумаевой и Анастасией Кочаровой. |
| Полсотни магистров ХГУ получили дипломы с отличием, ХГУ им. Н.Ф. Катанова, 22:27, 13.02.2026, Россия104 |
| В Хакасском госуниверситете завершилось обучение у магистрантов-заочников из четырёх институтов вуза: истории и права, непрерывного педагогического образования, филологии и искусств, менеджмента, экономики и агротехнологий. Дипломы получили 111 магистров, из которых 53 – с отличием. |
| Сплоченность, вдохновение, победа: секреты спортивных рекордов раскрыли российские чемпионы на марафоне «Россия — семья семей» Общества «Знание», Общество "Знание", 21:43, 13.02.2026, Россия108 |
| Почему для побед в большом спорте важны вера в себя и командная слаженная работа, рассказали выдающиеся российские спортсмены Петр Ян, Артур Далалоян, Евгений Рылов, Дина и Арина Аверины на марафоне «Россия — семья семей» Общества «Знание». |
| Путь длиною в 100 лет: научные династии ХГУ, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 10:57, 11.02.2026, Россия334 |
| В преддверии Дня российской науки пресс-служба Хакасского госуниверситета рассказывает о династии учёных и преподавателей доцента кафедры экономики и бизнеса Анастасии Софиной. |
|
|
