Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология приборостроения

Диссертационная работа:

Жуков Сергей Владимирович. Исследование процессов и разработка технологии формирования многофункциональных покрытий методом микродугового оксидирования на титановых сплавах в приборостроении : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.14 / Жуков Сергей Владимирович; [Место защиты: Рос. гос. технол. ун-т им. К.Э. Циолковского (МАТИ)].- Москва, 2009.- 228 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1779

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
Введение 6

Глава 1. Анализ состояния вопроса и постановка задач
исследования 15

1.1. Сравнительный анализ способов получения
оксидных слоев и покрытий для повышения
эксплуатационных характеристик деталей из
титановых сплавов в
приборостроении
17

  1. Защитные покрытия и способы их получения 17

  2. Сравнительный анализ методов анодирования и микродугового оксидирования 28

1.2. Формирование покрытий методом микродугового
оксидирования
40

1.2.1. Основные теоретические представления о
процессе микродугового оксидирования 40

1.2.2. Технологическое оборудование микродугового
оксидирования 44

1.2.3. Технологические параметры микродугового
оксидирования 52

  1. Анализ типовых деталей приборов и повышение их эксплуатационных характеристик методом микродугового оксидирования 66

  2. Цель и постановка задач исследований 69

Глава 2. Исследование влияния технологических параметров процесса анодно-катодного МДО па характеристики оксидных слоев, полученных на титановых сплавах ВТ1-0 и ВТЗ-1,

-3-
применяемых в приборостроении 72

2.1. Оценка результатов предварительных
исследований. Определение граничных и оптимальных
значений технологических параметров процесса МДО.
Методическое обеспечение и методы исследований 73

2.2. Исследование зависимости кинетики роста
толщины оксидных слоев на титановых сплавах от
технологических параметров процесса МДО
79

2.2.1. Исследование зависимости кинетики роста
толщины оксидных слоев на сплавах ВТ1-0 и ВТЗ-1

от изменения состава электролита 81

  1. Исследование зависимости кинетики роста толщины оксидных слоев на сплавах ВТ1-0 и ВТЗ-1 от изменения электрических технологических параметров процесса МДО 85

  2. Исследование зависимости кинетики роста толщины оксидных слоев на сплавах ВТ1-0 и ВТЗ-1

от изменения температуры электролита 88

2.3. Исследование зависимости характеристик
оксидных слоев от технологических параметров
процесса МДО
91

  1. Исследование зависимости характеристик оксидных слоев от изменения состава электролита 91

  2. Исследование зависимости характеристик оксидных слоев от изменения электрических технологических параметров процесса МДО 96

  3. Исследование зависимости характеристик оксидных слоев от изменения температуры электролита 101

  1. Исследование кинетики формирования свойств оксидного слоя на титановом сплаве ВТЗ-1 при оптимальных технологических параметрах процесса МДО..................................................................... 107

  2. Механизм формирования оксидных слоев на титановых сплавах в анодно-катодном режиме микродугового оксидирования.............. 110

Глава 3. Разработка технологии получения
многофункциональных оксидных покрытий на деталях из
титановых сплавов методом анодно-катодного микродугового
оксидирования в алюминатно-щелочном электролите..... 113

3.1. Основные принципы разработки технологии
получения многофункциональных МДО-покрытнн с
учетом предъявляемых к ним требований
114

3.1.1. Основные требования при разработке
технологического процесса МДО титановых
сплавов 115

3.1.2. Исходные данные при разработке
технологического процесса МДО титановых
сплавов 115

3.1.3. Методика составления плана процесса МДО.. 116

  1. Методика разработки технологических операций МДО........ 118

  2. Основные требования при разработке технологической документации 120

3.2. Содержание и основной состав технологических
операций процесса анодно-катодного МДО в
алюминатно-щелочном электролите.
122

3.2.1. Подготовительные технологические

операции 122

3.2.2. Основные технологические операции 124

3.2.3. Дополнительные и контрольные
технологические операции 126

Глава 4. Разработка рекомендаций по использованию многофункциональных МДО-покрытий на титановых сплавах для защиты деталей и узлов приборов различного назначения... 128

4.1. Оптимизация технологических параметров и
выбор технологических средств обеспечения процесса
МДО для получения МДО-покрытий на деталях
приборов с заданным комплексом свойств
129

4.1.1. Особенности организации технологического
процесса МДО 129

4.1.2. Обеспечение точности геометрических
характеристик деталей приборов при МДО-
обработке 130

4.1.3. Система мониторинга для оптимизации,
прогнозирования и моделирования процесса МДО

на титановых сплав ах 132

4.2. Технология получения МДО-покрытий на
титановых сплавах для защиты типовых элементов
деталей приборов 150

Выводы по работе 156

Список литературных источников 158

ложение

Введение к работе:

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.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net