Аннотация
Введение 4
1 Методы обработки изделий из алюминия и его сплавов 6
1.1 Обзор и оценка существующих методов повышения физикомеханических свойств конструкционных материалов 6
1.2 Особенности формирования оксидокерамических покрытий на металлах вентильной группы 10
1.3 Патентное исследование 23
2 Физические основы метода микродугового оксидирования 29
2.1 Выбор материала для создания металлокерамического композиционного материала 29
2.2 Выбор состава электролита и режимов МДО 34
2.3 Эксплуатационные характеристики оборудования для МДО .... 39
3 Методы оценки свойств защитных покрытий 44
3.1 Определение толщины и микроструктуры покрытия 44
3.2 Определение пористости покрытия 47
3.3 Определение фазового состава покрытия 48
3.4 Определение диэлектрических свойств 49
4 Результаты исследований свойств оксидокерамических покрытий, полученных методом МДО на алюминиевом сплаве АМг3 51
4.1 Определение толщины и пористости покрытия 51
4.2 Определение диэлектрических свойств покрытия 56
Заключение 60
Список использованных источников 62
Приложение А 67
Алюминий и его сплавы по масштабу применения на втором месте после железа и его сплава. Для изготовления деталей и узлов в машиностроении, а также в других областях техники и науки, находят алюминиевые сплавы. Ввиду того, что в совокупности его физические, химические, механические свойства, такие как пластичность, электропроводность, теплопроводность, прочность, коррозионностойкость достаточно высокие [1]. Легко поддается различным видам обработки, таким как ковка, прокатка, штамповка. Детали из сплавов алюминия на от 20 до 35 % легче деталей, изготовленных, например из чугуна. Теплопроводность алюминиевых сплавов при этом порядка в 3 раза выше, чем у чугуна и стали, что позволяет уменьшить температуру деталей, работающих в условиях высокой теплонапряженности [2]. Достоинствами алюминиевых сплавов являются хорошие механические свойства, высокая проводимость (удельное сопротивление алюминия в 1,6 раза больше удельного сопротивления меди), стойкость против коррозии, повышенная сейсмостойкость и огнестойкость и др. Среди отрицательных качеств сплавов из алюминия является высокая стоимость и низкая износостойкость [3]. В некоторых случаях высокая проводимость является недостатком, поэтому для того чтобы улучшить диэлектрические свойства деталей из сплавов алюминия обычно используют методы модификации поверхности [4]. В данный момент времени широкое развитие получил распространение метод микродугового оксидирования (далее МДО), который относится к электрохимическим методам [5]. МДО-покрытия имеют множество различных функций, а также определяет их применение в различных отраслях промышленности, таких как машиностроение, приборостроение и другие. В самых различных узлах оборудования для увеличения коррозионнозащитных свойств, диэлектрических, теплозащитных и других характеристик [1].
Технология МДО также применяется для увеличения комплекса физикомеханических, а также биологических свойств изделий медицинского назначения и создания универсальных функциональных композиционных материалов (далее КМ). Из алюминия, титана, циркония и сплавов на их основе создаются искусственные суставы и позвонки, имплантаты в стоматологии и т.д.
Объектом исследования является композиционные материалы на основе алюминиевого сплава АМг3, полученные МДО, а предмет исследования - диэлектрические свойства данных КМ.
Целью выпускной квалификационной работы (далее ВКР) является: получение композиционных материалов на основе алюминия и его сплавов методом микродугового оксидирования и исследование их диэлектрических свойств.
Задачами данной ВКР являются:
• провести анализ способов получения защитных покрытий, обосновать выбор метода получения покрытий;
• изучить технологические основы микродугового оксидирования;
• обосновать выбор материала для дальнейших исследований;
• изучить методики исследования свойств композиционных оксидокерамических материалов;
• выбрать электролиты и определить рациональные параметры микроду- гового оксидирования композиционных материалов на основе алюминиевого сплава АМг3;
• исследовать влияние параметров микродугового оксидирования на диэлектрические свойства разработанных материалов.
Проведен анализ существующих методов повышения физикомеханических свойств конструкционных материалов, а также рассмотрены особенности формирования оксидокерамических покрытий на металлах вентильной группы.
Выполнен патентный поиск, показавший актуальность используемых и приоритетных методов защиты металлов, а также современный технологический уровень технологии микродугового оксидирования.
В результате выполнения ВКР получены композиционные материалы на основе алюминиевого сплава АМг3 методом МДО, изучено влияние режимов МДО и состава электролита, на толщину, состав и структуру оксидокерамических покрытий. Произведена оценка их влияния на диэлектрические свойства формируемых материалов.
Для исследований в рамках ВКР выбраны составы электролитов на основе водного раствора жидкого натриевого стекла и алюминатный электролит, определены рациональные параметры обработки, позволяющие получать качественные оксидные покрытия на сплаве АМг3 в режиме МДО. Исследованиями показана возможность регулирования толщины, пористости, состава и свойств покрытий.
Исследования толщины и пористости оксидных покрытий выявили, что образцы, обработанные в электролите на основе натриевого жидкого стекла, в зависимости от параметров МДО имеют толщину от 40 до 105 мкм, пористость от 6 до 20 процентов, а образцы, обработанные в алюминатном электролите - толщину от 32 до 80 мкм, пористость от 2 до 8 процентов.
Проведены исследования диэлектрических свойств (пробивного напряжения, электрической прочности) оксидных покрытий композиционных материалов на основе алюминия АМг3, полученных МДО в различных электролитах. Установлено, что большими значениями диэлектрических свойств обладают оксидные покрытия, сформированные в алюминатном электролите. Данные об-разцы в зависимости от параметров МДО имеют значения пробивного напряжения от 600 до 2800 В, а электрическую прочность - от 18 до 35 кВ/мм.
Выявлено, что пробивное напряжение образцов композиционных материалов 2 группы, сформированных в алюминатном электролите, превышает более чем в 1,5 раза пробивное напряжение образцов 1 группы, полученных в электролите на основе натриевого жидкого стекла; электрическая прочность образцов композиционных материалов 2 группы, сформированных в алюминатном электролите, превышает более чем в 2 раза электрическую прочность образцов 1 группы, полученных в электролите на основе натриевого жидкого стекла.
Проведенные исследования установили эффективность применения технологии МДО для повышения диэлектрических свойств композиционных материалов на основе алюминия АМг3, что позволит существенно расширить область их применения и использовать в различных условиях и сочетаниях в качестве эффективных диэлектриков в различных областях промышленности.
Таким образом, цель ВКР достигнута, все поставленные задачи выполнены в полном объеме.
