Анотація до роботи:

Реброва О.М. Структура та функціональні властивості покриттів на алюмінієвих сплавах, отриманих мікродуговою обробкою. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. – Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2008.

Дисертація присвячена дослідженню взаємозв’язку структури (фазового складу, розміру блоків, величини мікродеформації, рівня макронапружень, пористості) і властивостей (твердості, зносостійкості, коефіцієнта тертя, корозійної стійкості, електричної міцності) МДО-покриттів на ливарних і деформівних алюмінієвих сплавах.

У роботі наведені результати досліджень покриттів, отриманих при різних умовах електролізу, розглянуті початкові стадії і кінетика формування покриттів, визначений оптимальний склад електроліту для досліджуваних алюмінієвих сплавів з позиції отримання максимальної зносостійкості та корозійної стійкості МДО-покриттів, встановлено вплив густини струму на кінетику формування покриття, стадійність МДО-процесу і вперше встановлено існування критичної товщини для алюмінієвих сплавів, описана зміна геометричних розмірів зразків після МДО, фазовий склад покриттів, порівняні характеристики покриттів, отриманих при синусоїдальному і імпульсному струмах, проаналізовані особливості покриттів, отриманих у поєднанні з електрофорезом.

Проведені комплексні дослідження властивостей МДО-покриттів. Досліджувалися мікротвердість, пористість, корозійна стійкість, макронапруження і мікродеформації в покриттях, триботехнічні характеристики і електрична міцність, макророзсіювальна і криюча здатності електроліту.

Встановлена кореляція між структурою та властивостями МДО-покриттів.

Отримані результати дослідження властивостей МДО-покриттів показали ефективність використання МДО-технології для обробки пар тертя деталей циліндро-поршневої групи ДВЗ, армуючого підшару з високою адгезією перед нанесенням антипригарних і захисно-декоративних покриттів, можливість використання МДО-покриттів як низьковольтних ізоляторів.

1. Показана можливість та доцільність використання МДО-обробки різних алюмінієвих сплавів (деформівних і ливарних) для формування зносостійких та корозійностійких покриттів. Метод дозволяє отримувати покриття товщиною до 300 мкм з мікротвердістю 10000 20000 МПа, теплостійкістю до 1200 С, зносостійкістю (I_h » 10^-10 10^-12), корозійностійкістю в різних середовищах і високими антифрикційними властивостями (f < 0,01).

2. Встановлені основні закономірності перетворення поверхневого шару алюмінієвих сплавів в високотемпературні кристалічні оксиди алюмінію при анодно-катодному мікродуговому оксидуванні в лужно-силікатному електроліті. Виявлена стадійність перетворення поверхневого шару оброблюваних виробів в різні оксиди алюмінію.

3. Основними фазами покриття є a-Al₂O₃, g-Al₂O₃, 3Al₂O₃2SiO₂, співвідношення яких змінюється залежно від марки сплаву і режиму МДО. Виявлено існування критичної товщини МДО-покриттів, при досягненні якої відбувається перехід від початкової однофазної будови (g-Al₂O₃) до двофазної (g-Al₂O₃, a-Al₂O₃) чи трьохфазної (g-Al₂O₃, a-Al₂O₃, 3Al₂O₃2SiO₂), що є визначальним фактором, який встановлює кореляцію між фазовим складом і властивостями покриття. Визначені оптимальні умови електролізу для отримання МДО-покриттів із заданими властивостями для різних алюмінієвих сплавів – деформівних та ливарних.

4. Показано, що критерієм зносостійкості зміцненого шару при абразивному зносі можуть бути мікротвердість і фазовий склад покриття, які залежать від марки сплаву, що оксидується. Підвищення вмісту в покритті фази a-Al₂O₃ суттєво збільшує зносостійкість зміцненого шару.

5. Доведено, що зміна розмірів деталі при МДО-обробці незначна і складає 22%, 35%, 55% від товщини покриття для a-Al₂O₃, g-Al₂O₃ та 3Al₂O₃2SiO₂ фаз відповідно, залежить від марки сплаву, режиму та часу обробки і визначається фазовим складом покриття. Встановлені закономірності дозволяють проводити розрахунок сполучених розмірів пар тертя при потрібній товщині зміцненого шару.

6. Покриття МДО характеризуються низьким коефіцієнтом тертя (f < 0,01) з різними матеріалами контртіла, як при терті в оливі, так і в технічній воді. Мінімальний коефіцієнт тертя мають зміцнені шари, основною фазою яких є g-Al₂O₃. Обґрунтовано вибір структури МДО-покриття, яка забезпечує максимальні антифрикційні властивості з різними матеріалами контртіла.

7. Вперше показана можливість використання МДО-технології для отримання композиційних, функціональних покриттів (антифрикційних, зносостійких, антипригарних, захисних).

8. Вивчена макророзсіювальна і криюча здатності електроліту. Розроблені технологічні схеми обробки деталей складного профілю і великих розмірів, які забезпечують рівну товщину покриття і, як наслідок, однакову ступінь зміцнення.

9. Отримані результати використані при розробці технології зміцнення різних алюмінієвих виробів машинобудування (поршні ДВЗ, поршні компресорів, деталі бензонасосів, насосів охолодження ДВЗ і герметизуючих пристроїв), виробів побутового призначення (сковорід, прасок, плит нагріву, дозаторів та ін.). Експлуатаційні випробовування показали підвищення ресурсу роботи виробів в 2-10 разів, що дозволило рекомендувати до впровадження у виробництво МДО-технологію.

Публікації автора:

1. Білозеров В.В. Структура та властивості МДО-покриттів на деформівних алюмінієвих сплавах / В.В. Білозеров, Г.І. Махатілова, О.М. Кравцова* // Металознавство та обробка металів. – Київ, 1999. – № 4. – С. 46–50.

Автором виявлена стадійність формування структури покриттів при МДО і запропоновано поняття критичної товщини, при якій здійснюється перехід від однофазної до дво- або трифазної структури покриття.

2. Кравцова Е.М. Структура и свойства тонкослойных МДО-покрытий на алюминиевом сплаве / Е.М. Кравцова // Вестник ХГПУ. Серия: Новые решения в современных технологиях. – Харьков: ХГПУ, 2000. – № 81. – С. 36–37.

3. Белозеров В.В. Формирование антифрикционно-износостойких керамических покрытий на алюминиевых и титановых сплавах методом микродугового оксидирования / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, Е.М. Кравцова // Труды научно-практического симпозиума "Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении". Раздел IV: Инженерия поверхностей, функциональные покрытия и реновация изделий. – Харьков: ХФТИ, 2000. – С. 186–190.

Автором встановлені основні закономірності структуроутворення покриттів і фактори, які визначають їх структуру і властивості, показана можливість створення антифрикційних, зносостійких покриттів на алюмінієвих сплавах.

4. Результаты экспериментальных исследований деталей ДВС из легких сплавов с керамическим покрытием на рабочих поверхностях / А.Ф. Минак, В.В. Белозеров, Е.М. Реброва [и др.] // Вісник НТУ ”ХПІ”. Тематичний збірник наукових праць: Двигуни внутрішнього згоряння. – Харків: НТУ"ХПІ", 2001. – № 1. – С. 109–113.

Автором обґрунтована доцільність використання МДО-технології стосовно деталей двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) з метою підвищення їх працездатності і довговічності.

5. Влияние электрических режимов анодно-катодного микродугового оксидирования на структуру и свойства покрытий / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, Е.М. Реброва [и др.] // Процессы литья. – Киев, 2001. – № 3. – С. 91–94.

Автор виконав порівняльне дослідження МДО-обробки в анодно-катодному режимі при синусоїдальному і імпульсному струмах, і довів можливість отримання більш широкого діапазону фазового складу покриттів при імпульсній технології.

6. Поршневые кольца из легкого сплава с керамическим покрытием / А.Ф. Минак, В.В. Белозеров, Е.М. Реброва [и др.] // Вісник НТУ "ХПІ". Тематичний збірник наукових праць: Двигуни внутрішнього згоряння. – Харків: НТУ "ХПІ", 2001. – № 2, – С. 114–118.

Автором отримані результати, які дозволяють рекомендувати використання МДО-технології для зміцнення поверхонь тертя деталей ДВЗ.

7. Использование алюминиевых сплавов с керамическими покрытиями в узлах трения / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, Е.М. Реброва [и др.] // Вісник НТУ "ХПІ". Збірка наукових праць. Тематичний випуск: Технології в машинобудуванні. Харків: НТУ "ХПІ", 2001. – № 7. – С.17–19.

Автор запропонував заміну дефіцитних матеріалів, що традиційно використовуються у вузлах тертя ДВЗ, на сплави алюмінію з МДО-покриттям.

8. Применение МДО-технологии для обеспечения адгезионных свойств функциональных покрытий / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, Е.М. Реброва [и др.] // Високі технології в машинобудуванні: Збірник наукових праць НТУ "ХПІ". – Харків, 2004. – Вип. № 2 (9), – С. 43–46.

Автором проаналізований вплив параметрів електролізу на властивості покриттів і запропоновано використовувати МДО-покриття як підшар перед нанесенням антипригарних покриттів.

9. Деклараційний патент України на корисну модель №10162, C25D11/00. Спосіб зміцнення захисних покриттів на алюмінії та його сплавах / Білозеров В.В., Махатілова Г.І., Реброва О.М.; Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»; за заявкою № u200501249; заявл. 11.02.2005; опубл. 15.11.2005. Бюл. № 11.

Автором запропоновані режими МДО на сплаві АЛ2, що дозволять підвищити зносостійкість покриття.

10. Влияние химического состава алюминиевых сплавов на структуру и свойства МДО-покрытий / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, Е.М. Реброва [и др.] // Вісник НТУ "ХПІ". Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ "ХПІ", 2005. – № 23. – С. 25–30.

Автор розробив рекомендації, що дозволяють раціонально підходити до вибору марки алюмінієвого сплаву і режиму електролізу залежно від умов експлуатації деталей з МДО-покриттям.

11. Білозеров В.В. Вплив неорганічних добавок на формування керамічних покриттів методом мікродугового оксидування / В.В. Білозеров, Г.І. Махатілова, О.М. Реброва // Металознавство та обробка металів. – Київ, 2007. – № 4. – С. 61–65.

Автор дослідив вплив неорганічних добавок на фазовий склад і твердість МДО-покриттів.

12. Белозеров В.В. Метод микродугового оксидирования и его перспективы / В.В. Белозеров, А.И. Махатилова, Е.М. Реброва // Штрипс. – Харьков, 2008. – №3. – С. 30–32.

Автором проаналізовані перспективи впровадження МДО-технології на алюмінієвих сплавах в різні галузі промисловості.

* О.М. Кравцова – дівоче прізвище О.М. Ребрової.