РЕЗУЛЬТАТЫ  АНАЛИЗА  СТРУКТУРЫ И  ЭЛЕМЕНТНОГО  СОСТАВА  ПОРШНЯ С  ОКСИДИРОВАННЫМ  ДНИЩЕМ

Марьин  Дмитрий  Михайлович

аспирант  Ульяновской  государственной  сельскохозяйственной  академии  им.  П.А.  Столыпина,

  г.  Ульяновск 

E-mail:  Marjin25@mail.ru

Хохлов  Алексей  Леонидович

канд.  техн.  наук,  доцент  Ульяновской  государственной  сельскохозяйственной  академии  им.  П.А.  Столыпина,

  г.  Ульяновск

E-mail:  choclov.73@mail.ru

Степанов  Виктор  Александрович

аспирант  Ульяновской  государственной  сельскохозяйственной  академии  им.  П.А.  Столыпина,

  г.  Ульяновск

E-mail:  wiktor890@mail.ru

Хохлов  Антон  Алексеевич

студент  Ульяновской  государственной  сельскохозяйственной  академии  им.  П.А.  Столыпина,

  г.  Ульяновск

E-mail:  khokhov.73@mail.ru

Пугач  Алексей  Вадимович

студент  Ульяновской  государственной  сельскохозяйственной  академии  им.  П.А.  Столыпина,

  г.  Ульяновск

E-mail: 

THE  RESULTS  OF  THE  ANALYSIS OF  THE  STRUCTURE  AND  ELEMENTAL COMPOSITION  OF  THE  PISTON WITH  CHEMICALLY  BOTTOM

Dmitry  Marin 

graduate  of  Ulyanovsk  state  agricultural  Academy  name  P.A.  Stolypin,  Ulyanovsk

Alexei  Khokhlov

с.t.s.,  lekturer  of  the  Ulyanovsk  state  agricultural  Academy  name  P.A.  Stolypin,  Ulyanovsk

Viktor  Stepanov 

graduate  of  Ulyanovsk  state  agricultural  Academy  name  P.A.  Stolypin,  Ulyanovsk

Anton  Khokhlov 

student  of  Ulyanovsk  state  agricultural  Academy  name  P.A.  Stolypin,  Ulyanovsk

Alexey  Pugach 

student  of  Ulyanovsk  state  agricultural  Academy  name  P.A.  Stolypin,  Ulyanovsk

АННОТАЦИЯ

Проведены  исследования  структурного  и  элементного  состава  оксидированного  слоя  на  днище  поршня  и  канавках  под  поршневые  кольца,  полученного  методом  микродугового  оксидирования.  Исследо­вания  проводили  методом  растровой  электронной  микроскопии  с  рентгеновским  микроанализом.  Анализ  полученных  данных  показы­вает,  что  толщина  оксидированного  слоя  составляет  25…30  мкм,  основными  элементами  являются  алюминий,  кремний  и  кислород  предположительно  в  соединениях  оксидов  алюминия  (α-  и  γ-коррунд).

ABSTRACT

Investigations  of  structural  and  elemental  composition  of  oxidized  layer  on  the  bottom  of  the  piston  and  the  grooves  under  the  piston  rings,  obtained  by  the  method  of  microarc  oxidation.  The  research  was  conducted  by  the  method  of  scanning  electron  microscopy  with  the  x-ray  микроанализом.  The  analysis  of  the  obtained  data  shows  that  the  thickness  of  the  oxidized  layer  is  25...30  microns,  the  basic  elements  are  of  aluminium,  silicon  and  oxygen  presumably  in  the  compounds  of  aluminum  oxides  (α  -  and  γ-  korrund).

Ключевые  слова:  поршень  ДВС;  оксидированный  слой;  толщина;  микродуговое  оксидирование

Key  words:  the  piston  internal  combustion  engine;  oxidized  layer;  thickness;  anode  microarc  oxidizing

Современные  тенденции  в  двигателестроении  характеризуются  дальнейшим  увеличением  мощности  двигателей  внутреннего  сгорания,  что  приводит  к  увеличению  механической  и  тепловой  нагрузки,  как  на  детали  цилиндропоршневой  группы,  так  и  на  двигатель  в  целом.  Высокий  температурный  уровень  приводит  к  снижению  механических  свойств  материала,  а  неравномерное  температурное  поле  вызывает  значительные  термические  напряжения  и  неравномерную  деформацию.  Возрастающие  требования  к  надёжности  и  долговечности  двигателя  внутреннего  сгорания  (ДВС)  вызывают  необходимость  применения  для  деталей  камеры  сгорания,  использование  покрытий  с  высокими  теплостойкими,  антифрикционно-  и  износостойкими  свойствами. 

Теплозащитные  покрытия  наносят  плазменным  и  детонационным  методами,  однако,  указанные,  равно  как  и  другие  покрытия  при  работе  отслаиваются  и  поэтому  они  не  нашли  широкого  применения  для  снижения  температурного  уровня  поршней  [1].

Наиболее  эффективным  способом  нанесения  покрытий  для  сниже­ния  теплонапряженности  и  повышения  его  работоспособности  является  метод  микродугового  оксидирования  (МДО).

В  процессе  МДО  покрытие  растет  как  вследствие  окисления  химических  элементов  сплава,  так  и  вследствие  термических  превра­щений  компонентов  электролита  под  воздействием  микроплазменных  разрядов,  при  этом  происходит  изменение  структуры  и  элементного  состава  покрытия  включающего  как  составляющие  электролита,  так  и  компоненты  сплава,  приводящие  к  изменению  свойств  и  параметров  сформированного  оксидированного  слоя  [5].

Принципиальным  отличием  МДО  от  других  традиционных  способов  нанесения  покрытий  (гальванический,  плазменный,  детона­ционный  и  др.)  является  наращивание  слоя  внутрь  основного  материала  без  изменения  геометрических  размеров  изделий 

На  основании  вышеизложенного  были  изготовлены  эксперимен­тальные  поршни  с  оксидированным  днищем  и  канавками  под  порш­невые  кольца  (рис.  1)  в  водном  растворе  на  основе  ортофосфорной  кислоты  (Н₃РО₄)-180  г/л.  в  течение  60  мин.  при  плотности  тока  4  А/дм²,  напряжение  250  В  [2,3].

Рисунок  1.  Поршень  с  оксидированным  днищем  и  канавками  под  поршневые  кольца

Проведены  исследования  по  определению  структуры  и  элемент­ного  состава  типового  и  оксидированного  днища  поршня  методом  растровой  электронной  микроскопии  (РЭМ)  с  рентгеновским  микроанализом  [4].

В  исследованиях  использовался  комплекс  (рис.  2),  состоящий  из  автоэмиссионного  растрового  микроскопа  сверхвысокого  разре­шения  Zeiss  SUPRA  55VP  в  комплекте  с  энергодисперсионным  спектрометром  Inca  Energy  350,  волновым  спектрометром  Inca  Wave  500  и  системой  регистрации  и  анализа  дифракции  отраженных  электронов  HKL  EBSD  Premium  System  В  исследованиях  также  использовалась  мера  ширины  и  перехода  специальная  МШПС-2.0К.

Рисунок  2.  Микрорскоп  Zeiss  SUPRA  WDS  55VP

Объект  исследований  представлял  собой  излом  образца  размером  примерно  5х5х10  мм.  Для  получения  картины  топографического  контраста  образец  тщательно  промывали  растворителем  и  обезжири­вали  при  ультразвуковой  очистке  во  избежание  загрязнения  углеводородами.  Исследуемый  образец  был  помещён  в  вакуумную  камеру  микроскопа  изломом  вверх.

На  рис.  3  и  4  представлены  микрофотография  поверхности  излома  поршня  с  оксидированным  днищем  и  исследуемая  область  оксидированного  слоя  поршня

Рисунок  3.  Микрофотография  поверхности  излома  поршня с  оксидированным  днищем

Рисунок  4.  Центральная  часть  поверхности  излома с  учетом  только  выбранных  элементов

Результаты  элементного  и  структурного  анализа  центральной  части  поверхности  излома  оксидированного  поршня  сведены  в  таблицу  1.

Таблица  1. 

Результаты  элементного  анализа

Основным  элементом  исследованных  областей  оксидированного  слоя  (Spectrum  1)  и  основного  материала  поршня  (Spectrum  2)  является  алюминий,  кремний  и  кислород.

Анализ  полученных  данных  показывает,  что  толщина  оксиди­рованного  слоя  днища  поршня  достигает  25…30  мкм.  Материал  покрытия  обогащен  по  кислороду,  по  сравнению  с  материалом  основы,  это  позволяет  предположить  наличие  в  нём  оксидов  алюминия  (α-  и  γ-коррунд),  что  согласуется  с  теорией  МДО  [6].

Список  литературы:

1.Марьин  Д.М.  Результаты  исследований  микротвердости  и  пористости  поршня  с  оксидированным  днищем  /  Д.М.  Марьин,  А.С.  Егоров,  А.А.  Гузяев  //Вклад  молодых  ученых  в  инновационное  развитие  АПК  России:  Материалы  Всероссийской  науч.  конф.  Молодых  ученых  —  Пенза.  ПГСХА.  2012.  —  С.  156—158. 

2.Марьин  Д.М.  Результаты  исследований  теплопроводности  поршня  с  оксидированным  днищем/  Д.М.  Марьин,  А.Л.  Хохлов  //  Аграрная  наука  и  образование  на  современном  этапе  развития:  Опыт,  проблемы  и  пути  их  решения:  Материалы  IV  Международной  научно-практической  конференции:  —  Ульяновск.  УГСХА.  2012  .  —  С.  100—104. 

3.Патент  2439211  РФ,  МПК  F02F  3/12.  Способ  обработки  поршней  двигателей  внутреннего  сгорания  из  алюминия,  титана  и  их  сплавов/  И.А.  Казанцев,  А.О.  Кривенков,  С.Н.  Чугунов,  А.Л.  Хохлов,  В.А.  Степанов,  К.У.  Сафаров.  —  №  2010140537/02;  Заяв.04.10.2010;  Опубл.  10.01.2012,  Бюл.  №  1.

4.Растровая  и  электронная  микроскопия  и  рентгеновский  микроанализ:  В  2-х  книгах.  Книга  2.  Пер.  с  анг./  Гоулдстейн  Дж.,  Ньюбери  Д.,  Эчлин  П.  и  др.  —  М.:  Мир,  1984.  —  384  с.

5.Степанов  В.А.  Микродуговое  оксидирование  поверхности  деталей  из  алюминиевых  сплавов.  /  В.А.  Степанов,  А.Л.  Хохлов,  К.У.  Сафаров  //  Материалы  II-й  Открытой  Всероссийской  научно  —  практической  конференции  молодых  ученых.  Ч.  2.:Молодежь  и  наука  XXI  века  —  Ульяновск:  УГСХА,  2007  —  С.  45—48.

6.Суминов  И.В.  Микродуговое  оксидирование  (теория,  технология,  оборудование)  /  И.В.  Суминов,  А.В.  Эпельфельд,  В.Б.  Людин,  Б.Л.  Крит,  А.М.  Борисов.  —  М.:  ЭКОМЕТ,  2005.  —  368  с.