МИКРОДУГОВОЕ  ОКСИДИРОВАНИЕ

Нурутдинов  Айрат  Шамильевич

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

  г.  Ульяновск

E-mail:  airat919@mail.ru

Хохлов  Алексей  Леонидович

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

  г.  Ульяновск

E-mail:  chochlov.73@mail.ru

Степанов  Виктор  Александрович

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

  г.  Ульяновск

E-mail:  ilmas.73@mail.ru

Марьин  Дмитрий  Михаилович

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

  г.  Ульяновск

E-mail:  marjin25@mail.ru

Сафаров  Камиль  Усманович

канд.  техн.  наук,  профессор  Ульяновской  государственной  сельскохозяйственной  академии 

имени  П.А.  Столыпина,

  г.  Ульяновск

MICROARC  OXYGENATING

Airat  Nurutdinov 

Graduate  student  of  Ulyanovsk  State  Agricultural  Academy  of  a  name  P.A.  Stolypin,

  Ulyanovsk

Alexei  Khokhlov 

Candidate  of  Science,  associate  professor  of  Ulyanovsk  State 

Agricultural  Academy  of  a  name  P.A.  Stolypin, 

Ulyanovsk

Viktor  Stepanov 

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

  Ulyanovsk

Dmitry  Maryin 

Graduate  student  of  Ulyanovsk  State  Agricultural  Academy  of  a  name  P.A.  Stolypin,  Ulyanovsk

Kamil  Safarov 

Candidate  of  Science,  professor  of  Ulyanovsk  State 

Agricultural  Academy  of  a  name  P.A.  Stolypin,

  Ulyanovsk

АННОТАЦИЯ

Поршни  из  алюминиевых  сплавов  чаще  всего  выходят  из  строя  по  причине  дефектовки  днища  поршня  и  канавок  под  поршневые  кольца.  В  процессе  эксплуатации  поршни  подвергаются  воздействию  высоких  температур  и  давления  газов,  возникающих  при  сгорании  топлива.  Одним  из  методов  повышения  ресурса  и  работоспособности  поршня  является  нанесение  специальных  упрочняющих  покрытий.

ABSTRACT

Pistons  of  aluminum  alloys  often  fail  due  Troubleshooting  piston  and  piston  ring  grooves.  During  operation,  the  pistons  are  subjected  to  high  temperature  and  pressure  gases  produced  by  combustion.  One  method  to  increase  the  service  life  and  performance  of  the  piston  is  application  of  special  hardening  coatings.

Ключевые  слова:  упрочнение  поршней;  микродуговое  оксидирование;  покрытия.

Keywords:  hardening  of  the  pistons;  microarc  oxygenating;  coverings.

Двигатели  внутреннего  сгорания  являются  наиболее  распрос­траненными  тепловыми  двигателями.  Отличаясь  компактностью,  высокой  экономичностью  и  долговечностью,  эти  двигатели  находят  применение  во  всех  отраслях  народного  хозяйства.  В  настоящее  время  на  основе  перспективного  типажа  автомобилей  и  двигателей  прово­дится  модернизация  автомобильных  двигателей.  Основными  задачами  при  разработке  двигателей  нового  типа  является  повышение  удельных  мощностных  показателей,  топливной  экономичности,  надежности,  долговечности  и  экологической  безопасности,  а  так  же  снижение  стоимости  их  производства.

Восстановление  и  упрочнение  изношенных  деталей  ДВС  многие  годы  не  теряет  своей  актуальности,  поскольку  являются  основным  путем  снижения  себестоимости  и  повышения  качества  ремонта  автотракторной  техники.

Например,  при  упрочнении  поршней  из  алюминиевых  сплавов  используются  керамические  покрытия,  которые  характеризуются  высокими  уровнями  точек  плавления,  прочностью  на  сжатие,  сохраняющихся  при  высоких  температурах  и  стойкостью  к  окислению.  Однако  наряду  с  перечисленными  свойствами  к  керамическим  покрытиям  предъявляются  требования  по  стойкости  к  вибрациям,  термоударам  и  адгезионной  прочности.  Наиболее  широкое  распрос­транение  для  нанесения  таких  материалов  получили  способы  газотермического  и  электрохимического  напыления  [1].

Газотермическое  напыление  подразделяется  на  следующие  способы:  газопламенное  напыление,  плазменное  напыление,  плазменнодуговое  напыление,  высокочастотное  плазменное  напыление,  детонационное  напыление,  напыление  в  контролируемой  атмосфере,  напыление  в  динамическом  вакууме  и  тигельное  напыление.

Большинство  способов  газотермического  напыления  обладают  высокой  производительностью,  позволяют  достаточно  точно  регули­ровать  толщину  покрытия  и  припуск  на  механическую  обработку.  Основными  недостатками  газотермического  напыления  являются  срав­нительно  невысокая  адгезия  покрытия,  наличие  остаточной  порис­тости,  напыленный  слой  не  повышает  прочности  изделия,  при  напылении  возникают  трудности  с  нанесением  покрытий  на  внутренние  поверхности  деталей.

Одним  из  распространенных  способов  упрочнения  поверхностей  деталей  является  технология  электроосаждения  композиционных  электрохимических  покрытий.  Его  суть  заключается  в  том,  что  вместе  с  металлом  из  гальванической  ванны  на  упрочняемую  поверхность  детали  осаждаются  различные  неметаллические  частицы:  карбиды,  оксиды,  сульфиды,  бориды,  порошки  полимеров  и  т.  п.  Присутствие  этих  материалов  в  покрытии  изменяют  его  свойства,  в  том  числе  увеличивают  их  износостойкость.  К  существенным  недостаткам  электрохимических  покрытий  можно  отнести  низкую  производи­тельность  и  высокую  энергоёмкость  процесса  их  получения,  а  также  токсичность.

Микродуговое  оксидирование  (МДО)  —  сравнительно  новый  вид  поверхностной  обработки  и  упрочнения  металлических  материалов,  берущий  свое  начало  от  традиционного  анодирования,  и  соответст­венно  относится  к  электрохимическим  процессам.  Микродуговое  оксидирование  позволяет  получать  многофункциональные  керамико­подобные  покрытия  с  уникальным  комплексом  свойств,  в  том  числе  износостойкие,  коррозионностойкие,  теплостойкие,  электроизоляцион­ные  и  декоративные  покрытия  [2].

Отличительной  особенностью  МДО  является  участие  в  процессе  формирования  покрытия  поверхностных  микроразрядов,  оказывающих  весьма  существенное  и  специфическое  воздействие  на  формирую­щееся  покрытие,  в  результате  которого  состав  и  структура  получаемых  оксидных  слоев  существенно  отличаются,  а  свойства  значительно  повышаются  по  сравнению  с  обычными  анодными  пленками  [3].  Другими  положительными  отличительными  чертами  процесса  МДО  являются  его  экологичность,  а  также  отсутствие  необходимости  тщательной  предварительной  подготовки  поверхности  в  начале  технологической  цепочки  и  применения  холодильного  оборудования  для  получения  относительно  толстых  покрытий.  На  рис.  1  приведена  принципиальная  схема  МДО.

Рисунок  1.  Принципиальная  схема  МДО

Технология  МДО  довольно  хорошо  отработана  в  основном  для  алюминиевых  сплавов.  МДО-покрытия  находят  все  более  широкое  применение  в  самых  различных  областях  —  от  производства  товаров  бытового  назначения  и  медицины  до  приборостроения  и  аэрокос­мической  промышленности,  в  т.  ч.  в  двигателестроении.

Днище  является  наиболее  термически  нагруженной  частью  поршня.  С  увеличением  диаметра  поршня  температура  днища  повышается,  так  как  возрастает  путь  отвода  теплоты  к  стенкам  цилиндра,  а  также  отношение  поверхности  днища,  воспринимающей  теплоту,  к  поверх­ности,  через  которую  она  отводится  в  стенки  цилиндра.

Так,  например,  толстые  покрытия  на  алюминии,  полученные  в  силикатно-щелочном  электролите,  состоят  из  трех  слоев  (рис.  2):  1—  тонкого  переходного;  2  —  основного  рабочего,  с  максимальной  твердостью  и  минимальной  пористостью,  состоящего  в  основном  из  корунда  (Al₂O₃)  и  3  —  наружного  технологического,  обогащенного  алюмосиликатами.

Рисунок  2.  Структура  МДО-покрытий  на  алюминии

Сущность  МДО  заключается  в  том,  что  на  деталь,  располо­женную  в  электролитической  ванне,  через  специальный  источник  питания  подается  ток,  приводящий  к  образованию  на  поверхности  детали  микроплазменных  разрядов,  под  воздействием  которых  поверх­ностный  слой  перерабатывается  в  оксид  алюминия.  В  результате  на  поверхности  детали  образуется  прочный  оксидированный  слой  [4]. 

Таким  образом,  можно  констатировать,  что  основным  отличием  МДО-процесса,  от  давшего  ему  начало  традиционного  анодирования,  является  использование  энергии  электрических  разрядов,  мигрирую­щих  по  обрабатываемой  поверхности,  погруженной  в  электролит,  которые  оказывают  специфическое  термическое,  плазмохимическое  и  гидродинамическое  воздействие  на  металл  основы,  само  покрытие  и  электролит,  в  результате  чего  формируются  керамикоподобные  покрытия  с  регулируемыми  в  широком  диапазоне  элементным  и  фазовым  составом,  структурой  и  свойствами.  Получение  такого  оксидного  теплового  барьерного  слоя  обеспечит  защиту  днища  поршня  от  воздействия  высокотемпературных  тепловых  потоков,  выходящих  из  камеры  сгорания,  что  позволит  снизить  толщину  и  вес  поршня,  удельный  эффективный  расход  топлива,  увеличить  эффективную  мощность  и  эффективный  коэффициент  полезного  действия  двигателя,  уменьшить  токсичность  отработавших  газов.

Список  литературы:

1. Кудинов  В.В.  Нанесение  покрытий  напылением.  Теория,  технология  и  оборудование  [Текст]:  учебник  для  вузов  /  В.В.  Кудинов,  Г.В.  Бобров.  —  М.:  Металлургия,  1992.  —  432  с.

2. Микродуговое  оксидирование  (теория,  технология,  оборудование)  /  И.В.  Суминов,  А.В.  Эпельфельд,  В.Б.  Людин  и  др.  —  М.:  ЭКОМЕТ,  2005.  —  368  с.

3. Малышев  В.Н.  Упрочнение  поверхностей  трения  методом  микродугового  оксидирования:  Автореф.  дис…докт.  техн.  наук  /  В.Н.  Малышев.  —  Москва,  1999.  —  53  с.

4. Патент  2439211  Россия,  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.