Физико-химические закономерности образования слоистых оксидных материалов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

р г б ол

На правах рукописи

РАМАЗАНОВА ЖАНАТ МУСАНОВНА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СЛОИСТЫХ ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

специальность 02.00.04-физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Томск 1997

Faooia выполнена в комплексном отделе химических покрытий Конструкторски-технологического института "РИТЦ" СО РАН.

Научный руководитель Кандидат химических наук

зав.отделом Мамаев А .И.

Официальные оппоненты

Доктор химических наук профессор Нсмагнпов З.Р.

кандидат химических наук Мокроусов Г.М.

Ведущая организация Томский политехнический

университет

¿гг

Зашита состоится 1997 года в /У . час. в

ауд. %// на заседании диссертационного совета К.063.53.07 в Томском государственном университете по адресу : 634050, г.Тоыск, пр. Ленина, 36. ,

С ннссерганией можно ознакомиться в библиотеке ТГУ.

Антр«|«рат разослан _" '_________1997 г.

Учении секретарь диссертационного сонета (..ишшш химических наук

■г-о.-, (

ПЛ1 .Белоусова

Актуальность.

Разработка новых керамических материалов и покрытий, обладающих высокой износостойкостью, механической прочностью , термостойкостью и другими свойствами является одной из актуальных проблем материаловедения . Одним из наиболее эффективных , экономичных и экологически чистых методов их получения является метод мнкроцугового оксидирования (МДО) . Это электрохимический процесс , протекающий при высокой напряженности электрического поля и сопровождающийся образованием микроплазмы и микрообластей с высоким давлением за счет образующихся газов, что в свою очередь, приводит к протекашпо высокотемпературных химических превращений , транспорту вещества в дуге. Большой вклад в развитие теории и техники МДО внесли ГА.Марков, П.С. Гордиенко, В.Ф. Федоров, ЛЛ. Снежко, П. Кури, В. Крисман, К. Дитрих и др. Имеются значительные достижения по способам нанесения керамических покрытий данным методом , но получить покрытие , совмещающее в себе комплекс свойств , например , износостойкость и низкую шероховатость , что важно при упрочнении трущихся поверхностей деталей различного типа , не удается . Это связано как с отсутствием комплексного подхода в разработке теории и технологии МДО , так и недостаточностью методов измерений при исследовании сильноточных нмпульсных процессов в растворах электролитов. Данная работа в определенной степени восполняет этот пробел , в частности , разработанная параметрическая модель процесса дает возможность по параметрам электрохимических систем определять вид вольтамперных зависимостей , моделировать их изменения во времени , создавать компьютерные программы , описывающие процесс образования покрытия . Связь диссертации с планами научно-исследовательских работ.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Республиканской научно-технической программой "Разработка и внедрение технологических процессов порошковой металлургии нанесения защитных и упрочняющих покрытии в отраслях народного хозяйства РСФСР на 1987-1990 годы по направлению 01.02.11. -разработка методов нанесения композиционных электрохимических покрытий на детали текстильного оборудования,

Цель работы. Выявить физико-химические закономерности и область протекания процесса образования слоистых износостойких оксидных

покрытий с низкой шероховатостью в импульсном микроплазменном режиме на сплавах алюминия ; апробировать результаты на примере упрочнения трущихся деталей текстильного оборудования. Задачи исследования.

1.Установить физико-химические закономерности образования пористых износостойких оксидных покрытий с низкой шероховатостью на алюминии и его сплавах .

2.Разработать параметрическую модель , связывающую плотность тока, поляризующее напряжение , время , удельное активное сопротивление и удельную емкость электрических слоев на границе раздела металл-раствор при образовании слоистых оксидных покрытий при импульсном задающем напряжении.

3.Разработать корректные методы измерения параметров процесса формирования слоистых оксидных покрытий в импульсном микроплазмеином режиме.

4. Определить параметры процесса - удельную емкость , удельное активное сопротивление на границе электрод-раствор и их зависимость от времени образования слоистых оксидных покрытий в растворах электролитов.

5. Разработать способ получения износостойких слоистых оксидных покрытий на деталях из алюминия и его сплавов и технологию упрочнения деталей текстильного оборудования.

Научная новизна На основании анализа экспериментальных и теоретических данных впервые дано математическое описание процесса нанесения слоистых оксидных покрытий в микроплазменном режиме для случая, когда лимитирующей стадией процесса является стадия доставки ионов из раствора электролита к поверхности электрода , что позволило определить физико-химические закономерности образования пористых слоистых износостойких оксидных покрытий с низкой шероховатостью: зависимости шероховатости покрыли от длительности импульсов , толщины покрытия от концентрации анионов и катионов , н времени процесса , а также произведения растворимости тндроксидов.

На основании анализа экспериментальных измерений зависимостей тока и напряжения от времени процесса, впервые предложен метод измерения параметров мшерошгазмешгого процесса ( удельной емкости •1 уд'•■•м[ого сопротивления). Это позволило впервые разработать

о

параметрическую модель сильноточных процессов и расгворах электролитов. С ее помощью можно рассчитывать суммарный ток, моделировать процесс нанесения слоистого покрытия при различных формах поляризующего напряжения , конструировать источники питания без перебора вариантов конструкций. Впервые определены параметры электрохимических систем и их изменения от времени процесса для 20 растворов электролитов. Практическое значение.

• Разработанная теория и параметрическая модель позволяют моделировать процесс нанесения слоистого оксидного покрытия и выявлять вид активно-емкостной нагрузки , что в свою очередь служит основой конструирования источников питания.

• Разработан способ получения оксидных покрытий на алюминии и его сплавах с определенными физико-механическими свойствами покрытий : шероховатостью 0,3 мкм, износостойкостью -увеличением в 6-10 раз , коэффициентом трения 1,2 - 0,06 .

• Получены 3 вида оксидных покрытий , предназначенных для упрочнения роторов прядильных машин , определены параметры электрохимических систем.

• Создана установка "КОРУНД" для упрочнения дегалей текстильного оборудования с производительностью 30000 деталей в год. Данная установка и разработанная технология внедрены на двух десятках предприятий текстильной промышленности России и СНГ.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Фнзико - химические закономерности мнкроплазменного процесса образования слоистых оксидных покрытий в импульсном режиме при лимитирующей стадии процесса стадии доставки ионов к поверхности электрода.

2. Параметрическая модель сильноточных процессов в растворах электролитов, параметрами которой являются удельное активное сопротивление /I удельная емкость границы раздела металл-раствор.

3. Методы измерения параметров при исследовании сильноточных импульсных процессов в растворах электролитов .

4. Способ получения слоистых оксидных износостойких покрытий с низкой шероховатостью на алюминии и его сплавах , апробирование способа на примере упрочнения деталей текстильной оборудования.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на республиканском научно - техническом семинаре Анод-88 (Казань, 1988) , III Всесоюзной конференции по электрохимическим методам анализа (Томск, 1989) , семинаре "Исследование процесса нанесения композиционных полимерно-керамических покрытий на детали текстильного оборудования " (Черкассы, 1990) , конференции "Керамика в народном хозяйстве" (Ярославль 1994), IX отраслевом совещании "Проблемы и перспективы развития Томского нефтехимического комбината." (Томск, 1995), VI международной конференции "Радиационные гетерогенные процессы" (Кемерово, 1995), международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды"(Томск 1995). Публикации . По теме диссертационной работы опубликовано 5 статей, тезисы 10 докладов, разработка защищена 3 патентами. Обьсм и структура работы.

Диссертационная работа изложена на 161 страницах машинописного текста ; состоит из введения , 5 глав, выводов, списка цитируемой литературы 122 (назв.) и 5 стр. приложения (актов

внедрения); содержит 57 рисунков , 12 таблиц.

Первая глава является обзором литературы по вопросам теории микроплазменных процессов в растворах электролитов , методам электрохимических измерений, и составам элекгролнтов, используемых для получения оксидных покрытий при больших плотностях тока и напряжения . Анализ литературы показал , что в теории процесса недостаточно развиты модельные представления механизмов микроплазмениых процессов искрения при импульсных режимах в растворах электролитов , нет учета уравнений , описывающих диффузионные процессы при образовании покрытий. Методы измерений не дают возможности получить корректные поляризационные зависимости для быстротекущих электродных процессов при потенциалах 1000 В . Разработанные способы не позволяют получить износостойкие оксидные покрытия с низкой шероховатостью.

Во второй главе развита теория и предложены диффузионные модели образования слоистых оксидных покрытий разной толщины с широкими н узкими порами , когда лимитирующей стадией процесса являстси стадия достиики попов к поверхности электрода .

Представлены расчеты по распределению концентрации ионов кислорода в металле , и росту толщины оксидного покрытия из раствора электролита для слоистых оксидных покрытий с порами различных размеров в зависимости от обьемной и поверхностной концентраций ионов металла и гидроксидов-нонов. Предложены механизмы возникновения искрения н параметрическая модель образования оксидных покрытий в микроплазменных импульсных процессах в растворах электролитов.

В третьей главе описаны ' экспериментальная техника дня проведения вольтамперных измерений в растворах, методика измерения вольтамперных зависимостей при плотностях тока до 1000 А/дм2 в импульсных процессах в растворах электролитов. Показана корректность электрохимических измерений параметров сильноточных импульсных процессов, описаны методики определения физико-механических показателей слоистых оксидных покрытий.

В четвертой главе определены параметры электрохимических систем, приведены результаты расчета технических характеристик источника питания.

В пятой главе описаны способ и технология нанесения слоистых оксидных покрытий на детали текстильного оборудования . Даны технические харатернстикн обрудования для упрочнения деталей текстильной промышленности методом микродугового оксидирования. Описана техника безопасности при работе на установке мнкродугового оксидирования.

Диффузионная модель образования слоистых оксидных

покрытий .

Схему процесса образования слоистого оксидного покрытия в импульсном микроплазменном режиме представим следующим образом:

доставка ионов к поверхности электрода электрохимическая реакция и сопровождающий ее микроплазменный процесс-» образование оксидного покрытия —»последующая химическая реакция , удаление газообразных и других продуктов реакции ,

Микродуговое оксидирование протекает на границе раздела металл-раствор под действием высокого напряжения ( до 1000 В ) при плотности тока до 1000 А/дм2 в импульсе , поэтому электрохимическая реакция и микропназменный процесс протекают с высокой скоростью ,

к кинетика процесса получения покрытия с низкой шероховатостью определяется преимущественно скоростью диффузии ионов к поверхности элекфода.

Рассмо1рим процессы, пронжаюпше на поверхности электрода при прохождении анодцо-кат'одпого электрического тока в микроплазменном режиме в анодный период тока. При прохождении анодной составляющей электрического тока через границу раздела электрод-раствор электролита на поверхности металла образуется оксидная пленка , т.е. происходит образование барьерного слоя , и происходят конце1гтрацно1шые изменения ионов в растворе .

Если напряженность на границе раздела металл-раствор , создаваемая источником питания , выше чем электрическая прочность барьерного слоя, то возникает электрический пробой (мнкродуга). В "шнуре" микродуги за короткий промежуток времени развиваются высокие температура и давление, которые приводят к образованию паро-газовой среды в объеме. Газовая полость состоит из ионов кислорода, водорода, паров воды , причем анодная часть микродуги в основном состоит из ионов кислорода , которые диффундируют вглубь металла. При прохождении катодного импульса происходит нодщелачивание приэлекгродного слоя ; за счет этого часть ионов металлов гидролизуется и под воздействием высокой температуры превращается в оксиды , которые формируют поверхностный слой оксидного покрытия . В зависимости от режима процесса , в частности от соотношения величин анодной и катодной составляющих тока,

а) б)

Рнс.1. Схема образования оксидного покрытия .

где : I-распределение ионов кислорода в металле , 2-распределение концентрации пщрокелд-ионов в оксидном слое , 3,4- распределение гндрокеид-ионов , ионов металла в приэлектродиой области раствора соответственно.

;£(,ТГ О С'Ы)=С0 (2)

Рассмотрим два случая : I- тонкие покрытия с широкими порами , 2- толстые покрытия с узкими порами , коща необходимо учитывать концентрационные изменения лщрокснд-нонов в порах оксидного слоя. Диффузионная модель формирования слоистых оксидных покрытий для случая 1 представлена на рис. 1 а .

На границе х=0 происходит выделение кислорода , который диффундирует вглубь металла - зона (М) . Начальные и граничные условия описываются уравнениями (1-4).

ас

Э/ ' 4 дхг

С'(ао,о) = 0 (3) С4 (цо)-0 (4)

В оксидном пористом слое зона(О) формирование покрытия происходит по схеме

М * п01Г М(ОН).

м{он)л^мо,+~нго

г 2

Распределение концентрации ионов ОН' (Св) описывается сн«лемой уравнений

- = (5) С'ЫО^С^/Ю? (6)

С*(х,0) = Св. (7) Св(М-^Саи. (8)

Распределение конце) гграцин ионов ОН' (С°) в растворе зона (Р) описывается системой уравнений

~ = (9) Сс(^С„с (10)

" Ссм = С?Х (II) ссм=с/ (12)

Распределение концентрации ионов металла (См) в приэлекгродном слое описывается системой уравнений

дС

и

д, (13) = (14)

Ц.Ч= (15) С(а4 = пр№ (16)

(/ сА

При решении граничных задач получены уравнения для распределения концентрации кислорода:

' <П)

для распределения концентрации анионов ОН' в растворе: С^С^-С^г/с^ + С? (18)

н распределения ионов ОН' в пористом слое оксида :

„ 2*0 1 С ли —г-

2{К »

X }

Ш) Ы *

2(К>1+ ^ где У0,Г- специальные функции.

Толщина покрытия !| изменяется во времени I и зависит от потока пщрохеид-нонов и ионов металла и определяется следующим соотношением Н-а1.

Анализ распределения концентрация ионов кислорода на границе металл-раствор при тряпичных условиях (1)-(4) показывает , что с увеличением времени обработки внедрение кислорода в металл повышается (рис. 2).

При определении кинетики роста оксидного покрытия от значений произведения растворимости , гидроокисей металлов согласно граничным условиям (9 ) - (16), установленно , что толщина покрытия находится в пропорциональной зависимости от времени процесса и увеличивается при образовании труднорастьоримых прочных пщроокисей.При образовании нестойких гидроокисей (-^ ПР=1-15) и при уменьшении концентрации гидроксид-ионов в растворе электролита покрытие не образуется (рис.3).

к, см 0.0000

0.1

Рис.2.Распределение концентрации ионов кислорода в металле.

Рис.З.Зависимость толщины покрытия от (-1цПР) г идроокисей при изменении концентрации гидроксид-ионов в при- . электродном слое.

Рассмотрим случай образования слоистого оксидного покрытия с узкими порами (рис.1 б). Диффузионное уравнение и граничные условия для зоны М аналогичны (1 -4) для случая I .

В оксидном пористом слое (О) в связи с низкой скоростью диффузии изменение концетрации анионов ОН' остается постоянным во времени и линейно уменьшается от границы раздела металл-оксид до границы раздела оксид-раствор.

См =С!-Ьх (20)

0 <х<И

Распределение концентрации ионов ОН' в растворе зона (Р) описывается уравнениями:

(21) С^ = С„С (22)

(23) См=с;-а1 (24)

Распределение концентрации ионов металла в прнэлектродном слое описывается системой уравнений:

д^г=[>ид~& (25) с™=с» (26)

СМ=СИХ = -^— (27) с—С- (28)

Сс-а1

Распределение концентрации анионов в растворе определяется уравнением:

<29)

Решение систем (25-28) имеет вид

= См, + - Си)ег/с~~;х^Ь (30)

Рассмотрим кинетику образования покрытия для нескольких случаев.

1.В объеме раствора находится избыток анионов , участвующих в образовании покрытия . В этом случае скорость роста покрытия

определяется уравнением: 2

А=----. (31)

с&Ын

С увеличением поверхностной концентрации катионов на границе оксидное покрытие-раствор толщина покрытия также увеличивается (рис 4а.).

2.В обьсме ртлнпра находтся избыток ионов металла , участвующих в образовании покрытия . В этом случае толщина покрытия описывается уравнением

А = , , °'3762<у&> (27)

с,к14 п зс,к%Лт сткг

С увеличением времени процесса при Са = 0,8Со,Со = 0,1-5*юлЪу/ и с

повышением объемной концентрации анионов увеличивается (рис.4.6), а с увеличением концентрации анионов вблизи поверхности электрода толщина покрытия уменьшается (рис. 4 в).

3. Иски кинетика роста покрытия определяется потоками катионов и анионов, участвующих в образовании покрытия , то уравнение для толщины покрытия имеет вид:

П,сц

О.о* 0.0075!

О. 00 0.002

б

Р»с.4.3ависимость толщины покрытия от времени и а) поверхностной концентрации катионов при избытке в растворе гидроксид-ионов,

б) объемной концентрации гидрокснд-ионов при избытке ионов металла , в) концентрации гидроксид-ионов вблизи поверх ности электрода при избытке ионов металла в растворе.

Параметрическая модель сильноточных процессов в мстаорах. электролитов. Методика измерения параметров формирования покрытия. Параметры микроцлазмеиных систем.

Об образовании оксидного слоя и изменении сю голщины можно судить по сопротивлению электрода в процессе микролугового оксидирования.

Для корректного описания микроплалменного процесса необходимо получить зависимость тока , протекающего череч единицу поверхности от поляризационного напряжения . выделит. активную и емкостную составляющие тока .

Общий ток процесса определяется как'сумма активного 1а тока , связанного с переносом заряда , и образованием покрытия , и емкостного тока 1с , который расходуется на образование двойных электрических слоев.

Величины 1а и 1с определяются соотношениями: /, = /г = -

Тогда суммарный ток с учетом поверхности элеетрода 8 равен

По экспериментальным данным было установление, чго малме значения длительности импульсов приводят к появлению оксидных образовании малых размеров, что обеспечивает низкую шерохонаюегь покрытия (табл.1), а для достижения большой производительности необходимо обеспечить максимальное значение активной составляющей тока , что возможно при прямоугольной (трапециедальной) его форме .

Таблица № 1

№ длительность импульса, мке шероховатость мкм примечание

1 50 0,16 очень низкая скорость образования покрытия.

2 100 0,32 равномерное, качественное покрытие

3 200 0,3 0 »

4 600 1,25 высокая шероховатость

5 постоянный ток выше 3,2 образование оплавлений, отслоение покрытия

При трапеиИедальной форме напряжения получается импульс тока ( рис.5), в котором при ¿13 ¡¿1 =0 суммарный ток равен активному току, а емкостный ток 1с=1-1а . Это позволяет выделить активную и емкостную составляющие тока , определить величины удельной емкости и удельного сопротивления .

> . иув» и,,а

¿И ; ,

I. Л\

\

1.,А

О-

V»

1.МКС

Рис.5.

Сопротивление пористого покрытия И. состоит из суммы параллельных сопротивлений - сопротивления оксида К, и сопротивления электролита в порах Л,; Уц = ^ + У^ • Сопротивление

оксида имеет вид: Л, = д • ^ ; гае д - удельное сопротивление оксида, / -

толщина слоя, Б - поверхность оксида. Сопротивление электролита по порам имеет вид : Л = » ^ й " удельное сопротивление

электролита , I - толщина слоя (длина пор), ^-поверхность пор . Таким образом , в данной параметрической модели параметрами являются удельное активное сопротивление границы раздела металл-раствор и удельная емкость, что Важно при конструировании источников питания при различных формах поляризующего напряжения без их изготовления.

Для измерения токов , задающего напряжения и поляризующего напряжений , а также для расчетов величин активного и емкостного токов и оценки величины емкости был создан информационно-измерительный комплекс (ИИК) на базе импульсного источника питания , задающего генератора, ЭВМ , цветного дисплея, принтера , трех быстродействующих АДП, генератора синхроимпульсов • и контроллера . Для проведения электрохимических измерений использовалась трехэлектродная электрохимическая ячейка . В качестве электрода сравнения использовался стандартный платиновый электрод.

Параметры , полученные с помощью ИИК , для некоторых электролитов пргдетавленны в таблице № 2 и на рисунках 6,7 . При образовании качественных оксидных покрытий на алюминии и его

1Ь

сплавах активное сопротивление растет (графики 1-4); при разрушении покрытая оно уменьшается (график 6 )(в растворе ЫагСОз-вО г/л), и при образовании пористых покрытий меняется слабо (график 5).

Таблица № 2.

Га состав электролита кони. ,г/л Сдс,мФ /СМ2 inR«,Ом/см2 I-a

I NaOH;Na2SiOj;SiC I5;80;I0 0,66 1,2 0,23

2 NazSiO^SiC 9,2 0,42 1,9 0,31

з NaAI02;K0H;Na2Coj; ИагСггОт 5;5;30;2 0,54 0,4 0,56

4 NajP04*12H20; Na2B4O7*l0H2O;CaWO4 20;10;3 0,47 1.7 0,00

5 Na?Si03 120 0,35 1,4 0,84

б Na0H;T3A;Na2Si03; SiC; I5;20;100 » 15 0,31 3,7 0,36

7 NaOH;T3A;SiC; NaaSiOj 20;40;10; 30 0,28 3,3 0,44

UU.Dx/c«1 C.«f/cS

Ркс. б.Зависимость активного Рис.7.3авнсимость емкости двой-сопротивленкя от времени для ньи электрических слоев от врс-

злектролитоз (табл. I): 1 -7;2-4; нени для элгхтролитсв(таблЛ):

3-5;4-1 ;5-6. б-Ма2С03-80 г/л. 1 -1; 2-3; 3-4; 4-2; 5-5.

Разработка способа и технологии упрочнения деталей текстильного оборудования.

При разработке технологии ставилась задача получения износостойких с низкой шероховатостью оксидных покрытий для упрочнения прядильных камер пневмопрядильных машин и получения качественной пряжи.

Для получения оксидного покрытия с низкой шероховатостью процесс МДО осуществляется в импульсном режиме с частотой следования импульсов напряжения 50 Гц при соотношении амплитуд анодного и катодного тока 1,06-2,0 . Длительность отрицательных и положительных импульсов прямоугольной формы - 100-300 мкс , а пауза между ними составляет 100-300 мкс, температура электролита 15-30°С , плотность активного анодного тока в пределах (60-237 А/дм1.

Малые значения длительности импульсов обеспечивают низкую шероховатость покрытия (табл1).

Катодный импульс позволяет получить покрытие с определенной пористостью , которая может быть заполнена различными материалами , придающими покрытию функциональные свойства (уменьшение коэффициента трения, увеличение износостойкости , электропроводность оксидного покрытия).

Оптимальные концентрации компонентов электролита и свойства покрытий представлены в таблице № 3 .

Таблица 3.

N NаУ ЫагВр, ■ ЫагНРО^* Я,50, коэф. шерохова- износ

г\л •10 НгО 12Н20 г\л ТР- тость

г\л г г\л Иа.мкм

1 40 30 40 . 20 1,2 0,28 6,7

2 12 32 42 20 0,30 6,6 -

3 15 35 .45 22 1,2 0,30 6,6

Введение в поры полимерного материала приводит к дальнейшему увеличению износостойкости покрытия ( в 10 раз ) и уменьшению коэффициента трения до 0,06 .

Испытания роторов с оксидным покрытием на ряде хлопчатобумажных комбинатов показали положительный результат ( акты прилагаются ) и возможность увеличения ресурса работы детали в 2 раза.

Для снятия статического электричества был разработан способ получения проводящего металл-оксидного покрытия с низким коэффициентом трения (коэффициент трения 0,07 , шероховатость 1*3=0,74- !,|мкм.).

Разработанный технологический процесс нанесения оксидных покрытий на прядильные камеры включает в себя следующие операции: оксидирование микролуговое->промывка в холодной ¡юде->сушка .

Установка для реализации МДО включает в себя источник питания "КОРУНД" ванну оксидирования , ванну для приготовления электролита , ванну промывки и систему крепления деталей . Разработана контрукторская и технологическая документация по установке.

Созданная установка "КОРУНД" для реализации данной технологии имеет производительность 70 штук прядильных камер в сутки.

ВЫВОДЫ.

1. Выявлены физико-химические закономерности и область протекания процесса образования слоистых оксидных покрытий , обладающих низкой шероховатостью (Яа^О.З мкм) и высокой износостойкостью (увеличение в 6-7 раз) и позволяющих увеличить ресурс работы трущихся деталей текстильного оборудования в 2 раза.

2. Установлено , что процесс образования оксидного покрытия с низкой шероховатостью происходит при импульсных режимах поляризующего напряжения с малым значением длительности импульса при условии , что скорость процесса контролируется доставкой ионов к поверхности обрабатываемого образца . Для этих условий развита диффузионная модель образования оксидного покрытия.

3. Показано , что при образовании слоистого оксидного покрытия малой толщины с широкими порами происходит процесс проникновения кислорода в слой металла на глубину до 200 мкм ; толщина оксидного слоя увеличивается с увеличением времени процесса .

4. Показано , что при образовании слоистого оксидного покрытия с узкими порами , толщина покрытия зависит от соотношения концентрации ионов металла и пщроксид-ионов , что важно для выбора состава электролита при получении покрытая с низкой

шероховатостью , причем при избьпке анионов в растворе толщина покрытия изменяется пропорционально корню квадратному от времени (рис.4а) ; при избьпке катионов - толщина покрытия растет с увеличением времени процесса , и объемной концентрации анионов (рис.4б). С увеличением поверхностной концентрации анионов толщина покрьпия уменьшается (рис.4в).

5. Разработана параметрическая модель импульсного сильноточного микроплазменного процесса , связывающая удельное активное сопротивление границы раздела металл-раствор и удельную емкость. Она позволяет рассчитать суммарный ток , выявить форму тока и поляризационные зависимости при различных формах поляризующего напряжения без изготовления источника питания.

6.Впервые разработан метод измерения параметров микроплазмепных процессов в импульсном режиме. Для измерения параметров микрошшзменных процессов был создан информационно-измерительный комплекс • , позволяющий определить активную и оценить емкостную составляющие тока (см. рис. 7 ). По значениям активного и емкостного токов определяются удельное активное сопротивление и удельная е: кость.

7. С помощью ИИК впервые определены электрохимические параметры микроплазмепных процессов в растворах электролитов при импульсных .режимах. При образовании качественных оксидных покрытий на алюминии и его сплавах активное сопротивление растет . При разрушении покрытия оно уменьшается и при образовании пористых покрытий меняется слабо . Получены экспериментальные зависимости величины емкости электрических слоев от времени обработки и от концентрации электролитов. Установлений., что при времрии электролиза более 500 секунд величина удельной емкости остается постоянной.

8. Разработан способ получения оксидного и полимер-, металл-оксидного покрытий с низкой шероховатостью . Процесс ведется в импульсном режиме при длительности импульсов 100-300 мкс'. , плотности активного анодного тока в пределах 160-237 А1дмг в электролите содержащем (г/л): ЬГаР -10-15 ; ЫагВ^ЮШО -30-35 ; ЫагНРО-ИгШО -40-45; НзВОз-20-22. Полученное при этих условиях покрытие повышает износостойкость основы в 6-7 раз, шероховатость покрытия составляет 0,3 мкм, коэффнцинт трения 1,2. Введение в поры полимерного материала приводит к увеличению износостойкости

покрытия в 10 раз и уменьшению коэффициента трения до 0,06. Получено металл-оксидное покрытие. На основе предложенного способа разработана технология упрочнения деталей текстильного оборудования.

8. Создана установка "КОРУНД" на основе разработанных способа и технологии с производительностью 30 тыс. деталей в год. Установка "КОРУНД" и технология по упрочнению прядильных камер пневмопрядильных машин внедрены на 20 хлопчато-бумажных комбинатах России и СНГ, акты прилагаются.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях.

1.Мамаев А. И. , Рамазанова Ж. М., Выборнова С. Н. Параметрическая модель получения слоистой керамики в растворах электролитов . //Тез. докл. конференции "Керамика в народном хозяйстве" /7-8 декабря г. Ярославль, с.81.

2. Мамаев А. И.,Рамазанова Ж. М. Микроплазменные процессы в растворах электролитов .Обзор./ Республ. инж. -техн. центр. Томск 1994.-31с.: 10 ил.-Библиогр 23 назв.-Рус.-Депл ВИНИТИ 05.-9.94 №2152-В94

3. Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М., Выборнова С.Н. Моделирование сильноточных процессов в растворах электролитов./ Республ. шгж. -техн. центр. Томск 1994.-29с.:22 ил.-Библиогр 5 назв,-Рус.-Деп.в ВИНИТИ 05.-9.94 ЛИ 151-В94

4. Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М., Еремин А. В. Полимерно-керамические покрытия на деталях текстильной промышленности. //Тез. докл. Респ. научно -техн. семинара.Анод 88 Казань 1988, с.169 .

5. Мамаев А. И..Рамазанова Ж. М. Керамические покрытия на деталях из сплавов алюминия, применяемых в текстильной промышленности./ Республ. инж. -техн. центр. Томск 1994.-31с.: 10 ил.-Библиогр 23 назв.-Рус.-Деп.в ВИНИТИ 05.12.94 №2775-В94

6.Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М. Сильноточные процессы в растворах электролитов. //Гез. докл. 3 Всесоюзн. конф. По электрохимическим методам анализа.-Томск 1989 ,с.139.

7.Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М., Еремин А. В. Исследование процесса нанесения композиционных полимерно-керамических покрытий на детали текстильного оборудования. II Тездокл.семин. Применение газотерм.и плазмохим. методов в техн. противокоррознон. защиты . Москва, ноябрь, 1990г.-Черкассы 1990-С.20.

в.Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М. Упрочнение деталей текстильной промышленности путем нанесения слоистой керамики в растворах электролитов. //Гез докл.науч.-техн.конф."Керамика в народном хозяйстве", Ярославль .6-9 декабря 1994 г.Москва 1994.С.79. 9.Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М., Выборнова С.Н. Параметрическая модель получения слоистой керамики в растворах электролитов. II там жес.80.

Ю.Мамаеи А. И„ Рамазанова Ж. М. Упрочняющие композиционные метадл-керамические покрытия на алюминии ы ею сплавах . //Гез докл.9-го отраслевого совещания "Проблемы и перспективы развития Томского нефтехимического комбнната",Томск,1995.с.Ю9. 11 .Мамаев А. И. , Рамазанова Ж. М. , Бутягин П. И. , Выборнова С. Н., Савельев Ю. А. , Днмаки В. А. , Виклов В. Ю. Информационно-измерительный комплекс для определения параметров микроплазменных процессов в растворах. Защита металлов , 1996 , т. 32 ,№2, с. 203-207.

12.Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М. Технологии нанесения керамических покрытий в микроплазменном режиме. //Гездокл.6 межцунар. конф. "Радиационные гетерогенные процессы", Кемерово, 29мая-1 июня 1995г.с.173.

13.Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М. Электролит для искрового анодирования. /Патент РФ №2008369, МКИ С 25 Д 11 /02, Б.И. № 4 , 28.02.94.

14. Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М., Савельев Ю. А., Бугагин П. И. Способ нанесения покрытия на вентильные металлы и их сплавы. /Заявка №93044630 от 14.09.93.

!5.Мамаев А. И., Рамазанова Ж. М., Савельев Ю. А. Способ нанесения покрытия./Патент РФ 2046157 ,МКИ С25Д 11/18, Б.И.МЬ29, 20.10.1995 г.