'
Садофьев А.В.
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ПЛАЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ ОКСИДИРОВАНИИ *
Аннотация:
в работе рассмотрены химические процессы, протекающие при плазменном электролитическом оксидировании, описана структура формируемого слоя, рассмотрены фазовые переходы.
Ключевые слова:
оксидирование, оксидный слой, корунд, электролит, фазовые переходы
УДК 54
Садофьев А.В.
канд. техн. наук, начальник отдела оборудования и инфраструктуры
Филиал АО «Объединённая двигателестроительная корпорация»
Научно-исследовательский институт технологии и организации
производства двигателей (Филиал АО «ОДК» «НИИД»)
(г. Москва, Россия)
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,
ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ПЛАЗМЕННО-
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ ОКСИДИРОВАНИИ
Аннотация: в работе рассмотрены химические процессы, протекающие при плазменном электролитическом оксидировании, описана структура формируемого слоя, рассмотрены фазовые переходы.
Ключевые слова: оксидирование, оксидный слой, корунд, электролит, фазовые переходы.
Повышение эксплуатационных характеристик деталей машин является основной задачей машиностроения. Состояние поверхности является определяющим фактором повышения долговечности деталей машин. Перспективным методом модификации поверхности является плазменно-электролитическое оксидирование (ПЭЛО) в результате на поверхности деталей можно создать оксидные слои, при этом не хватает информации о химических процессах протекающих при создании этих слоев.
Формируемый слой представляет собой многослойную структуру [1]. К металлу примыкает так называемый барьерный слой, состоящий из a‑Al2O3 (корунда), он характеризуется большой плотностью, далее располагается рабочий слой (пористый). Этот слой пронизан сквозными порами, начиная с поверхности и до барьерного слоя, Его состав меняется, так у барьерного слоя он состоит из a‑Al2O3 (корунда), который плавно переходит в g‑ Al2O3 (глинозем). На поверхности находится шуба – очень рыхлый слой, состоящий из 3Al2O3´2SiO2 (муллита) (рис.1).
Рис. 1. Вид формируемого слоя:
1 – барьерный слой, 2 – рабочий слой, 3 – рыхлый слой.
Начальная стадия оксидирования. Процесс образования керамического слоя можно разделить на несколько стадий.
Стадия образование барьерного слоя. – Это электрохимическое оксидирование, в результате которого вся деталь покрывается оксидным слоем. Стадия увеличения оксидного слоя. Стадия формирование рабочего слоя.
Электрохимическое образование оксида алюминия начинается с ионизации алюминия и кислорода
Al ® Al3+ + 3e,
H2O ® 2H + + O2- и ОН - ® Н - + О2-
Образование оксида алюминия
2Al3+ + 3O2- ® Al2O3
Значительная часть энергии уходит через электрический разряд на разогрев и плавление стенок канала. Через барьерный слой в зону химических реакций осуществляется движение кислорода за счет диффузии и под влиянием электрического поля.
Поскольку граница зерна представляет собой область не совершенства решеток и разупорядочения, что в свою очередь порождает ускоренную диффузию, коэффициент диффузии по границам зерен может на 5…6 порядков превышать коэффициент объемной диффузии, это говорит о возможности диффузии, по границам зерен, необходимого количества ионов кислорода практически через весь оксидный слой.
Высокотемпературная модификация a‑Al2O3 (корунд) образуется при высоких температурах из g‑Al2O3 (глинозема)
g‑Al2O3 ® (900 – 1200 °С) a‑Al2O3
Причем при обычном давлении переход не обратим (монотропен). Стабильную a‑фазу можно расплавить при температуре плавления T’пл (рис.2), при медленном охлаждении расплава она при той же температуре вновь будет кристаллизоваться из расплава.
Рис. 2. Диаграмма р‑Т для монотропного превращения [2].
Если расплав охлаждается достаточно быстро, то из расплава при температуре плавления Т’’пл будет выделяться метастабильная g‑фаза. Непосредственно переход из a‑фазы в g‑фазу без плавления невозможен. Схематично это можно выразить следующим образом:
Вероятность фиксирования полиморфных форм в метастабильном состоянии зависит от скорости охлаждения, она возрастает с увеличением скорости охлаждения, и от механизма структурных превращений при полиморфных переходах.
Возможно в поверхностном слое происходит резкое охлаждение расплава за счет непосредственного контакта с электролитом и образование исключительно g‑фазы, так как a‑фаза преимущественно располагается у основы.
Таким образом, образование оксида алюминия проходит как обычный электрохимический процесс. Диффузионные процессы обеспечивают формирования оксида алюминия. Электрические разряды способствуют формированию высокотемпературной полиморфной модификации оксида алюминия a‑Al2O3 (корунд). В зависимости от достигнутой температуры и последующей скорости охлаждения создается оксидный слой разного химического состава.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Sadofyev A.V.
Candidate of Technical Sciences, Head of the Equipment and Infrastructure
Department Branch of JSC United Engine Corporation Scientific
Research Institute of Technology and Organization of Engine Production
(Moscow, Russia)
CHEMICAL PROCESSES OCCURRING DURING
PLASMA-ELECTROLYTIC OXIDATION
Abstract: the paper considers the chemical processes occurring during plasma electrolytic oxidation, describes the structure of the formed layer, and considers phase transitions.
Keywords: oxidation, oxide layer, corundum, electrolyte, phase transitions.
Номер журнала Вестник науки №9 (78) том 3
Ссылка для цитирования:
Садофьев А.В. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ПЛАЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ ОКСИДИРОВАНИИ // Вестник науки №9 (78) том 3. С. 523 - 527. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/17336 (дата обращения: 09.11.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+
*