tehnologia de obținere a acoperirilor nanostructurate durificate prin ...

Download tehnologia de obținere a acoperirilor nanostructurate durificate prin ...

Post on 02-Feb-2017

218 views

Category:

Documents

5 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • ACADEMIA DE TIINE A MOLDOVEI

    INSTITUTUL DE FIZIC APLICAT

    Cu titlu de manuscris

    CZU 621.9.048.4

    IURCENCO Evghenii Vladimir

    TEHNOLOGIA DE OBINERE A ACOPERIRILOR

    NANOSTRUCTURATE DURIFICATE PRIN SCNTEI

    ELECTRICE PE ALIAJE DE ALUMINIU I UTILIZAREA LOR N

    RESTAURAREA I REPARAREA PIESELOR DE MAINI

    251.03 Tehnologii electrofizice i ingineria suprafeelor

    Autoreferatul tezei de doctor n tiine tehnice

    CHIINU, 2016

  • 2

    Teza a fost elaborat n cadrul Institutului de Fizic Aplicat.

    Conductor tiinific:

    DICUSAR Alexandr Ivan, membru corespendent AM, doctor habilitat n tiine chimice,

    profesor universitar

    Refereni oficiali:

    1. TOPALA Pavel, doctor habilitat in tehnica, professor universar.

    2. CORNEICIUC Nicolae, doctor in tehnica conferentiar universar.

    Componena Consiliului tiinific Specializat:

    1.STOICEV Petru, presedinte, doctor habilitat in tehnica, profesor universar

    2.naru Natalia, secretar stiintific, doctor in chimie, conferentiar cercetator

    3.BOLOGA Mircea, doctor habilitat in tehnica, profesor universar,academician

    4.GOLOGAN Viorel, doctor habilitat in tehnica, profesor universar

    5.MIHAILOV Valentin, doctor in tehnica, conferentiar cercetator

    6.PARAMONOV Anatolii, doctor in tehnica

    Susinerea va avea loc la 25 octombrie 2016, ora 11:00, n cadrul edinei Consiliului

    tiinific specializat D 02.251.03 din cadrul Institutului de Fizic Aplicat, Republica Moldova,

    mun. Chiinu, MD-2028, str. Academiei 5, biroul 109.

    Teza de doctor i autoreferatul pot fi la Biblioteca tiinific Central Andrei Lupan (Republica

    Moldova, mun. Chiinu, MD-2028, str.Academiei 5) i la pagina web N (www.cnaa.md).

    Autoreferatul a fost expediat la 24.09.2016

    Secretar tiinific al Consiliului tiinific Specializat:

    Doctor in chimie

    Conferentiar cercetator Tintaru Natalia

    Conductor tiinific: _____________________ Dicusar Alexandr

    membru corespondent AM, doctor habilitat

    n tiine chimice, professor universitar

    Autor: ____________________ Iurcenco Evgheni

    IURCENCO Evgheni 2016

  • 3

    REPERELE CONCEPTUALE ALE CERCETRII

    Actualitatea lucrrii. mbuntirea i creterea competitivitii produciei industriei

    constructoare de maini necesit aplicarea unor procese tehnologice noi, ce permit sporirea

    durabilitii i fiabilitii echipamentului n condiii tot mai stricte privind cerinele fa de

    caracteristicile de exploatare ale pieselor. Prin urmare, n condiiile moderne, cnd resursele

    financiare i materiale ale companiilor sunt extrem de limitate, recondiionarea pieselor uzate

    simultan cu creterea durabilitii este deosebit de important.

    O soluie la problema mbuntirii caracteristicilor de funcionare a pieselor de maini este

    utilizarea aliajelor de aluminiu. n particular, n ultimii zece ani, n construcia de maini agricole,

    utilizarea aliajelor de aluminiu a crescut de mai mult de trei ori. Extinderea utilizrii n continuare a

    aliajelor de aluminiu este constrns de rezistena redus la uzur a suprafeelor de lucru, ce nu le

    permit acestora s asigure durabilitatea necesar.

    Pentru a mbunti durabilitatea lor este necesar ca pe suprafeele uzate s se creeze

    straturi de durificare cu proprieti fizico-mecanice dorite. n prezent, cele mai frecvente procedee

    utilizate la recondiionarea suprafeelor uzate ale pieselor de aluminiu sunt diferite tipuri de

    procedee de recondiionare prin sudare i de ncrcare prin sudare. Cu toate acestea, la utilizarea

    procedeelor de recondiionare prin sudare i de ncrcare prin sudare ctre pies este transmis o

    cantitate mare de cldur, ceea ce duce la deformri i necesitatea unei prelucrri ulterioare. Mai

    mult dect att, n cazul n care utilizm repararea prin aceste procedee, rezistena la uzur a

    suprafeelor recondiionate nu se mrete.

    Din ce n ce mai frecvent, n ultimul timp, atunci cnd se recondiioneaz dimensiunile

    pieselor uzate se utilizeaz alierea prin scntei electrice (ASE), ce permite obinerea acoperirilor cu

    rezisten nalt la uzur. ns recondiionarea pieselor de aluminiu cu ajutorul ASE este insuficient

    studiat, i prin urmare, n elaborarea tehnologiei de recondiionare a pieselor apar probleme.

    Cercetrile preliminare arat c o soluie a problemei ASE a pieselor din aliaje de aluminiu aplicat

    la recondiionare i reparare este utilizarea electrozilor-scul, care reprezint un amestec mecanic al

    matricei refractare i componentei fuzibile.

    Scopul lucrrii: stabilirea legitilor de formare a acoperirilor rezistente la uzur pe

    piesele din aliaje de aluminiu pentru recondiionarea suprafeelor uzate cu ajutorul electrozilor ASE,

    care reprezint un amestec mecanic a componentei fuzibile i matricei refractare i pe aceast baz

    elaborarea tehnologiei de recondiionare a suprafeelor uzate.

    Obiectivele de cercetare:

  • 4

    1. Evidenierea legitilor de formare a acoperirilor pe suprafeele din aliaje de aluminiu n

    funcie de parametrii de prelucrare cu scntei electrice.

    2. Examinarea particularitilor de formare a stratului superficial (depunerea unui strat cu

    grosime determinat sau modificarea suprafeei) cu electrozii, care reprezint un amestec mecanic a

    componentei fuzibile i matricei refractare.

    3. Studierea caracteristicilor fizico-mecanice ale stratului superificial a aliajelor din

    aluminiu n cadrul procesului ASE executat n mod manual i mecanizat.

    4. Studierea macro- i microstructurii, compoziiei fazei i compoziiei chimice a

    acoperirilor i electrozilor n funcie de parametrii ASE.

    5. Determinarea (n calitate de metod de caracterizare a proprietilor acoperirilor)

    caracteristicilor tribologice ale acoperirilor obinute pe aliajele de aluminiu cu ajutorul ASE, n

    condiii diferite de frecare de alunecare, n diferite medii.

    6. Elaborarea proceselor tehnologice optimale pentru depunerea materialelor rezistente la

    uzur la recondiionarea pieselor din aliaje de aluminiu simultan cu durificarea.

    Noutatea tiinific:

    S-a constatat c n condiii de aliere prin scntei electrice cu electrodul-scul, care

    reprezint un amestec mecanic al componentei fuzibile n matricea refractar (Al-Sn, Al-Pb)

    acoperirile obinute conin micro- i nanofibre a componentei fuzibile. Un asemenea proces poate fi

    considerat un analog al metodei de electrofilare pentru obinerea nanomaterialelor [1].

    Problema tiinific soluionat:

    S-a demonstrat c prin utilizarea procedeului de aliere cu scntei electrice cu ajutorul

    electrodului-scul din aliaj de Al-Sn are loc formarea straturilor cu o anumit grosime (spre

    deosebire de procesul de aliere cu aluminiu pur), ce permite utilizarea ASE cu electrodul-scul de

    acest tip la efectuarea procesului de reparare i recondiionare a pieselor din aliaje de aluminiu.

    Valoarea aplicativ a lucrrii:

    - au fost determinai parametrii tehnologici de baz ai procesului ASE a suprafeelor de

    aluminiu, ce permit obinerea unei rezistene nalte la uzur, i pe aceast baz a fost

    elaborat tehnologia de reparare i recondiionare a pieselor de aluminiu.

    - au fost identificate regimurile de recondiionare a suprafeelor pieselor de aluminiu: energia

    impulsului n intervalul 1.583.16 J, durata impulsului 5001000 s, amplitudinea

    curentului 175 A la un diametru al electrodului compact de 4-6 mm, frecvena impulsurilor

    50100 Hz, viteza de deplasare a electrodului-scul n intervalul de valori 0.21.5 mm/s.

    - pentru obinerea acoperirilor cu grosime crescut la recondiionarea suprafeelor uzate ale

    pieselor de aluminiu se propune utilizarea tehnologiei straturilor-barier. Cel mai efectiv

  • 5

    strat-barier pentru piesele din aluminiu se produce cu utilizarea electrozilor din aliaj de

    Al-Ni.

    Fiabilitatea rezultatelor cercetrii

    Fiabilitatea rezultatelor obinute se bazeaz pe utilizarea metodelor de cercetare fizico-

    chimice moderne, i se confirm prin absena rezultatelor contradictorii cu datele din literatura de

    specialitate i prin reproductibilitatea datelor experimentale obinute n limita preciziei stabilite a

    metodelor utilizate. Concluziile efectuate n baza rezultatelor obinute, precum i rezultatele

    tiinifice naintate spre susinere sunt argumentate i au fost aprobate n cadrul conferinelor

    tiinifice, precum i prin publicarea materialelor n jurnalele recenzate.

    Contribuia personal a autorului

    La momentul derulrii lucrrii autorul era executor al unui numr de teme de cercetare, i

    de asemenea, conductor tiinific al tezelor de licen, principalele rezultate ale crora au fost

    introduse n lucrarea de doctorat. Autorul mpreun cu conductorul tiinific a stabilit scopul i

    obiectivele de cercetare, a efectuat o analiz critic a datelor publicate la tema tezei. Rezultatele

    experimentale, precum i generalizrile teoretice, prezentate n lucrare, sunt efectuate n cadrul

    proiectului IFA al AM 11.817.05.05. Metode electro-fizico-chimice de obinere i prelucrare a

    materialelor noi i acoperirilor, cu proprieti funcionale mbuntite i temei proiectului

    Universitii de stat nistrene Taras evcenko Elaborarea metodelor de obinere i prelucrare a

    nanomaterialelor i structurilor cu proprieti funcionale mbuntite sub conducerea

    conductorului tiinific sau personal de ctre autor, precum i cu participarea co-autorilor

    publicaiilor.

    Rezultatele tiinifice naintate spre susinere:

    - au fost stabilite legturile dintre compoziiile electrozilor, regimurile de prelucrare i

    proprietile suprafeelor aliajelor de aluminiu, sub aciunea ASE, i formarea micro- i nanofibrelor

    n acoperiri.

    - tehnologiile de obinere a acoperirilor pe aliajele de aluminiu cu utilizarea efectului de

    modificare a suprafeei i obinerea acoperirilor cu strat de adugare n condiii ASE prin depunerea

    mecanizat a acoperirilor;

    - recomandri cu privire la procesul de aplicare a ASE pentru recondiionarea suprafeelor

    de aluminiu uzate, care includ modul de selectare a regimurilor, compoziiei chimice a electrodului

    i vitezei de prelucrare;

    - bazele tehnologiei de recondiionare i reparare a locurilor de montare de sub rulmeni n

    piesele din aliaje de aluminiu, i de asemenea, pregtirea n condiii de reparare a pieselor de

    aluminiu pentru sudare.

  • 6

    Aprobarea rezultatelor lucrrii s-a efectuat prin:

    - publicarea rezultatelor de cercetare n reviste recenzate;

    - rapoarte i discutarea rezultatelor la urmtoarele conferine, inclusiv internaionale:

    - III -

    -

    . 15-17 2010 .;

    - International Conference on Nanotechnologes and Biomedical Engineering German-

    Moldova Worksnop on Nomel Nanomaterials for Electronic, Photonic and Biomedical

    Applications Proceedings Chisinau, Moldova April 18-20, 2013;

    - : IV "

    - "

    - V "

    ". 16-20 2013 . , ;

    - BALTTRIB 2013. VII International Scientific Conference 14-15 November 2013 ;

    - IX -

    11-12 2013 . ;

    - MSCMP 2014 (, , 16-19

    2014 .), 7th International Conference on Materials Science and Cndensed

    Matter Physics. Chisinau, Moldova. September 16-19, 2014.

    - 3rd International Conference on Nanotechnologies and Biomedical Engineering/

    ICNBME- 2015, September 23-26, 2015, Chisinau, Republic of Moldova

    - -

    .

    .. . 11-13

    2015.

    Implementarea rezultatelor. Tehnologia elaborat pentru recondiionarea locului de

    montare de sub rulmeni n piesele din aliaje de aluminiu cu ajutorul ASE este implementat la

    uzinele SRLMoldaizolit RiO Filiala or. Tiraspol i SRL Torgovi proekt din or. Tiraspol.

    Tehnologia elaborat pentru repararea miezurilor tubulare ale radiatoarelor de aluminiu pentru

    motoarele autotractoarelor, cu ajutorul prelucrrii combinate prin ASE i sudurii la temperaturi

    joase este acceptat pentru a fi implementat la uzina SRL Torgovi proekt din or. Tiraspol.

    Rezultatele obinute au fost utilizate la pregtirea proiectului european Oil&Sugar, GA 295202,

    precum i n procesul de nvmnt la pregtirea tezelor de master i licen la Universitatea de stat

    nistrean Taras evcenko.

  • 7

    Publicaii. n baza materialelor tezei de doctor au fost publicate optsprezece lucrri

    tiinifice. Dintre acestea nou sunt articole (patru n reviste recenzate conform listei CNAA); apte

    teze la conferin; dou brevete, care confirm c rezultatele lucrrii sunt aplicative.

    Volumul i structura lucrrii. Lucrarea de disertaie este scris n limba rus, const din

    introducere, 5 capitole, concluzii generale, recomandri i bibliografie. Lucrarea conine 135 pagini

    de text, 51 figuri, 29 tabele, bibliografia care include 178 de referine.

    Cuvinte cheie. Prelucrarea prin scntei electrice, alierea prin scntei electrice, aluminiu,

    nanostructurare, rezisten la uzur, micro- i nanofibre de oxid de staniu, oxid de aluminiu.

    CONINUTUL LUCRRII

    Introducere

    n introducere este argumentat actualitatea problemei cercetate, se descrie noutatea

    tiinific i semnificaia practic a lucrrii, sunt formulate scopul, obiectivele de cercetare i

    principalele rezultate naintate spre susinere.

    Capitolul 1. Analiza situaiei n domeniul tehnologiei de obinere a acoperirilor prin

    scntei electrice pe aliaje de aluminiu i utilizarea acestora n recondiionarea organelor de

    maini.

    Capitolul prezint o trecere n revist analitic a lucrrilor publicate anterior, dedicat

    formrii structurilor i proprietilor suprafeelor, obinute cu ajutorul ASE. Se analizeaz succint

    modelele fizice ale procesului, existente n prezent (. . i . . ; ..

    ; . . ; . . i . . .a.). Este examinat n detaliu

    mecanismul de formare a acoperirilor pe suprafeele prelucrate cu ASE. O caracteristic a alierii

    prin scntei electrice a suprafeelor de aluminiu, cu electrozi compaci din aluminiu pur este

    incapacitatea de a obine acoperiri datorit eroziunii mari a catodului, care nu permite de a obine

    acoperiri de calitate cu grosimea necesar [2]. Sunt analizate noi tehnologii ASE cu utilizarea

    impulsului de mrime variabil [3], electrozilor-scule cu: structur heterofaz i electrodepunerea

    pulberilor [4], electrozilor-scul de ungere pentru etanare, realizai inclusiv cu utilizarea

    tehnologiei de presare izostatic uscat [5], electrozilor-scul obinui cu ajutorul sintezei prin auto-

    propagare la temperaturi nalte i adaosurilor nanocristaline modificate [6,7]. Rezultatele utilizrii

    acestora pentru ASE a pieselor din aliaje de aluminiu lipsesc, sau sunt foarte rare. Sunt analizate

    particularitile de formare a nanostructurilor n condiii de ASE i influena acestora asupra

    proprietilor acoperirilor obinute [7,8].

  • 8

    Capitolul 2. Particularitile metodice ale tehnologiei de obinere, cercetare a

    componenei i proprietilor acoperirilo...