tehnologia de obinere a acoperirilor nanostructurate durificate prin ...

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

Post on 02-Feb-2017

218 views

Category:

Documents

5 download

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 acoperirilor prin scntei electrice. Echipament si materiale. Seciunea 2.1 conine parametrii instalaiilor care au fost utilizai pentru ASE, precum i parametrii instalaiei experimentale special elaborat pentru aplicarea mecanizat a acoperirilor. Seciunea 2.2 prezint tehnologii de obinere a electrozilor-scule (ES) i mostre tehnologice pentru ncercri. ES din aliaj de Al-Sn au fost turnai att n maina centrifug, ct i n cochila, realizat n conformitate cu utilajul special fabricat. Topirea s-a efectuat n cuptorul cu inducie VCI-10U conform tehnologiei standard cu utilizarea ligaturilor. Probele au fost preparate prin frezare, din foaia de aliaj D1 (GOST 4784). Seciunea 2.3 cuprinde o discuie n detaliu asupra tehnologiei de depunere prin scntei electrice a acoperirilor cu ajutorul dispozitivului ALIER-31 acionat att manual, ct i mecanizat, n diferite medii (aer, argon). Au fost utilizate diferite metode de depunere a acoperirilor: cu un numr constant de straturi depuse i o vitez variabil de micare a ES n raport cu proba, i o valoare constant a sarcinii transmise datorit meninerii timpului de prelucrare a probei constant, precum i, prin utilizarea unei viteze variabile de deplasare a ES. Seciunea 2.4 conine metode de cercetare a proprietilor suprafeei probelor. Suprafaa probelor (pn la i dup prelucrare) a fost studiat cu ajutorul microscopului electronic cu scanare pentru determinarea morfologiei i compoziiei chimice elementale (microscopul electronic cu scanare TESCAN cu dispozitiv pentru analiza elemental a suprafeei INCA Energy EDX (Oxford, Marea Britanie)). Epruvete lefuite din electrodul-scul i acoperiri ale probelor au fost supuse unei analize metalografice, cu ajutorul microscopului metalografic MIM10 la diferite mriri. Pentru a determina compoziia de faz a acoperirilor i ES a fost efectuat analiza roentgen cu ajutorul instalaiei DRON UM1 (FeK - radiaia, Mn filtru, /2 - metoda). Rugozitatea suprafeei probelor Ra i profilului ei au fost determinate cu ajutorul profilometrului Surtronic, Taylor Hobson, GB Marea Britanie. Cercetarea microduritii acoperirilor a fost efectuat cu ajutorul microdurimetrului de tip PMT 3, cu utilizarea unei tehnici mbuntite de fixare a dimensiunii amprentelor de microduritate . Seciunea 2.5 conine metodologia pentru ncercri tribologice ale acoperirilor probelor. Testarea la uzur a acoperirilor obinute a fost efectuat la mainile pentru ncercri la uzur: - cu micare de translaie alternativ a probei fa de contracorp (conform metodei utilizate n cadrul Institutului de Fizic Aplicat al AM); 9 - cu micare de rotaie conform schemei block-on-ring (tribometru standard SMC-2, Centru Naional de tribologie, or.Caunas, Lituania). Capitolul 3. Tehnologia de obinere a acoperirilor prin scntei electrice pe aliaje de aluminiu cu electrozi din aliajul Al-Sn. Experimentele cu privire la depunerea acoperirilor din aliaj de Al-Sn(AO20-1) pe aliajul D1 n condiii de aliere manual au artat: - la regimurile de lucru ale instalaiilor, cu utilizarea impulsurilor de energie joas (regimurile 15 Alier-31 cu energia impulsurilor n diapazonul: 0,036 0,798 J i durata impulsului n intervalul 1625 s) acoperiri pe proba din aliajul D1 nu se formeaz. Materialul pulverizat de pe ES ajunge la prob, dar emisia de metal de pe prob depete greutatea adiional a materialului electrodului. Suprafaa probei se modific fr a cauza creterea n grosime a stratului; - la creterea energiei impulsului pn la 3.2 J cantitatea de material transportat de la anod crete de 67 ori, n acelai timp, se mrete greutatea adiional a stratului. La energii relativ mici ale impulsului are loc scderea n greutate a probei, care se mrete odat cu creterea energiei impulsului (domeniul I n Fig. 3.1.). Prin creterea energiei impulsului se observ transferul de material de pe electrod pe suprafaa probei, ce este nsoit de o cretere a greutii acestuia (domeniul II n Fig. 3.1.). Datele experimentale obinute sunt n concordan cu concluziile obinute, n particular, n lucrarea [3] unde se utilizeaz impulsuri cu factor de umplere variabil. Deosebirea const n aceea c, n acest caz, funciile de impulsuri cu factor de umplere variabil efectueaz diferite regimuri de depunere: regimul I valori joase ale energiei impulsului / viteze mari de deplasare ale ES n raport cu proba; regimul II valori mari ale energiei impulsului / viteze mici de deplasare ale ES n raport cu proba. Dup prelucrarea n condiii intensive, morfologia probei reprezint o aglomerare de micro- i nanofibre n matricea de aluminiu (Fig. 3.2). Analiza compoziiei arat c fibrele, practic sunt constituite din dioxid de staniu (Fig. 3.3). 10 Fig.3.1. Dependena schimbrii masei probei (1) i ES (2) de energia impulsului Fig.3.2. Suprafaa unui fragment al probei dup ASE cu energia impulsului de 3,2 J (t=50s )cu ES de Al-Sn n Fig. 3.3. sunt prezentate rezultatele analizei elementale ale unui fragment mare al fibrei, care permit de a efectua o analiz de nalt precizie din care rezult c fibrele sunt n principal constituite din oxid de staniu. Avnd n vedere faptul c, diagrama de stare a Al-Sn la temperaturi mai nalte de temperatura de topire a componentei fuzibile reprezint o faz lichid (Sn), n spaiul intergranular, n condiii de aliere prin scntei electrice datorit forelor ponderomotive picturile componentei fuzibile se extind n micro- i nanofibre, care sunt transferate pe suprafaa prelucrat sub form de oxid de staniu, cnd ASE se efectueaz n aer. Micro- i nanofibrele de staniu sau de oxid de staniu ce se obin n acoperiri (n dependen de mediul de depunere) au rolul de armtur, care permit formarea unui strat la suprafa, spre deosebire, de alierea cu electrodul-scul din Al pur, fr staniu. Fibrele, care s-au format reprezint nuclee din Sn, acoperite cu oxid de staniu, din moment ce calculele arat c coninutul de staniu depete necesarul pentru SnO2, conform stoichiometriei (vezi Fig.3.3). 11 Fig.3.3. Morfologia straturilor superficiale, obinute dup ASE n condiii mecanizate de depunere a acoperirilor (v=0,6 mm/s) cu energia impulsului de 3.2 J (t=1000s). Capitolul 4. Proprietile fizico-mecanice ale stratului superficial din aliaj de aluminiu obinut prin aliere cu scntei electrice utiliznd electrozi din Al-Sn. ncercrile de rezisten la uzur a acoperirilor obinute (main pentru ncercri de frecare cu micare rectilinie alternativ, viteza de deplasare 0,07 m/s, sarcina de 10Mpa n decurs de 10 ore) au artat c uzarea epruvetelor cu astfel de acoperiri este aproximativ de 10 ori mai mic, dect uzura oelului clit (Fig.4.1), din care este fabricat contracorpul. Uzura maximal a probelor din aliajul D1 se observ pentru suprafeele neprelucrate prin alierea cu scntei electrice (Fig.4.1). n acest caz, mrimea uzurii contracorpului este de unu pn la dou ordine de mrime mai mici comparativ cu uzura probei. Rezultatele prezentate n diagrama Fig.4.1 reprezint valorile msurate a uzurii relative: U= U /U unde U uzura corpului pe parcursul ncercrilor (mg), U uzura probei pe parcursul ncercrilor (mg). 12 Se observ clar c pentru U>1, uzura contracorpului depete semnificativ uzura probei, spre deosebire, de cazul cnd U 13 Fig.4.1 Uzura relativ a acoperirilor la ASE n aer (A) i compararea gradului de uzur la prelucrarea n aer (1) i n mediu de argon (2). Cifrele din Fig.A corespund regimurilor de prelucrare a dispozitivului Alier-31. n Fig.4.2 se prezint dependena vitezei de depunere (n mg/s cm2) de viteza de deplasare a ES n raport cu proba. De asemenea, precum n varianta manual, exist 2 soluii ale ASE: prin obinerea stratului pe suprafaa probei (regimul I n Fig.4.2, viteze mici de deplasare a ES n raport cu proba) i modificarea stratului superficial (regimul II n Fig.4.2, viteze mari de deplasare a ES). Trecerea de la regimul I la regimul II este nsoit de o reducere a rugozitii suprafeei. Rezultatele prezentate n Fig. 4.3. cu privire la ncercrile acoperirilor obinute prin ASE, la o depunere mecanizat a acoperirilor (independent de regimul de lucru), n condiii intensive de frecare i uzur, (main pentru ncercri de frecare SMC-2, schema block-on-ring cu sarcina de 1000H, viteza de rotaie a contracorpului n raport cu proba -270 rot/min, timpul sub sarcin 8ore) au artat prezena efectului de uzur excesiv a contracorpului din oel clit n raport cu uzura acoperirii. 4 4 Sn/Al 1 0.01 U AlSn/Al 6 4 6 Al/Al fr ASE dup polizaj 2 1 1 0.01 U 14 Fig.4.2. Dependena vitezei specifice de prelucrare de viteza de deplasare a electrodului-scul n raport cu suprafaa prelucrat Fig.4.3. Rezultatele ncercrilor la uzur a suprafeelor dup prelucrarea prin ASE cu ungere, sub sarcin variabil de durata a 15min la fiecare aplicare a forei: 200, 400, 600, 800, 1000H. O alt imagine se observ atunci cnd ncercrile probelor la uzur se efectueaz fr ungere. Rezistena la uzur a probelor cu acoperiri fr ungere se micoreaz nesemnificativ n comparaie cu probele testate cu ungere, iar uzura contracorpului se micoreaz cu un ordin de mrime. Rezultatele ncercrilor arat c acoperirea din aliaj de Al-Sn demonstreaz o rezisten nalt la uzur i n lipsa ungerii. ns, n acest caz, uzura maximal a contracorpului se observ nu la prelucrarea cu ES din Al-Sn, dar la prelucrarea cu ES din aluminiu pur. Msurrile microduritii pn la i dup ncercrile la uzur, n condiii de frecare uscat, la tribometru SMC-2 au artat schimbri semnificative ale acesteia datorit schimbrii structurii, ca urmare a oxidrii elementelor de suprafa (Al, Sn). Acest fapt se confirm prin creterea microduritii de la HV100 88,33 3,27 kg/mm pn la HV100 304 50 kg/mm. 15 n acest mod, n condiii de frecare relativ moi un rol decisiv vor avea micro- i nanofibrele din SnO2. n condiii dure de ncercri rolul nanofibrelor din SnO2 se niveleaz i un rol determinant n rezistena la uzur l are matricea prelucrat prin ASE. Studiul proprietilor acoperirilor, obinute prin ASE a suprafeelor din aliaj D1 de aluminiu cu electrozi din Al-Pb, de asemenea, au artat o rezisten la uzur anormal (Fig. 4.4), care confirm ipoteza prezenei unor particulariti n proprietile suprafeelor dup ASE nu doar la prelucrarea cu ES din Al-Sn, dar i prelucrarea cu ES care reprezint un amestec mecanic a componentei uor fuzibile ntr-o matrice greu fuzibil. Mai mult dect att, rezultatele prezentate n Fig.4.4., indic c rugozitatea nalt a suprafeelor obinute prin ASE, nu reprezint un factor determinant pentru efectele observate. Cercetrile efectuate privind modificarea compoziiei ES n procesul de ASE, cu ajutorul analizei Roentgen au artat c oxizi de Al, Sn, Cu nu au fost detectai, dei conform analizei elementale oxigenul este prezent. Prin urmare, oxizii sunt n stare amorf (necristalin). n procesul ASE are loc o oxidare intensiv a elementelor, care intr n compoziia electrodului. Cantitatea de oxigen se mrete de la 7 11%, pn la 29 45 %, i anume de 4 ori. n procesul de ASE are loc o mbogire reciproc cu elemente a ES i probei, i anume o parte din elemente se transfer nu doar de pe ES pe prob formnd acoperiri, dar i de pe prob pe ES, formnd structuri secundare. Oxidarea suplimentar a suprafeei ES n procesul de ASE necesit actualizri tehnice periodice a suprafeei ES. Fig.4.4. Dependena coeficientului de uzur a acoperirilor de rugozitatea suprafeei n condiii de frecare uscat. 16 Capitolul 5. Elaborarea tehnologiilor de obinere a acoperirilor pe piese din aliaje de aluminiu prin metoda de aliere cu scntei electrice. Pentru punerea n practic a rezultatelor cercetrii au fost elaborate tehnologia de recondiionare a locaurilor de instalare pentru rulmeni n piese de aluminiu, tehnologia de reparaie a radiatoarelor cu tuburi din aluminiu pentru automobile i tractoare, precum i tehnologia de producere a sculelor pentru prelucrarea abraziv a pieselor. Obiectul selectat pentru reparare sunt capacele generatoarelor electrice i scuturile portlagre ale motoarelor electrice. Pentru recondiionarea locurilor de montare a fost elaborat o tehnologie utiliznd straturile barier (Brevet R.M.N. 458). Cu ajutorul acestei tehnologii au fost recondiionate locurile de montare n capacele generatoarelor electrice i n corpul pompei de ap al automobilului . La repararea radiatoarelor autotractoarelor cu tuburi de aluminiu, datorit prezenei unui strat de oxid pe tuburile de aluminiu i grosimii mici a pereilor (~0,4 m, sudarea este dificil. Este elaborat o nou tehnologie de sudare fr flux a radiatoarelor pentru autotractoare (Brevet R.M.N. 458 ), esena cruia const n distrugerea prealabil a peliculei de oxid cu electrodul din aliaj de Al-Sn(20-1) cu ajutorul ASE, i sudarea ulterioar cu un obinuit ciocan de lipit electric POS-40. Controlul experimental al tuburilor lipite s-a efectuat prin teste de presiune cu aer de 0,9 kg/cm 1,2 kg/cm, care au demonstrat fiabilitatea metodei elaborate. Calculul eficienei economice a tehnologiei elaborate a artat c la un program anual de reparare a 500 de radiatoare se poate face o economie de 27 709 $ pe an. Una din metodele de utilizare a acoperirilor obinute pe piese din aluminiu prin aliere cu scntei electrice o constituie producerea i recondiionarea sculelor abrazive pentru rectificarea pieselor din oel, precum i pentru ascuirea i finisarea sculelor achietoare. n calitate de scule pentru prelucrarea abraziv a pieselor s-a utilizat un disc din aliaj de aluminiu D1 acoperit pe suprafaa de lucru cu un strat abraziv. Pentru depunerea stratului abraziv s-a aplicat metoda de aliere cu scntei electrice cu electrod de prelucrare din aliaj Al-Sn. Cu utilizarea acestei scule e posibil rectificarea suprafeelor pieselor din oel Una din metodele de utilizare a acoperirilor obinute pe piese din aluminiu prin aliere cu scntei electrice o constituie producerea i recondiionarea sculelor abrazive pentru rectificarea pieselor din oel, precum i pentru ascuirea i finisarea sculelor achietoare. n calitate de scule pentru prelucrarea abraziv a pieselor s-a utilizat un disc din aliaj de aluminiu D1 acoperit pe suprafaa de lucru cu un strat abraziv. Pentru depunerea stratului abraziv s-a aplicat metoda de aliere cu scntei electrice cu electrod de prelucrare din aliaj Al-Sn. Cu utilizarea acestei scule e posibil rectificarea suprafeelor pieselor din oel clite pn la duritatea HRC 55 de uniti. 17 CONCLUZII GENERALE I RECOMANDRI 1. A fost stabilit c n condiii de aliere prin scntei electrice, cu aliaje, care reprezint o component mecanic fuzibil, dispersat ntr-un sistem refractar (sisteme de Al-Sn, Al-Pb), poate avea loc formarea a micro- i nanofibrelor pe suprafaa prelucrat, care constau din componenta fuzibil i oxizii acesteia, formate n procesul de transfer de la anod, astfel obinndu-se un nanocompozit, cu o rezisten nalt la uzur [1*]. Metoda propus poate fi considerat ca un analog al metodei de electrofilare pentru obinerea nanofibrelor din aliaje i polimeri sub aciunea cmpului electric. 2. A fost demonstrat c n condiii de frecare, att cu ungere, ct i fr, pe suprafaa acoperirilor, obinute pe aliajele de aluminiu D1 cu ajutorul alierii cu scntei electrice cu electrozi din aliaj de Al-Sn, rezistena la uzur de cteva ori depete rezistena la uzur a oelului clit. A fost stabilit c efectul observat se datoreaz prezenei oxizilor sub form de micro- i nanofibre n acoperiri [3*]. 3. n condiii de aliere prin scntei electrice a fost studiat dependena transferului de mas al electrodului-scul din aliajul AO20-1 de viteza de deplasare n raport cu suprafaa prelucrat. A fost demonstrat c transferul de mas maximal, n condiii de depunere mecanizat a acoperirilor se observ la o vitez mic de deplasare a ES n raport cu proba ( 18 rolul nanofibrelor din SnO2 se niveleaz i un rol determinant n rezistena la uzur l are matricea prelucrat prin ASE. A fost demonstrat c microduritatea acoperirilor la frecare fr ungere n condiii dure de ncercri se mrete datorit schimbrilor n structura acoperirilor cu formarea oxizilor elementelor [7*]. 6. A fost demonstrat c n procesul de aliere prin scntei electrice cu ES de Al-Sn are loc oxidarea suprafeei acestuia i mbogirea ES cu elemente ale electrodului-probei, de aceea se impune necesitatea recondiionrii periodice a suprafeei ES [10*]. 7. A fost investigat posibilitatea obinerii straturilor superficiale cu grosime sporit prin utilizarea tehnologiei acoperirilor multistrat cu aplicarea straturilor barier. n calitate de strat barier, printre aliajele investigate (Al-Zn, Al-Cu, Al-Ni .a.) cele mai bune proprieti le are aliajul Al-Ni, care permite obinerea acoperirilor cu grosime de pn la 0,2 m. n baza rezultatelor cercetrii a fost elaborat tehnologia de recondiionare a formei geometrice a pieselor uzate de aluminiu [9*]. 8. Procesul tehnologic elaborat este implementat n industrie la uzinele R.M.N., precum i n procesul de nvmnt al Institutului de inginerie-tehnic al Universitii de stat nistrene Taras evcenko, or. Tiraspol. * - Referina la lista lucrarilor publicate de autor. REFERINE 1. Nandana Bhardwaj, Subhas C.Kundu, Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique. n : Biotehnology Adwances, 2010, v28, pp.325-347. 19 2. .., .. In: , 1986, 2, .36-41. 3. Ribalko A.V., Sahin O., Korkmaz K. A modified electrospark alloying method for low surface roughness. n :Surface & Coatings Technology, 2009, V 203 P. 35093515. 4. Paustovskii A. V. and oth.. Optimization of the composition, structure, and properties of electrode materials and electrospark coatings for strengthening and reconditioningof metal surfaces. n: Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2013 Volume 49, Issue 1, pp 4-12. 5. .. .., .. . n: , 2002. 4. 6. .. . TiC-Ti3Al2, . n: , 95, 2003, 6, .58-64. 7. Nikolenko S. V. Nanostructuring a steel surface by electrospark treatment with new electrode materials based on tungsten carbide. n: Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2011, Volume 47, Issue 3, pp 217-224. 8. Topala P. ,Ojegov A.,Ursaki V. Nanostructures obtained using electric discharges at atmospheric pressure. n : Nanostructures and Thin Films for Multifunctional Applications, Technology, Proporties and Devices( ed. I.Tiginyanu, P.Topala, V.Ursaki Springer 2016, pp. 43-83. LISTA PUBLICATII Articole: 20 1. Yurchenko V.I., Yurchenko E.V., Fomichev V.M., Baranov S.A., Dikusar A.I. Obtaining of Nanowires in Conditions of Electrodischarge Treatment with an AL-SN Alloy. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2009, Vol 45 (4). . 259-264. 2. .., .., .., .., .., .. , Al-Sn . , 2012. 2. .172-184. 3. Agafii V.I., Yurchenko E.V. , Petrenko V.I., Fomichev V.M., Yurchenko V.I., Dikusar A.I.. Electrospark alloying for deposition on aluminum surface of Al-Sn coatings and their wear resistance under dry friction. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2013. Vol 49 (3). p.1-8. 4. .., .., .. . , 2013. 2. .12-24. 5. .., .. Al-Sn 2013. .113 .354-364. 6. Agafii V.I., Yurchenko E.V., Petrenko V.I., Kupcinskas A., Zunda A., Dikusar A.I. Al-Sn Nanostructured Coatings on Aluminum Surfaces Using Electrospark Alloying and Their Wear Behavior Balttrib 2013. VII International Scientific Conference. Proceedings Kaunas, Lithuania - November 14-15 2013. . 93-99. 7. Yurchenko E. Application of the Strenghening Nanostructured Coatings Obtained at Electrodischarge Treatment by Tool Electrodes Manufacturing from Al-Sn Alloy. Book IFMBE Proceedings Volume 55, 2016, 3rd International Conference on Nanotechnologies and Biomedical Engineering/ ICNBME-2015, September 23-26, 2015, Chisinau, Republic of Moldova p. 105-112. 8. .. - Al-Sn20 . LUCRRI TIINIFICE VOLUMUL 45 INGINERIE AGRAR I TRANSPORT AUTO 2015. .252-255. 9. E. V. Yurchenko, V. I. Yurchenko , I. V. Yakovets, A. I. Dikusar Changes in Composition and Properties of Tool Electrode during Electrospark Alloying with AlSn Alloy. Surface Engineering and Applied Electrochemistry Vol. 52 No. 2 2016 p 157-161. 21 Rezumate i lucrri ale conferinelor: 1. .., .., .., .., .. . III - - . - . 15-17 2010. . 287-290. 2. .., .., .., .., .., .. , - - 2011. . -16-24 2012, 160-171. 3. .. 1 - - 2012. . -16-26 2013, 34-37. 4. Agafii V.I., Yurchenko E.V., Yurchenko V.I., Petrenko V.I., Dikusar A.I. Deposition of Al-Sn Nanostructuring Coatings on Aluminum Surface Using Electrospark Alloying and Their Wear Resistance under Friction in Oil. International conference on Nanotechnologes and Biomedical Engineering German-Moldovan Worksnop on Nomel Nanomaterials for Electronic, Photonic and Biomedical Applications Proceedings. Chisinau, Moldova April 18-20. 2013 . 227-230 5. .., .. - Al-Sn V , VI - . . . -16-20 2013. .66. 6. .. - - - 2013. . -15-17 2014, 34-36. 7. E.V. Yurchenko. Changing the roperties of the tool-lectrodes under conditions of the electrosparc lloyinc of aluminum surfaces using Al-Sn alloy. 7th International Conference on Materials Science and Cjndensed Matter Physics. Chisinau, Moldova. September 16-19, 2014. C 331. Brevete de invenii:: 22 1. 457 (51) 23 5/00 .., .. . 21.05.2014. 2. 458 (51) 23 , B 82 Y .., .. . 08.07.2014. 3. Hotarare 8499 din 2016.09.15 Procedeu de obtinere materialului abraziv pe liant de aluminiu. Iurcenko Evgenii, Agafii Vasilie,Dicusar Alexandr, BortoiTudor. ADNOTARE 23 la teza Tehnologia de obinere a acoperirilor nanostructurate durificate prin scntei electrice pe aliaje de aluminiu i utilizarea lor n restaurarea i repararea pieselor de maini, prezentat de Iurcenco Evghenii pentru conferirea gradului de doctor n tiine tehnice, Chiinu, 2016. Teza este scris n limba rus i const din introducere, 5 capitole, concluzii generale, recomandri i bibliografia lucrrilor citate. Lucrarea conine 139 de pagini de text, 54 figuri, 29 tabele, bibliografie din 188 titluri. Publicaiile la tema tezei: rezultatele obinute au fost publicate n 19 lucrri tiinifice (10 articole, 7 teze i materialele rapoartelor la conferine), 2 brevete. Cuvinte cheie: prelucrare cu scntei electrice, aliere cu scntei electrice, aluminiu, nanostructurare, rezistena la uzur, micro- i nanofibre ale oxidului de staniu, oxid de aluminiu. Domeniul de studiu: Tehnologii electrofizice i ingineria suprafeelor. Scopul lucrrii consta n stabilirea legitilor de formare a acoperirilor rezistente la uzur pe piesele din aliaje de aluminiu pentru recondiionarea suprafeelor uzate cu ajutorul electrozilor utilizai n alierea cu scntei electrice (ASE), care reprezint un amestec mecanic a componentei fuzibile n matricea refractar, i pe aceast baz n elaborarea tehnologiei de recondiionare a suprafeelor uzate. Noutatea i originalitatea tiinific a tezei: S-a constatat c n condiii de aliere prin scntei electrice cu electrodul-scul, care reprezint un amestec mecanic al componentei fuzibile dispersat n matricea refractar, poate avea loc formarea particulelor microdisperse pe suprafaa prelucrat, inclusiv a micro- i nano-fibrelor, care constau din componenta fuzibil i oxizii acesteia, formate n procesul de transfer de la anod, astfel obinndu-se un nanocompozit, cu o rezisten nalt la uzur. S-a stabilit c n condiii de frecare la o sarcin mic i la o vitez relativ mic de deplasare reciproc a probei i contracorpului, un rol decisiv n creterea rezistenei la uzur l au micro- i nanofibrele din oxid de staniu, iar n condiii de frecare la o sarcin mare i la o vitez mare, rolul micro- i nanofibrelor se niveleaz i un rol determinant n rezistena la uzur l are matricea prelucrat prin ASE. S-a demonstrat posibilitatea de obinere pe aliaje de aluminiu a unor acoperiri ASE cu grosime sporit, la depunerea periodic a straturilor-barier. n calitate de strat-barier cu cele mai bune proprieti este aliajul Al-Ni, care permite obinerea unei acoperiri cu grosimea de pn la 2 m. Problema tiinific rezolvat: S-a demostrat posibilitatea de obinere a unor acoperiri cu grosime sporit la utilizarea ASE pe aliajele de Al, ceea ce este o consecin a formrii micro- i nanofibrelor componentei uor fuzibile i ale oxizilor acesteia n procesul de ASE cu electrozi- scule din aliaj de Al, cu componenta uor fuzibil (Sn, Pb). Obiectul de studiu sunt metodele de formare i proprietile acoperirilor obinute prin ASE, la depunerea pe matricea din aliaj D 1 cu electrozi-scule din aliaje de Al-Sn (20-1), Al-Pb, Al-Ni. Valoarea teoretic a lucrrii: rezultatele obinute pot fi vzute ca o metod nou de obinere a micro- i nanofibrelor n acoperiri, la utilizarea ASE, precum i ca o baz pentru elaborarea ulterioar a unor suprafee nanostructurate, rezistente la uzur. Implementarea i valoarea practic a lucrrii: rezultatele cercetrii pot fi puse la baza obinerii unor acoperiri rezistente la uzur din aliaje de aluminiu, att prin creterea stratului uzat, ct i fr acesta, prin alierea cu scnteie electric cu un electrod-scul din aliaj Al-Sn (20-1). Pe baza rezultatelor cercetrilor a fost elaborat tehnologia de reparare a locurilor de montare a rulmenilor pentru piesele din aliaje de aluminiu a automobilelor si tractoarelor i implementat la ntreprinderile S.R.L.F. Moldavizolit RiO, S.R.L. .P.C. Sovremenne tehnologii, Torgovi proiect din or. Tiraspol. 24 .. . , 2016. , , 5 , , . 139 , 54 , 29 , , 188 . : 19 (10 , 7 ), 2 . : , , , , , , . : . () , , - . : , , , , , , , , , . , -, - , - , . . Al-Ni , 2 . : Al , Al (Sn, Pb) - . , , 1 - Al-Sn (20-1),Al-Pb, Al-Ni. : - , , . : , , - Al-Sn (20-1). , , .. 25 SUMMARY on the dissertation of E.V. Yurchenko Technology of obtaining strengthening nanostructured electrospark coatings on aluminum alloys and their use in the repair of machine parts, submitted for the scientific degree of Doctor of Engineering Science, Chisinau 2016. The dissertation is written in Russian, it consists of an introduction, four chapters, general conclusions, recommendations and list of references. The paper contains 139 pages of text, 54 images, 29 tables, the list of references which includes 188 ources. Related publications: the results obtained were published in 19 scientific papers (10 articles, 7 scientific conference abstracts), 2 patents. Key words: electrospark machining, electrospark doping, aluminum, nanostructuring, wear resistance, microwires and nanowires of tin oxide, alumina. Area of research: - Electrophysical technology and surface engineering. The purpose of the paper was to determine the rules of forming wear-resistant coatings of parts made of aluminum alloys through the use of electrospark doping (ESD) by tool electrodes, which are a mechanical mixture of a low-melting component in a hard-melting matrix, and on this basis to develop technologies of restoring worn surfaces. Scientific novelty and originality of the paper: It is determined that microdispersed particles including microwires and nanowires consisting of the low-melting component and its oxides produced during the transfer from the anode may be formed on the treated surface during the electrospark doping by electrodes which are a mechanical mixture of low-melting component dispersed in the hard-melting component, thereby a nanocomposite having high wear resistance is obtained. It is determined that in conditions of friction under low loads and relatively low speed microwires and nanowires of tin oxide play a crucial role in improving the wear resistance of coatings, and in conditions of friction under high load and high speed the role of microwires and nanowires levels off, and ESD treated matrix plays decisive role. The possibility of obtaining ESD coatings with increased thickness through periodic application of the barrier layers on aluminum alloys is shown. The Al-Ni alloy has the best properties of a barrier layer, which allows to obtain a coating with thickness of up to 2 m. Scientific problem which was solved: The possibility of obtaining coatings with increased thickness through the use of ESD on the Al alloys was proved, that is a consequence of forming microwires and nanowires of low-melting component and its oxides during the process of ESD by tool electrodes made of Al alloy with a low-melting component (Sn, Pb). Object of research are the methods of formation and properties of the coatings obtained by ESD through the application on the matrix made of 1alloy by tool electrodes made of Al-Sn alloys (AO20-1), Al-Pb, Al-Ni. The theoretical significance of the work: we can regard the results obtained as a new way to produce microwires and nanowires in the coating using the ESD, as well as a basis for further development of manufacturing nanostructured wear-resistant surfaces. Implementation and practical significance of the work: the results of the research can be accepted as a basis for manufacturing wear-resistant coatings of the surfaces made of aluminum alloys both with building-up of the worn-out layer and without it using electrospark doping by tool electrodes made of Al-Sn alloy (AO20-1). The technology for repairing bearings seats for tractor body parts made of aluminum alloys has been developed on the basis of the research results and it was implemented in such enterprises as subsidiary company Moldavizolit RiO LLC, commercial manufacturing enterpris Sovremennye Tehnologii LLC, Torgovy Proyekt in Tiraspol. 26 . 251.03 - , 2016 27 ACADEMIA DE TIINE A MOLDOVEI INSTITUTUL DE FIZIC APLICAT Cu titlu de manuscris C.Z.U 621.9.048.4 IURCENCO Evgheni 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 Autoreferat al tezei de doctor n tiine tehnice CHIINU, 2016