Анотація до роботи:

Посувайло В. М. Розроблення плазмоелектролітних зносо- та корозивнотривких покриттів на магнієвих сплавах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. - Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, Львів, 2007.

Дисертація присвячена розробці та дослідженню властивостей плазмоелектролітних оксидокерамічних покриттів на магнієвих сплавах. За допомогою спектральних методів визначені концентрація електронів та їх температура в плазмі розрядного каналу. На основі цих результатів проведені розрахунки виходу продуктів синтезу покриттів за різних температур та тисків. Встановлений вплив вольт-амперних параметрів процесу синтезу та складу електроліту на мікротвердість, товщину та поруватість покриттів. Рентгеноструктурним аналізом встановлено, що покриття складаються з фаз MgO та Mg₂SiO₄. Встановлено, що вольт-амперними параметрами та складом електроліту можна активно впливати на фазовий склад та мікротвердість покриттів. Електрохімічні дослідження показали, що оксидокерамічні покриття підвищують корозивну тривкість у розчині 0,3% NaCl порівняно з незахищеними на 1-2 порядки. Встановлено, що корозія та кавітація проходить через пори в покриттях. Електрохімічне дослідження поруватості покриттів вказує на те, що покриттям властиві дефекти у вигляді не наскрізних кратерів та наскрізних пор двох типів: на дні одних метал основи, а на інших – плівка гідроксиду магнію Mg(OH)₂. За однакової густини струму оксидування більша густина пор властива покриттям, отриманим з використанням низькоконцентрованого електроліту, оскільки супроводжується високим спадом напруги в приелектродній області. Встановлено високу ефективність оксидокерамічних покриттів підвищувати опір корозивно-ерозивному руйнуванню за низьких амплітуд кавітації, коли руйнування поверхневого шару проходить внаслідок корозії та вимивання металу основи через наскрізні пори. За високої інтенсивності кавітаційного навантаження має місце відлущування оксидокерамічного покриття від основи, що нівелює позитивний ефект поверхневої обробки. Показано, що ефективним способом досягнення високого опору зношуванню, корозії та корозивно-ерозивному руйнуванню є створення комбінованих оксидокераміка-тефлон покриттів.

Узагальненням отриманих у дисертації результатів встановлено закономірності формування конверсійних оксидокерамічних зносо- та корозивнотривких покриттів на магнієвих сплавах, отриманих методом плазмового електролітного оксидування. Встановлено оптимальні режими процесу синтезу для формування покриттів із заданими властивостями.

Найважливіші наукові та практичні результати зводяться до наступного:

1. Рентгеноструктурним аналізом виявлено, що покриття в основному складаються з фаз MgO (периклаз) та Mg₂SiO₄ (форстерит). Кількісним вмістом фаз в покритті можна керувати через параметри процесу синтезу та склад електроліту: зміна співвідношення густини катодного струму до анодного з 1 до 1,5 приводить до максимального вмісту оксиду магнію 80 %; у висококонцентрованих електролітах складу 10 г/л KOH + 15 г/л р.с. вміст Mg₂SiO₄ зростає до 60%.

2. Встановлено, що під час синтезу конверсійних оксидокерамічних покриттів на магнієвих сплавах в розрядних каналах формується плазма температури 1,010⁴ – 1,110⁴ K, що забезпечує утворення високотемпературних оксидних фаз кристалічної структури та високої твердості. На основі термодинамічних розрахунків побудовано температурні залежності формування у електролітній плазмі оксиду магнію та показано, що зростання тисків у розрядному каналі підвищує верхню температурну межу утворення MgO.

3. Встановлено, що максимальна мікротвердість покриттів (11...12 ГПa) за їх оптимальної товщини (» 150 мкм) досягається у електроліті складу 3 г/л KOH + 2 г/л р.с. + 2...5 г/л Н₂О₂ за відношення густин катодного струму до анодного I_a/I_k = 1. Підвищення концентрації електроліту до 10 г/л KOH + 15 г/л р.с. та зміна співвідношення I_a/I_k = 1,25 дає можливість підвищити товщину покриття до 250 мкм за незначного зниження мікротвердості.

4. Оксидокерамічні покриття на два порядки підвищують зносотривкість магнієвих сплавів та на порядок порівняно з анодним покриттям.

5. Показано, що покриттям властиві дефекти у вигляді ненаскрізних кратерів та наскрізних пор двох типів: на дні одних метал основи, а на інших – плівка гідроксиду магнію Mg(OH)₂. З точки зору зменшення поруватості покриттів оптимальним є використання електроліту складу 3 г/л KOH + 2 г/л р.с., для якого покриття відзначаються не тільки порівняно низькою загальною густиною пор, але й високою часткою пор, дно яких вкрите плівкою Mg(OH)₂.

6. На основі електрохімічних досліджень встановлено, що оксидокерамічні покриття на магнієвих сплавах зменшують швидкість корозії у 0,3% розчинах NaCl та HCl на 1-2 порядки порівняно з незахищеними сплавами. Додавання до базового електроліту 0,1% CrO₃ підвищує корозивну тривкість покриттів, а легування сплавів літієм підвищує поруватість покриттів і, відповідно, знижує їх корозивну тривкість.

7. Показано високу ефективність оксидокерамічних покриттів підвищувати опір корозивно-ерозивному руйнуванню за низьких амплітуд кавітації, коли руйнування поверхневого шару проходить внаслідок корозії та вимивання металу основи через наскрізні пори. Встановлено, що додавання до електроліту оксидування оксиду хрому знижує корозивно-ерозивну тривкість сплавів, що пов’язано з ростом поруватості покриттів.

8. Ефективним способом досягнення високого опору зношуванню, корозії та корозивно-ерозивному руйнуванню магнієвих сплавів є створення комбінованих оксидокераміка-тефлон покриттів.

Публікації автора:

1. Клапків М. Д., Никифорчин Г. М., Посувайло В. М. Спектральний аналіз електролітної плазми в умовах синтезу оксиду алюмінію // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 1994. – № 3. – C. 70–81.

2. Клапків М. Д., Чучмарьов О. С., Сидор П. Я., Посувайло В. М. Термодинаміка взаємодії алюмінію, магнію та цирконію з компонентами електролітної плазми //Фізико-хімічна механіка матеріалів.-2000.-№1.- С.56-65.

3. Клапків М. Д., Посувайло В. М. Ідентифікація смугастих спектрів випромінювання в умовах синтезу оксиду алюмінію в електролітній плазмі// Фізико-хімічна механіка матеріалів.-1997.-№3.- С.119-120.

4. М. Клапків, Д. Завербний, П. Сидор, В. Посувайло. Властивості магнієвих сплавів з оксидокерамічними покриттями в слабокислих електролітах / Фізико-хімічна механіка матеріалів., Спец.випуск №3. 2002. – С.577-981.

5. М. Д. Клапків, П. Я. Сидор, А. І. Бассараб, В. М. Посувайло. Кавітаційно-ерозійна тривкість керамічних, металокерамічних матеріалів та покрить/ Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій., В. 5. Збірник наукових праць, Львів. 2002. с. 322-327.

6. W. Dietzel, M. Klapkiv, H. Nykyforchyn, V. Posuvailo, C. Blawert. Porosity and corrosion properties of electrolyte plasma coatings on magnesium alloys / Фізико-хімічна механіка матеріалів.- 2004. - №5. - С. 13. – 17.

7. М. Клапків, В. Посувайло, Б. Стельмахович, Н. Повстяна, С. Остап’юк. Фазовий склад плазмоелектрохімічних оксидокерамічних покривів / Фізико-хімічна механіка матеріалів., Спец.випуск №5. 2006. – С.750-755.

8. Дек. пат. 12333 Україна, МПК С25D 11/02. Спосіб одержання оксидного покриття на сплавах магнію. Г. М. Никифорчин, М. Д. Клапків, В. М. Посувайло, І. П. Мерцало. Заявлено 14.12.2004; Опубл. 30.01.2006, Бюл.№2, 2006.

9. Дек. пат. 12335 Україна, МПК С25D 11/02. Електроліт для одержання анодно-оксидного покриття на сплавах магнію. Г. М. Никифорчин, М. Д. Клапків, В. М. Посувайло, І. П. Мерцало, Н. Ю. Повстяна. Заявлено 28.12.2004; Опубл. 15.02.2006, Бюл.№2, 2006.