Введение к работе
Актуальность проблемы
Авиационная техника как один из наукоемких видов продукции характеризуется высоким инновационным уровнем. Одним из показателей внедрения новых, инновационных технологий является использование в изделиях авиационной промышленности современных материалов.
Металлы и их сплавы – одни из основных конструкционных материалов, используемых в авиационной промышленности. Разработка и совершенствование технологических процессов, обеспечивающих сокращение расхода металлов и позволяющих повысить качество выпускаемых изделий, является весьма актуальной задачей. Одним из таких процессов является электролитическое формование, заключающееся в получении деталей путем электроосаждения металла на форму в гальванической ванне с последующим отделением металла от формы.
Анализ целого ряда изделий машиностроения показывает, что существует целый ряд деталей, которые экономически более выгодно получать электролитическим формованием. Возможно изготовление указанным методом накладок (оковок) переменного сечения для защиты лопастей летательных аппаратов, газогенераторов, трубчатых тонкостенных деталей переменного сечения, элементов технологической оснастки, например, формообразующих вставок пресс-форм и тд.
В настоящее время в гальванопластике, основе электролитического формования, используют довольно ограниченное число металлов и сплавов. Наиболее широко применяют медь, никель и железо, а из сплавов – никель – кобальт и никель – железо. Электроосаждение сплавов является весьма перспективным процессом, так как позволяет расширить диапазон материалов, пригодных для гальванопластических целей. Уже сейчас получают широкое использование композиционные материалы, совмещающие положительные свойства металлов и неметаллов, а также оксидов, карбидов, нитридов и др.
В современной гальванотехнике одним из актуальных направлений является создание композиционных электрохимических покрытий (КЭП), которые получают путем соосаждения вместе с металлами из электролитов-суспензий дисперсных частиц различных видов и размеров. Включаясь в структуру металлов, частицы существенно улучшают их эксплуатационные свойства (твердость, износостойкость, коррозионную устойчивость) и придают им новые качества (антифрикционные, магнитные, каталитические). В связи с этим, КЭП находят широкое применение в различных отраслях промышленности, а разработка новых видов композиционных покрытий с различными свойствами и получение новых композиционных материалов, исследование кинетических закономерностей их электроосаждения и свойств осадков, а также изучение структурных превращений в концентрированных растворах электролитов является актуальной научной задачей.
Исследование посвящено совершенствованию процесса электролитического формования с целью получения ответственных авиационных изделий повышенной износостойкости из никеля.
Целью работы является создания нового композиционного материала на основе никеля, обладающего улучшенными эксплуатационными свойствами, и исследование кинетики его электроосаждения, позволившие в дальнейшем усовершенствовать процесс электролитического формования износостойких сложнопрофилированных изделий летательных аппаратов. Для достижения поставленной цели предполагается решить следующие задачи:
— провести исследование и сравнительный анализ возможных наномодификаторов для процесса электролитического формования сложнопрофилированных никелевых деталей с целью повышения их физико-механических характеристик;
— исследовать седиментационную устойчивость различных наномодификаторов в сульфаматном электролите никелирования;
— разработать методику приготовления суспензий сульфаматного электролита с наномодификатором;
— изучить механизм формирования электролитических слоев, модифицированных наноструктурами;
— определить основной состав экспериментального оснащения для электролитического формования наноструктурированных образцов изделий и разработать его;
— разработать методику эксперимента по наноструктурированию никелевых образцов, изготавливаемых электролитическим формованием;
— получить композиционный материал на основе никеля путем электролитического осаждения на стальные образцы;
— исследовать кинетические закономерности, протекающие при получении наномодифицированных никелевых образцов;
— исследовать физико-механические свойства полученных наномодифицированных никелевых образцов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
исследована седиментационная устойчивость частиц фуллерена С60, частиц оксида алюминия и оксида титана в сульфаматном электролите никелирования;
разработана методика получения дисперсий фуллерена С60 в сульфаматном электролите;
разработана методика наноструктурирования электролитических осадков никеля фуллереном С60;
получен композиционный материал на основе никеля с дисперсной фазой фуллерена С60 путем электролитического осаждения.
Практическая ценность. Получены образцы композиционного материала никель–фуллерен С60 с улучшенными физико-механическими свойствами. Установлено, что возможно включение частиц фуллерена С60 в состав электролитического никеля. Получены данные по физико-механическим свойствам наноструктурированных осадков электролитического никеля, которые показали, что включение в осадок никеля второй фазы приводит к улучшению структуры электролитического осадка никеля, повышению твердости на 13-17 % и повышению износостойкости в 1,5 раза в сравнении осадками электролитического никеля без включения фуллерена С60.
На защиту выносятся:
-
Методика наноструктурирования электролитических осадков никеля фуллереном С60.
-
Методика получения дисперсий фуллерена С60 в сульфаматном электролите.
-
Физико-механические свойства композиционного материала никель–фуллерен С60.
Личный вклад соискателя. Автору диссертации принадлежат основные идеи, касающиеся постановки задач исследований, выполнение всех этапов эксперимента, обработки полученных результатов экспериментов. Автор работы является ответственным исполнителем НИОКР по теме «Теоретическое обоснование и разработка методики исследования наноструктурирования внешнего слоя никелевых изделий, получаемых электролитическим формованием» 2009г., «Исследование влияния наномодификаторов на физико-механические характеристики никелевых образцов, полученных электролитическим формованием» 2011г.
Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы:
— докладывались и обсуждались на Итоговой Всероссийской научно-практической конференции «ПОЛЗУНОВСКИЕ ГРАНТЫ», ГОУ ВПО АлтГТУ (Барнаул 2007г.), IV Международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование. Казань – 2008», III Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в проектировании и производстве изделий машиностроения» (Казань, 2008г.), XI Международной научно-практической конференции «Нанотехнологии в промышленности» (Казань, 2011г.), ежегодной научной сессии ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет» (Казань, 2011г.);
публиковались в материалах Всеукраинской научно-технической конференции «Молодежный электрохимический форум» (Харьков, 2008г.).
В полном объеме работа докладывалась на расширенном заседании кафедры «Информационные технологии и менеджмент в машиностроении» ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева - КАИ» 11 октября 2011г.
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Полный объем работы составляет 109 страниц, в том числе 92 страницы основного текста, 52 рисунка, 6 таблиц, список литературы (98 наим., 9 страниц).
