Формирование оксидных покрытий на алюминиевых сплавах микродуговым оксидированием и особенности их разрушения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Бао Фэнюань

• Бао Фэнюань
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Бао Фэнюань

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА АЛЮМИНИЕВОМ СПЛАВЕ И КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ЕЕ РАЗРУШЕНИЯ

1.1 Особенности и способы формирования функционального покрытия для алюминиевого сплава

1.1.1 Химическое оксидирование

1.1.2 Электрохимическое оксидирование

1.1.3 Микродуговое оксидирование алюминия и его сплавов

1.2 Механизмы, стадии и кинетика роста трещины при разрушениях алюминиевых сплавов

1.3 Технология метода акустического эмиссии и ее применение при исследовании разрушения металлов и сплавов с функциональными покрытиями

1.4 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ

2.1. Выбор материалов и подготовка образцов

2.2. Установка для микродугового оксидирования с модулем акустической эмиссии

2.3. Методика проведения МДО с регистрациями сигналов акустической эмиссии

2.4. Метод структурного анализа и определения качества покрытия

2.5. Методика проведения механических испытаний

2.6. Методики исследования зависимости качества оксидного покрытия от параметров МДО

2.7. Методика фильтрации сигналов АЭ, регистрированных в процессе МДО и механических испытаний

2.8 Методика исследования стадийности деформации и разрушения алюминиевых сплавов с МДО покрытием

2.9 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОКСИДИРОВАНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ, СФОРМИРОВАННЫХ МЕТОДОМ

МДО

3.1. Модель электрического пробоя и механизм образования оксидного слоя на алюминиевом сплаве при МДО

3.2. Исследование влияния скорости нарастания напряжения на морфологию и свойства оксидного покрытия, сформированного на алюминиевом сплаве

3.3. Исследование влияния концентрации NaзPO4 в электролите на механизм формирования и роста оксидного покрытия

3.4. Установление зависимости качества оксидного покрытия от параметров МДО

3.5. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА МДО

4.1. Исследование кинетики пассивации на первой стадии МДО

4.2. Увеличение достоверности определения параметров оксидных покрытий при использовании новых параметров мониторинга процесса МДО

4.3. Вывод по четвёртой главе

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ МДО ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕДЕНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

5.1. Исследование особенности разрушения оксидных покрытий на алюминиевом сплаве при испытаниях на растяжение с использованием метода акустической эмиссии

5.2. Исследование усталостного разрушения алюминиевого сплава 1163 с оксидным покрытием

5.3. Вывод по пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ВВЕДЕНИЕ

Алюминий и его сплавы отличаются рядом ценных технологических и эксплуатационных характеристик и свойств (низкая плотность, высокие тепло- и электропроводность). В настоящее время данные материалы широко применяются в авиастроении, машиностроении и других отраслях в качестве конструкционных материалов. Однако сложные рабочие условия оказывают серьезное влияние на ресурс и срок службы данных конструкционных материалов, поэтому вопросы защиты и модификации поверхности алюминия и его сплавов являются актуальными и в настоящее время. Одним из перспективных направлений решения этой проблемы является нанесение на поверхность алюминия и его сплавов оксидных керамических покрытий методом микродугового оксидирования (МДО). Применение технологии МДО до настоящего времени было ограничено по ряду причин, к которым относится отсутствие систематизированной связи между показателями свойств получаемых покрытий и параметрами оксидирования, дающей практические рекомендации по достижению оптимальных режимов оксидирования.

Таким образом, выбор режима МДО для различных геометрических конфигураций изделий из разных материалов действительно является проблемным вопросом для текущего состояния технологии. Для решения данной проблемы необходимо установление линеаризации сложной зависимости изменения параметров, определяющих свойства покрытия от параметров задаваемых режимов МДО. По мере развития технологии МДО перспективным направлением исследований в последний период времени стал поиск сопутствующего параметра, комбинированного с факторами обработки, который бы обеспечивал комплекс свойств получаемых МДО покрытий в реальном времени. Решение подобных задач может быть реализовано путем контроля за технологическим процессом и установления устойчивой взаимосвязи между параметрами, задаваемыми режимом технологического процесса и получаемым результатом.

Одним из решений задачи применительно к МДО является разработка методики управления качеством оксидных покрытий, формируемых на алюминиевых сплавах в процессе МДО, с использованием метода акустической эмиссии (АЭ), как эффективного

метода исследования кинетики различных протекающих процессов, позволяющего получить дополнительную информацию о качестве и свойствах оксидного покрытия.

Степень проработанности темы

Большой вклад в развитие теоретических механизмов и совершений практических технологий МДО, применяемых в различных материалах, внесли такие российские и зарубежные ученые, как Т.Б. Ван, Г.П. Виртц, П.С. Гордиенко, А.Л. Ерохин, М.М. Криштал, П. Курце, Ц. Мяо, А. В. Николаев, А.И. Слонова, В. Сюэ, В.А. Федоров, и другие. Большой вклад в развитие теоретических и практических исследований основ анализа АЭ при деформации и разрушении материалов внесли такие российские и зарубежные ученые, как О.В. Башков, Г.А. Бигус, В.С. Бойко, С.И. Буйло, А.В. Виноградов, В.И. Иванов, Д.Л. Мерсон, Г.Б. Муравин, Л.Н. Степанова, К. Оно, А. Грин, М. Хамстед, М. Саус, А. Поллок, Т. Шиотани. В большинстве научных работ о технологии МДО описаны теоретические аспекты, механизм осаждения оксида, теоретическая модель электрической пробоя. Работы связаны с методом АЭ описаны механизм разрушения материалов и распространения АЭ волн в материалах, обработки АЭ сигналов, зарегистрированных при разрушении, и причины их происхождения.

Цель диссертационной работы

Цель диссертационной работы заключается в установлении закономерностей влияния технологических режимов микродугового оксидирования на параметры и свойства оксидных покрытий, формируемых на алюминиевых сплавах, и критериев выявления повреждений на ранних стадиях разрушения алюминиевых сплавов с оксидными покрытиями в различных условиях нагружения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение экспериментальных исследований по установлению влияния разнородных факторов технологии МДО на параметры и морфологию поверхности оксидных покрытий, формируемых на алюминиевых сплавах.

2. Разработка методики управления качеством оксидных покрытий, позволяющей повысить достоверность определения показателей свойств оксидных покрытий, формируемых на алюминиевых сплавах, и эффективность процесса МДО.

3. Разработка критериев оценки и прогнозирования поврежденности на ранних стадиях усталостного разрушения алюминиевых сплавов с МДО покрытием при циклическом нагружении.

Объектом исследования являются оксидные покрытия, наносимые методом МДО на поверхность алюминиевых сплавов 1163 и Д16АТ.

Предметом исследований являются параметры и морфология поверхности покрытий, и показатели механических свойств образцов с оксидными покрытиями, наносимыми на алюминиевые сплавы методом МДО.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Определено влияние электрических режимов микродугового оксидирования на морфологию и качество оксидных покрытий, формируемых на алюминиевых сплавах Д16АТ и 1163. Установлено, что-стабильный линейный рост толщины покрытия начинается после достижения определенного уровня электрического напряжения, выше которого значения шероховатости и толщины оксидных покрытий находятся между собой в линейной зависимости.

2. Предложен критерий управления качеством оксидных покрытий, формируемых на алюминиевых сплавах в процессе микродугового оксидирования, основанный на выборе периода устойчивого роста оксидного покрытия по характеру изменения амплитуды регистрируемых сигналов акустической эмиссии.

3. Обосновано использование критерия оценки и прогнозирования поврежденности алюминиевых сплавов с оксидным покрытием, формируемым в процессе микродугового оксидирования, на ранних стадиях усталостного разрушения на основе предложенного нового параметра акустической эмиссии.

Теоретическая и практическая значимость диссертации

1. Практическая значимость диссертации заключается в разработке способа и методики управления качеством оксидных покрытий на алюминиевых сплавах, формируемых в процессе микродугового оксидирования.

2. Предложен критерий оценки характера поврежденности оксидного покрытия в процессе действия циклических нагрузок, который может быть

использован для прогнозирования разрушения изделий с оксидными покрытиями, формируемыми в процессе микродугового оксидирования.

3. Результаты научной работы были внедрены в учебный процесс при курсовом и дипломном проектировании и использованы при чтении курсов на кафедре «Материаловедение и технология новых материалов» и приняты к использованию на малом инновационном предприятии ООО «ЭСКО» при разработке критериев разрушения конструкций из алюминиевых сплавов с покрытиями.

На защиту выносятся:

1. Установленные зависимости между параметрами и морфологией оксидных покрытий, сформированных на поверхности алюминиевых сплавов Д16АТ и 1163, и электрическими параметрами микродугового оксидирования.

2. Методика управления качеством оксидных покрытий, формируемых на алюминиевых сплавах, основанная на установлении характера изменения амплитуды сигналов акустической эмиссии в процессе микродугового оксидирования.

3. Методика идентификации типов развивающихся повреждений, критерии оценки поврежденности и прогнозирования разрушения в алюминиевых сплавах с оксидным покрытием на основе анализа зарегистрированных сигналов акустической эмиссии при циклической деформации материалов.

Методология и методы исследования

В работе использовались современные методы исследования структуры материалов и эволюции структурных изменений при механическом воздействии на материалы. Экспериментальные исследования проводились на базе оборудования центра коллективного пользования научным оборудованием «Новые материалы и технологии» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Комсомольский-на-Амуре государственный университет». Микродуговое оксидирование для формирования оксидного покрытия выполнялось с использованием программно-аппаратного комплекса,

изготовленного в ДВФУ и разработанного при участии Института химии ДВО РАН. Механические испытания образцов на растяжение выполнялись на электромеханической испытательной машине, испытания на усталость выполнялись на магнитодинамической установке для циклических испытаний. Для структурного анализа и анализа поверхности использовались оптический и сканирующий электронный микроскопы. Регистрация и анализ сигналов АЭ выполнялись с использованием системы на базе АЦП Adlink PCI-9812 и программного обеспечения AE Pro-2.0. Для компьютерной обработки и расчета результатов экспериментальных исследований использовалось программное обеспечение MS Excel и Matlab.

Достоверность и обоснованность результатов

Достоверность и обоснованность результатов обусловлена применением современных методов исследования в материаловедении (оптическая и электронная микроскопия, методы механических испытаний, метод акустической эмиссии и методы анализа экспериментальных данных), корректностью постановки задач и обоснованным выбором материалов исследования, достаточным объемом экспериментальных данных и обоснованностью представленных результатов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование оксидных покрытий на алюминиевых сплавах микродуговым оксидированием и особенности их разрушения»

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Научно-техническое творчество аспирантов и студентов» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2018, 2019); Всероссийской национальной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2019, 2020, 2022); XXI краевого конкурса молодых ученых и аспирантов, секция «Технические и химические науки» (г. Хабаровск, 2019 г.); международной научно-технической конференции «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении (ICMTMTE

2019, 2022)» (г. Севастополь, 2019 г.); в 14 международной конференции «Films and Coatings - 2019» (г. Санкт-Петербург, 2019); во Всероссийской конференции с международным участием «Актуальные проблемы метода акустической эмиссии» (г. Санкт-Петербург, 2021); во Всероссийской конференции «Current problems and ways of development of Development of Industry: Equipment and Technologies» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2020); Международной конференции «Физическая мезомеханика материалов. Физические принципы формирования многоуровневой структуры и механизмы нелинейного поведения» (г. Томск, 2022). Публикации

По результатам исследований опубликовано 12 работ, из них 1 публикация в издании, входящем в перечень издании, рекомендованных ВАК РФ, 3 публикации в изданиях, входящих в перечни Web of Science или Scopus, патент на изобретение и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Соответствие диссертации паспорту специальности: Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования, научной новизне и практической значимости соответствует паспорту специальности 2.6.17. Материаловедение (технические науки) по следующим пунктам:

1. Разработка новых металлических, неметаллических и композиционных материалов, в том числе капиллярно-пористых, с заданным комплексом свойств путем установления фундаментальных закономерностей влияния дисперсности, состава, структуры, технологии, а также эксплуатационных и иных факторов на функциональные свойства материалов. Теоретические и экспериментальные исследования фундаментальных связей состава и структуры металлических, неметаллических материалов и композитов с комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств с целью обеспечения надежности и долговечности деталей, изделий, машин и конструкций (химической, нефтехимической, энергетической, машиностроительной, легкой, текстильной, строительной);

5. Установление закономерностей и критериев оценки разрушения материалов от действия механических нагрузок и внешней среды;

11. Разработка покрытий различного назначения (упрочняющих, износостойких и других) и методов управления их качеством.

Связь работы с крупными научными программами и темами:

Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке грантов:

1. Грант Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ РФ, НШ № 452.2022.4.

2. Heilongjiang Provincial Key Research and Development Program Guidance, проект № G2022011006.

Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, проведении экспериментальных исследований и их анализе, подготовке публикации и формировании выводов по работе.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА АЛЮМИНИЕВОМ СПЛАВЕ И КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ЕЕ РАЗРУШЕНИЯ

Алюминий - по распространенности занимает первое место в природе среди металлов. Благодаря многим ценным технологическим и эксплуатационным качествам (малая плотность, высокие тепло- и электропроводность) алюминий и его сплавы в настоящее время достаточно широко используются в машиностроении, авиастроении, судостроении и т. д, уступая только железу. Развитие технологий создания новых алюминиевых сплавов, их структурной обработки, композитных материалов на основе алюминия и многих других позволяют расширять возможности применения алюминия и его сплавов за счет различных особенностей и свойств. Однако, изделие из алюминиевого сплава в эксплуатации часто подвергается высокими внешними механическими нагружениями и сложными рабочими условиями, в том числе циклической нагрузкой, растяжениями, трениями и коррозиями. Из них коррозия является одним из самых вредных влияний для алюминиевого сплава, которая появляется при эксплуатации изделий во влажной атмосфере, которая приводит к образованию рыхлого налета гидратов металла, что не только ухудшает равномерность поверхности, но и снижает механическую прочность и другие ключевые характеристики изделий [1, 2]. Хотя в атмосфере на поверхности алюминия образуется тонкая оксидная пленка, обеспечивающая некоторую пассивность, но эта пленка (толщина в пределах от 5 до 100 нм) вследствие малой толщины, большой пористости и низкой механической прочности не в состоянии защитить алюминий от разрушительного действия коррозии [3, 4].

Наиболее простым и надежным способом защиты алюминия и его сплавов от коррозии являются химические и электрохимические функциональные покрытия, из которых наиболее распространенными и перспективными являются: химическое оксидирование, анодное оксидирование и микродуговое оксидирование [5].

1.1 Особенности и способы формирования функционального покрытия для

алюминиевого сплава

1.1.1 Химическое оксидирование

Химическое оксидирование позволяет улучшить коррозионную стойкость алюминиевого сплава или подготовить подслой для улучшения адгезии последующего покрытия к подложке. Таким образом, оно играет важную роль в области предварительной обработки поверхности материала и обработки поверхности деталей со сложной геометрической формой из алюминиевого сплава [6].

Благодаря тому, что химическое оксидирование не требует источника питания, оборудование простое, и скорость обработки высокая, оно широко используется в машиностроении, электронике, авиастроении и производстве оружия. В настоящее время при химическом оксидировании деталей из алюминиевых сплавов, используемых в авиационной промышленности, обычно используется метод хроматной пассивации с отработанной технологией применения [7]. По сравнению с другими растворами, оксидная пленка, сформированная в данном растворе, обладает наилучшей коррозионной стойкостью.

Причиной высокой коррозионной стойкости оксидной пленки, сформированной в хроматном растворе, принято считать его высокую плотность, а растворимое соединение шестивалентного хрома оказывает антикоррозионное действие на подложку в прерывистой структуре оксидной пленки [8, 9].

Оксидирование с шестивалентным хромом: в кислом хроматном растворе.

Химическое оксидирование с использованием хроматного раствора (pH = 1,5) выполняется при температуре 30°С. Кислый хроматный раствор в основном содержит CrOз или Na2Cr2O7 и активирующие фтористые, фторсиликатные и другие добавки [10]. Механизм образования оксидной пленки:

Реакция 1 (Активация алюминиевой поверхности):

А1 + 3Н+ ^ Л13+ + 3Н Реакция 2 (Восстановление хромата):

6Н + 2Сг03 ^ 2Сг(ОН)3 Реакция 3 (Образование поверхностной пленки):

2А13+ + 4Н20 ^ А10(0Н) + 6Н+ Сопутствующая реакция:

Сг(0Н)3 + Сг03 ^ Сг(0Н)2НСг02 При наличии катализатора:

Сг(0Н)3 + КБе(СК)б ^ ОТе(СК)б + КОН Реакция 4 (Комплексообразование лишнего алюминия):

А13+ + 3Б- ^ А1Б3

Основным компонентом оксидной пленки, образующейся на поверхности алюминия, является Л1203-Сг(0Н)3-Сг0Н-Сг04-хН20. Новообразованная пленка является желеобразной, и после обработки старением она становится прочной и имеет высокую адгезию к подложке [11]. Оксидная пленка гидрофобна, а цвет поверхности может быть бесцветным, радужным или оранжевым в зависимости от толщины пленки. При повреждении оксидной пленки, вызванном внешним воздействием, просачивающийся на поверхность Сг6+ приводит к повторному оксидированию.

Оксидирование с шестивалентным хромом: в щелочном хроматном растворе.

В 1915 году А. Бауэр и В. Вогель предложили состав щелочного раствора для химического оксидирования (в таблице 1.1) и назвали его методом ВУ. Затем Э. Густав предложил усовершенствованный состав раствора — метод МВУ, основанный на методе ВУ [12].

Таблица 1.1 - Состав и содержание раствора для каждого метода

Метод Состав и содержание раствора Температура обработки, °С

BV К2СГ2О7 (10 г/л) N2003 (25 г/л) ШН003 (25 г/л) 100

MBV N2003 (2-5%) №СГ04 (0,5-2,5%) 90-100

EW N2003 (50 г/л) №СГ04 (15 г/л) N28103 (0,07-1,0 г/л) 90-100

Метод EW представляет собой модифицированный метод МВУ. Метод EW можно использовать для большинства литых заготовок из алюминиевых сплавов с формированием однородной, плотной, бесцветной и прозрачной оксидной пленки, которая имеет гладкую поверхность и высокую адгезию к алюминиевой подложке. Основная реакция химического оксидирования EW в следующим:

2М + №003 + 3H2O ^ 2NaAlO2 + CO2 + 3H2 Частичный гидролиз метаалюмината натрия:

2NaAlO2 + H2O ^ Al2Oз + 2NaOH Образование оксидной пленки:

2Al3+ +6OH- ^ Al2Oз + 2H2O СО2 + 2NaOH ^ Na2COз + H2O. Однако шестивалентный хром, используемый в данных методах, является высокотоксичным компонентом, чрезвычайно вредным для организма человека и окружающей среды [13]. Поэтому в последние годы исследование и разработка растворов, не содержащих шестивалентный хром, стали основным направлением развития химического оксидирования алюминиевых сплавов.

Существующие не содержащие хром растворы для химического оксидирования включают следующие категории: раствор соли циркония, раствор соли молибдена, раствор соли титана, раствор соли лития, раствор редкоземельного металла, раствор перманганата [14].

Хотя в соответствующих экспериментальных исследованиях были достигнуты значительные результаты, но на сегодняшний день высокая стоимость бесхромовых растворов для химического оксидирования и низкая эффективность пленкообразования затрудняют применение этих технологий в реальном производстве.

1.1.2 Электрохимическое оксидирование

В 1857 г. в работе [15] исследовано электрохимическое поведение алюминия как анода в разбавленном растворе серной кислоты, и обнаружены вентильные характеристики алюминия. На поверхности алюминия, используемого в данном эксперименте в качестве анода, образовалась черная пленка. В 1920 г. К. Гуте попытался объяснить вентильные характеристики алюминиевых сплавов. В работе [16] он предположил, что причина вентильных характеристик заключается в том, что при использовании алюминия в качестве анода на поверхности образуется слой с текучим характером. В эксперименте он обнаружил, что после электризации выделяются мельчайшие пузырьки с поверхности анода, а сопротивление цепи в это время очень большое. Когда газовая пленка растворяется в электролите, сопротивление снова становится низким. Он (К. Гуте) считается, что газовая пленка составлена из кислорода. При концентрации энергии на пленке поверхности анода, приводящей к повышению напряжения, некоторые ионы могут двигаться через эту пленку к подложке.

С. Кук в работе [17] в экспериментальных исследованиях доказал, что действие алюминиевого анода в сульфате калия-алюминия заключается не в омическом сопротивлении, а в переходном сопротивлении первичных или вторичных ионов, и это переходное сопротивление проявляется как противоэлектродвижущая сила. При подаче внешнего напряжения вокруг пластины анода собираются анионы, образуя слой сильно заряженных свободных радикалов или слой сильно заряженных ионов кислорода, которые постоянно «соединяются» с алюминием на аноде. При напряжении больше некоторого

критического значения пленка становится структурно-кристаллической, а в процессе кристаллизации свободная поверхность металла подвергается действию анионов, вызывающих искровой разряд на поверхности металла.

Многие работы были направлены на исследование свойства данных кристаллов, сформированных в процессе окисления, и этот процесс образования оксидной пленки на поверхности алюминиевого анода называли анодным оксидированием.

Анодное оксидирование

Механизм образования анодированной оксидной пленки можно просто объяснить следующим образом: электроны, потерянные алюминием в качестве анода, объединяются с ионами кислорода с образованием оксида алюминия. Электрохимическую реакцию можно описать как:

Н2О ^ [О] + 2Н+ + 2е 2А1 + 3[О] ^ А1203.

Однако исследования показали, что механизм реакции анодного окисления очень сложен. В работе [18] предложено, что алюминий сначала теряет электроны, превращаясь в ионы А13+, а затем гидролизуется до А1(ОН)3. Плотность А1(ОН)3 на поверхности анода продолжает увеличиваться до насыщения, а затем обезвоживается с образованием плотного АЬ03:

2А1(0Н)3 ^ А1203 + Н20.

В работе [19] исследован механизм движение ионов на поверхности анода на ранней стадии анодного окисления. Ионы А13+, активно растворенные на поверхности анода, и ионы кислорода в растворе непосредственно образуют твердую пленку на границе раздела металл-раствор. Затем под действием внешнего электрического поля ионы кислорода перенесутся к границе между алюминиевой подложкой и оксидной пленкой, а ионы алюминия — к границе между оксидом и раствором (рисунок 1.1).

Электролит Оксид барьера Трещины А1з*

Трещины

i I i

_____

Зажившая трещина

Рисунок 1.1 - Схема движения ионов в процессе оксидирования

Ионы алюминия попадают в раствор после достижения границы между оксидной пленкой и раствором. Поскольку объем оксидной пленки меньше объема израсходованного металла, растягивающие напряжения в оксидном слое приводят к образованию трещин. Накопление потенциала в трещине вызывает высокотемпературный переплав. Повторение этого явления является основной причиной образования микроканалов. Другое объяснение образования пористых оксидных пленок было предложено в работе [20]. Формирование оксидной пленки проходит три основных этапа:

- разрушение образовавшегося барьерного слоя из-за электрического пробоя;

- образование оксида;

- затвердевание оксида с образованием нового барьерного слоя.

В работе [21, 22] исследован механизм роста пленок с помощью электрохимико-кинетического метода. Было подтверждено, что электрический пробой является необходимым условием стабильного роста пористых оксидных пленок, и было высказано предположение, что рост пленки зависит от формы пор

и скорости движения ионов в порах к поверхности анода. На границе между А1 и А1203 уравнение движения ионов при высокой напряженности электрического поля имеет вид:

А = Ыс_туЫсех р(-^) (1-2)

В=^, (1-3)

где | - плотность тока на аноде;

Dc.35 - диаграмма формируемой оксидной пленки при плотности тока 35А/см2; Sc - реальная площадь поверхности раздела А1 и АЬ03 на единицу площади; Ыс,т - плотность свободных ионов на поверхности металла; у - коэффициент динамической вязкости; Ыс - валентность аниона;

Ш - энергия активации движения анионов с поверхности на границу оксид-подложки;

ас - расстояние движения анионов от поверхности до границы раздела оксид-подложки;

Е - напряженность электрического поля в барьерном слое.

Уравнение (1-4) доказывает растворение оксида электрическим полем на дне каналов и объясняет влияние SO42-, 803-, 0Н- и Н2О на процесс окисления, а затем устанавливали математические модели связи условий анодного окисления со структурой и морфологией оксидной пленки. Плотность пор(п) на поверхности оксидной пленки связана только с плотностью тока:

1п п = р/п/ + р- (1 — 4)

Зависимость между диаметром пора (Ц^) и температурой электролизера (0):

= + д-, (1 — 5)

где р, р-, g, g- - константы, не связанные с | и 0.

До сегодняшнего дня структура анодированной пленки по-прежнему основана на модели Келлер-Хантер-Робинсон [23]. Принято считать, что анодированная пленка состоит из плотного барьерного слоя и рыхлого пористого слоя (рисунок 1.2) [24]. Основной состав оксидной пленки зависит от состава электролита, концентрации состава и параметров окисления. Большинство исследований показали, что оксидная пленка состоит в основном из аморфного безводного АЬОз. Также будет небольшое количество кристаллического у-А1203 в оксидной пленке, сформированной при окислении по режиму высокой плотности тока. [25].

Рисунок 1.2 - Структура оксидной пленки

Структура и состав оксидной пленки, формируемой при анодировании алюминиевых сплавов разных марок с разными техническими параметрами, весьма различны. Выбор технических параметров определяется требуемой производительностью и применением. Наиболее распространенные методы анодирования и их применения представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Различные методы для анодного оксидирования

Режим Характер пленки Применение

1 2 3

Сернокислотный метод Внешний вид пленки бесцветный и прозрачный, толщина составляет 5-20 мкм. Пористый и легко окрашивается Для подслоя покрытия, декоративными элементами, не подходит для литья.

Хромокислотный метод Внешний вид пленки серый, непрозрачный, толщина составляет 2-5 мкм. Низкая пористость, низкая твердость, хорошая эластичность. Для подслоя покрытия, подходит для литья, электросварки и клепки. Не подходит для алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния и меди.

Щавелевокислый метод Внешний вид пленки серебристый или медный, а толщина 8-20 мкм. Хорошая изоляция. Для электроизоляции

Фосфорнокислый метод Внешний вид пленки бесцветный и прозрачный, толщина составляет 2-15 мкм. Диаметр пор большой, пористость средняя, адсорбционная способность высокая. Для подслоя покрытия, склеивания, эмали или покраски.

Метод упрочнения Внешний вид пленки коричневый, серый или черный, а толщина составляет 250 мкм. Твердость HV400-1500. Температура плавления 2050°С. Напряжение пробоя 2000В. Хорошая коррозионная стойкость и адгезия. Для поршней, цилиндров, подшипников или деталей самолетов.

Продолжение таблицы 1.2

1 2 3

Керамический метод Внешний вид пленки светло-серый и непрозрачный. толщина составляет 6-20мкм. Пленка плотная, адсорбционная способность высокая, адгезия плохая, твердость высокая. Хорошая износостойкость, коррозионная стойкость и изоляция. Для защиты прибора и украшения предметов повседневного спроса

1.1.3 Микродуговое оксидирование алюминия и его сплавов

Микродуговое оксидирование (МДО) - метод поверхностной обработки металлов и сплавов вентильной группы, который заключается в оксидировании поверхности в электролите при обработке электрическими импульсами высокой амплитуды. Большое число исследований, посвященное изучению влияния микродуговой обработки поверхности алюминия и алюминиевых сплавов, показали существенное повышение физических и химических характеристик, таких как твердость поверхности, коррозионная стойкость, электроизоляционные свойства, износостойкость, теплостойкость и другие Происхождение и история развития технологии МДО представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - История развития технологии МДО

Год Исследования

1920г. Т. Дунстан исследовал анодирование алюминиевых сплавов в хроматных электролитах [26].

1932г. А. Гюнтершульце и Х. Бэтс исследовали явление искрового разряда на металлических поверхностях [27].

Продолжение таблицы 1.3

1950г. Дж. Макнил приготовили защитный слой на поверхности металлического кадмия с помощью искрового разряда.

1967г. Дж. О'Дуайер объяснил поведение электронов в процессе электрического пробоя с помощью теории электронной лавины [28].

1971 г. А. Вийх объединил теорию электронной лавины с теорией туннелирования электронов, что заложило теоретическую основу для изучения модели электрического пробоя [29].

1977 г. Институт неорганической химии СО РАН использовал переменный ток для формирования керамических покрытий и назвал данное электрохимическое явление «микродуговым оксидированием» [30]. В том же году Технологический университет Иллинойса в США подготовил керамические покрытия с использованием постоянного тока и назвал данное электрохимическое явление «осаждение анодной искры (ASD-Anodic Spark Depositio)» [31].

1980 г. После 1980-х годов в СССР, США, Германии и других странах последовательно осуществлялось промышленное производство покрытий, формируемых методом микродугового оксидирования [32, 33, 34].

2000 г. Теоретические модельные исследования и техническое усовершенствование микродугового оксидирования для решения различных задач промышленного применения [35, 36].

2015 г. - по наст. время Исследования по систематизации и стандартизации технологии микродугового оксидирования и развитие в направлении автоматического производства [37].

Микродуговое оксидирование фактически развилось из технологии анодного оксидирования при напряжении обработки выше зоны Фарадея. В 1999 г. А.Л. Ерохин в работе [38] представил весь процесс анодирования и микродугового оксидирования с помощью диаграмм зависимости тока от напряжения, и описал электрохимический процесс на поверхности анода при оксидировании (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Диаграмма зависимости тока от напряжения в процессе

оксидирования

Диаграмма «а» в зависимости тока-напряжения представляет собой систему металл-электролит с основным газовыделением либо на поверхности анода, либо на поверхности катода; Диаграмма «Ь» представляет собой систему, в которой происходит образование оксидной пленки [39]. Из рисунка 1.3 (диаграмма «а») видно, что при малом напряжении от 0 до Ш на металлическом электроде (аноде) происходят обычные электрохимические реакции, вокруг анода появляются небольшие пузырьки, и на поверхности электрода образуется пассивирующая пленка. На рисунке 1.3 (диаграмма «Ь») показано, что от Ш до Ш напряжение

постепенно увеличивается, в данном периоде на поверхности металлического электрода протекает реакция анодного окисления с образованием пористой оксидной пленки. В периоде и5 - иб, напряжение увеличивается и превышает напряжение пробоя. В данном периоде анодная оксидная пленка разрушается под действием сильного электрического поля, и на поверхности анода появляются небольшие искры. В периоде иб - и7, напряжение продолжает расти, пробои становится более интенсивным, и на поверхности анода появляется большое количество равномерно распределенных плотных микроискр. При напряжении, превышающем и7, размер искр на поверхности анода постепенно увеличивается, количество искр значительно уменьшается, а некоторые искры уже не перемещаются, а останавливаются в определенных положениях для непрерывного разряда, в этот промежуток времени скорость формирования покрытия замедляется.

В образующейся оксидной пленке присутствуют два основных компонента: а-АЬ03 (тригональная форма кристаллической решетки), у-АЬ03 (кубическая форма кристаллической решетки). В оксидном покрытии а-фаза является наиболее стабильной структурой, температура плавления которой составляет 2000°С, в этом же покрытии у-фаза является пористой и может превращаться в а-фазу при температуре свыше 1200°С. Образованное при МДО оксидное покрытие состоит из поверхностного, основного и переходного слоя, прилегающего к подложке [40].

Поверхностный слой пористый, рыхлый и шероховатый с низким содержанием а-фазы. Структура основного слоя является плотной с наибольшим содержанием а-фазы. Он является наиболее важной частью оксидного слоя и определяет характеристики оксидного покрытия. Основными компонентами в переходном слое являются металл подложки и у-фаза. Данный слой нерегулярно зазубрен и тесно соединен с подложкой.

Разрушение поверхности формирующихся оксидных покрытий на заключительных этапах анодирования Та и А1 при действии электрических импульсов было изучено в работе [114]. Эти исследования в основном касались скорости электрического пробоя в зависимости от приложенного напряжения и

плотности анодного тока.

В то же время продолжались исследования структуры, кинетики роста МДО покрытий и механизма их формирования. В превалирующем большинстве научные работы посвящены подходам, направленным на поиск общих принципов формирования МДО покрытий с заданными физическими свойствами пористости и твердости [115]. Однако, конфликт двух феноменологических механизмов роста и разрушения оксидных пленок в режиме пассивации при микродуговом воздействии до сих пор является не решенной задачей.

Тем не менее технология МДО на сегодняшний день не получила широкого распространения по причине отсутствия систематизированной взаимосвязи параметров, дающей практические рекомендации по достижению оптимального режима оксидирования [41].

Первоначально считалось, что оптимизация технологии МДО должна основываться только на углубленном изучении механизма явления МДО для выявления процесса образования оксидного покрытия. Такие исследования действительно достигли значительных результатов на ранней стадии возникновения технологии МДО. Например, эффективные компоненты в электролите, участвующие в процессе МДО обработки, определены на основе исследования принципа электрохимической реакции [42, 43]. Также определено направление оптимизации электропитания для технологии МДО на основе изучения механизма электрического пробоя [44].

Также при изучении механизма микродугового окисления появились различные модели МДО для интерпретации процесса образования оксидного покрытия. Модели, признанные большинством ученых: модель пробоя пузырьков на аноде [45], модель образования оксида на аноде с использованием напряжения пробоя ив [46], модель на основе туннельного и лавинного эффектов [47] и другие модели.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бао Фэнюань, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузьмин, М.П. Формирование оксидных слоёв на поверхности алюминия и титана / Кузьмин, М.П., Кузьмина М.Ю. // VI Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов алюминиевой и электродной промышленности. -2008. - С.103-104

2. Жиликов, В.П. Исследование динамики коррозии алюминиевых сплавов при испытании в камере солевого тумана (КСТ) / Жиликов, В.П., Каримова С.А., Лешко С.С., Чесноков Д.В.// Авиационные материалы и технологии. -2012.- №2 4(25). - С.18-22.

3. Бенар, Ж. Окисление металлов т. 1. / Бенар, Ж.// Теоретические основы. -1967.

4. Кузьмина, М.Ю. Окисление алюминия и алюминиевых сплавов на воздухе/ Кузьмина, М.Ю., Кузьмин М.П. // Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств: материалы докл. науч.-практ. конф., апр. 2009.-Иркутск. -2009. -С.31

5. Климаков, В.Н. Технология подготовки поверхности и нанесения электрохимических покрытий на алюминий и его сплавы / Климаков, В.Н., Каушпедас З.П., Тиминскас А.С.// Обзор. М.: ЦНИИНТИКПК. -1989.- №№ - С.24.

6. Владимирский, В.Н. Местное химическое оксидирование как метод подготовки поверхности алюминиевых сплавов перед нанесением лакокрасочных покрытий / Владимирский, В.Н., Павловская Т.Г., Офицерова М.Г., Жирнов А.Д.// Авиационные материалы и технологии. -2003.- № 2. -С.78-80.

7. Ситникова, В.Г. Возможности химического оксидирования алюминия / Ситникова, В.Г., Кузьмина М.Ю. // Перспективы развития технологии переработки углеводородных и минеральных ресурсов. -2019. - С.33-36

8. Мелешко, А.В. Раствор для химического оксидирования алюминия и его сплавов / Мелешко, А.В., Плющев А.И., Волколупов В.Н., Куранов А.В.,

Шакунас Н.А., Калинин А.А., Полянин В.Н. -1985.

9. Ситникова, В.Г. Условия и механизм химического оксидирования алюминия и его сплавов / Ситникова, В.Г., Кузьмина М.Ю.// Молодежный вестник ИрГТУ. -2019.- № 9(4). - С.76-81.

10. Sun, B. Research status and development of anti-corrosion surface treatment technology for aluminum and aluminum alloys / Sun, B., Li, K. // Corrosion & Protection. -1998.- № 19(5). - С.195-198.

11. Guo, H. Aluminum and aluminum alloy chemical oxidation process / Guo, H.// Electroplating & Finishing. -2003.- № 22(4). - С.17-18.

12. Hu, X. Chromate treatment technology of aluminum and its alloys / Hu, X. // Electroplating & Pollution Control. -1991.- № 11(5). - С.17-20.

13. Афонин, Е.Г. Способ нейтрализации отработанных растворов, содержащих хром (+ 6) / Афонин, Е.Г. -2010.

14. Зимина, Ю.М. Химическое оксидирование алюминиевого сплава АД-31 в бесхроматных конвертирующих растворах / Зимина, Ю.М. -2009.

15. Buff, H. Ueber das electrische Verhalten des Aluminiums / Buff, H. // Justus Liebigs Annalen der Chemie. -1857.- № 102(3). - С.265-284.

16. Guthe, K.E. On the Theory of the Electrolytic Rectifier / Guthe, K.E.// Physical Review. -1902.- № 15(6). - С.327.

17. Cook, S.R. On the Theory of the Electrolytic Rectifier / Cook, S.R.// Physical Review. -1904.- № 18(1). - С.23.

18. Марков, Г.А. Электрохимическое окисление алюминия при катодной поляризации / Марков, Г.А., Терлеева О.П., Шулепко Е.К.// Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. -1983.- № 7(3). - С.31.

19. Shimizu, K. Development of porous anodic films on aluminium / Shimizu, K., Kobayashi K., Thompson G.E., Wood G.C.// Philosophical Magazine A. -1992.- № 66(4). - С.643-652.

20. Liu, S. Fabrication and application of nanoporous anodic aluminum oxide: A review / Liu, S., Tian J., Zhang W.// Nanotechnology. -2021.- № 32(22). - С.222001.

21. Karayannis, H.S. Effect of the Cl- and SO42- ions on the selective orientation and structure of Ni electrodeposits / Karayannis, H.S., Patermarakis G.// Electrochimica acta. -1995.- № 40(9). - С.1079-1092.

22. Patermarakis, G. Effect of the structure of porous anodic A12O3 films on the mechanism of their hydration and pore closure during hydrothermal treatment / Patermarakis, G., Papandreadis N.// Electrochimica acta. -1993.- № 38(10). -С.1413-1420.

23. Xu, Y. Study on the Pore Formation Process of Porous Aluminum Anodic Oxidation Film / Xu, Y.// Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection. -1989.- № 9(1). - С.1-10.

24. Habazaki, H. Effects of alloying elements in anodizing of aluminium / Habazaki, H., Shimizu K., Skeldon P., Thompson G.E., Wood G.C., Zhou X.// Transactions of the IMF. -1997.- № 75(1). - С.18-23.

25. Shimizu, K. Impurity distributions in barrier anodic films on aluminium: a GDOES depth profiling study / Shimizu, K., Brown G.M., Habazaki H., Kobayashi K., Skeldon P., Thompson G.E., Wood G.C.// Electrochimica acta. -1999.- № 44(13). -С.2297-2306.

26. Gray, J.E. Protective coatings on magnesium and its alloys—a critical review / Gray, J.E., Luan B.// Journal of alloys compounds. -2002.- № 336(1-2). - С.88-113.

27. Gu ntherschulze, A. Neue Untersuchungen uber die elektrolytische Ventilw irkung / Gu ntherschulze, A., Betz, H. // Z. Phys. -1932, - № 78. - C.196-210.

28. O'dwyer, J.J. The theory of avalanche breakdown in solid dielectrics / O'dwyer, J.J.// Journal of Physics Chemistry of Solids. -1967.- № 28(7). - С.1137-1144.

29. Vijh, A.K. Sparking voltages and side reactions during anodization of valve metals in terms of electron tunnelling / Vijh, A.K.// Corrosion Science. -1971.- № 11(6). -С.411-417.

30. Николаев, А.В. Новое явление в электролизе / Николаев, А.В., Марков Г.А., Пещевицкий Б.И.// Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. -1977.- № 5. - С.32-33.

31. Van, T.B. Mechanism of anodic spark deposition / Van, T.B., Brown S.D., Wirtz

G.P.// Am. Ceram. Soc. Bull. -1977.- № 56(6).

32. Федоров, В.А. Формирование упрочненных поверхностных слоёв методом микродугового оксидирования в различных электролитах и при изменении токовых режимов / Федоров, В.А., Белозоров В.В., Великосельская Н.Д., Белозеров В.В.// Физика и химия обработки материалов. -1991.- №2 1. - С.87-93.

33. Kurze, P. Magnesiumlegierungen elektrochemisch beschichten / Kurze, P. // Metalloberfläche. -1994. -№ 48(2). - C.104-105.

34. Malyschev, V. Mikrolicht bogen Oxidation / Malyschev, V. // Met alloberfläche. -1995. - № 49(8). - C. 606-608.

35. Мамаев, А.И. Параметры импульсных микроплазменных процессов на алюминии и его сплавах / Мамаев, А.И., Чеканова Ю.Ю., Рамазанова Ж.М.// Защита металлов. -2000.- № 36(6). - С.659-662.

36. Атрощенко, Э.С. Формирование структуры и свойств покрытий, получаемых микродуговым оксидированием, на изделиях из алюминиевых сплавов / Атрощенко, Э.С., Чуфистов О.Е., Казанцев И.А., Камышанский С.И.// Металловедение и термическая обработка металлов. -2000.- № 10). - С.34-38.

37. Печерская, Е.А. Влияние технологических параметров на свойства покрытий, синтезируемых методом микродугового оксидирования / Печерская, Е.А., Голубков П.Е., Карпанин О.В., Козлов Г.В., Зинченко Т.О., Смогунов В.В.// Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. -2020.- № 2 (32)). - С.89-99

38. Yerokhin, A.L. Plasma electrolysis for surface engineering / Yerokhin, A.L., Nie X., Leyland A., Matthews A., Dowey S.J.// Surface Coatings Technology. -1999.- № 122(2-3). - С.73-93.

39. Tchernenko, V.I. Coatings by Anodic Spark Electrolysis. Russian; 1991.

40. Cao, J. Preparation and Properties of Micro-arc Oxide Film with Single Dense Layer on Surface of 5083 Aluminum Alloy / 40. Cao, J., Fang, Z., Chen, J., Chen, Z., Yin, W., Yang, Y., Zhang, W. // Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection. -2020.- № 40(3). - С.251-258.

41. Аль-Бдейри, М. Обзор методов гальвано-плазменной модификации для

производства анодированных покрытий на сплавах алюминия: микроструктура, свойства и применение / Аль-Бдейри, М.// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. -2020.- №2 22(3). - С.51-59.

42. Malyshev, V. Mikrolichtbogen-oxidation: EIN neuartiges verfahren zur verfestigung von aluminiumoberflachen / Malyshev, V.// Metalloberflaeche. -1995.-№ 49(8). - С.606-608.

43. Пат. 2038428 Российская Федерация, МПК 51 C25D 11/06. Электролит микродугового оксидирования алюминия и его сплавов / Малышев В.Н.; заявитель и патентообладатель Малышев Владимир Николаевич. - № 2038428; заявл. 05.08.1991; опубл. 27.06.1995.

44. Yang, W. Micro-arc oxidation flyback switching power supply and its pulse energy efficacy: Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering. U.D.C : 621.3.

Harbin: Harbin Institute of Technology, 2010. 123p.

45. Hong, C. Micro-arc oxidation mechanism and electrical discharge model / HONG, C., JIAN-MIN H., ZHONG-XU F.// JOURNAL OF CHANG'AN UNIVERSITY. -2008.- № 5(127)

46. Ikonopisov, S. Theory of electrical breakdown during formation of barrier anodic films / Ikonopisov, S.// Electrochimica acta. -1977.- № 22(10). - С.1077-1082.

47. Vijh, A.K. Sparking voltages and side reactions during anodization of valve metals in terms of electron tunnelling / Vijh, A.K.// Corrosion Science. -1971.- № 11(6). -С.411-417.

48. Печерская, Е.А. Алгоритм функционирования интеллектуальной системы синтеза оксидных покрытий / Печерская, Е.А., Голубков П.Е., Карпанин О.В., Артамонов Д.В., Бибарсова А.М., Лысенко А.В.// Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. -2019.- № 2 (28)). - С.85-93.

49. Cao, J. Preparation and properties of Micro-arc Oxide film with single dense layer on surface of 5083 aluminum alloy / Cao, J., FANG Z., CHEN J., CHEN Z., YIN W., YANG Y., ZHANG W.// Journal of Chinese Society for Corrosion protection. -

2020.- № 40(3). - С.251-258.

50. Patent 102621391 CHN, Int. CI. G01R 27/14. On-line test method of micro-arc oxidation load impedance spectroscopy and on-line test system for realizing the method / Yang S.; applicant and patentee Harbin Institute of Technology. - No. 102621391; application 23.03.2012; published on 01.08.2012, Bul.

51. Patent 111647924 CHN, Int. CI. C25D 11/02 C25D 21/12 G01B 11/02 G01R 19/00 G01R 33/07. On-line Monitoring System of Micro-arc Oxidation Film Formation Process / Guo Y.; applicant and patentee Nanjing Tech University. - No. 111647924; application 09.06.2020; published on 20.08.2021, Bul.

52. Голубков, П.Е. Анализ применимости методов измерения толщины диэлектрических слоев при управляемом синтезе защитных покрытий методом микродугового оксидирования / Голубков, П.Е.// Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. -2020.- № 1 (31)). - С.81-92.

53. Беспалова, Ж.И. Исследование процесса формирования оптически черных оксидно-керамических покрытий на поверхности алюминиевого сплава 1160 / Беспалова, Ж.И., Паненко И.Н., Дубовсков В.В., Козаченко П.Н., Кудрявцев Ю.Д.// Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. -2012.- № 5. - С.63-66.

54. Полунин, А.В. Особенности акустической эмиссии при плазменно-электролитическом оксидировании алюминиевого сплава / Полунин, А.В., Растегаев И.А., Криштал М.М.// Surface Coatings Technology. -1999.- № 122.-С.73-93.

55. Бао, Ф. Исследование влияния электрических режимов микродугового оксидирования на морфологию оксидного покрытия на алюминиевом сплаве 1163/ Бао, Ф., Башков О.В., Ли С. // Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований. -2020. - C.14-18

56. Ghidini, T. Fatigue life predictions using fracture mechanics methods / Ghidini, T., Dalle Donne C.// Engineering fracture mechanics. -2009.- № 76(1). - С.134-148.

57. Morozov, N. Dynamics of fracture: Springer Science & Business Media; 2013.

58. Carrara, P. A framework to model the fatigue behavior of brittle materials based on a variational phase-field approach / Carrara, P., Ambati M., Alessi R., De Lorenzis L.// Computer Methods in Applied Mechanics Engineering Failure Analysis. -2020.-№ 361(- С.112731.

59. Paris, P.C. A rational analytic theory of fatigue / Paris, P.C.// Trends Engin. -1961.-№ 13.- С.9-14.

60. Donahue, R.J. Crack opening displacement and the rate of fatigue crack growth / Donahue, R.J., Clark H.M., Atanmo P., Kumble R., McEvily A.J.// International Journal of Fracture Mechanics. -1972.- № 8.- С.209-219.

61. Forman, R.G. Study of fatigue crack initiation from flaws using fracture mechanics theory / Forman, R.G.// Engineering fracture mechanics. -1972.- № 4(2). - С.333-345.

62. Walker, K. The effect of stress ratio during crack propagation and fatigue for 2024-T3 and 7075-T6 aluminum / Walker, K.// -1970.

63. Elber, W. The significance of fatigue crack closure / Elber, W. -1971.- № - С.230-242.

64. Wolf, E. Fatigue crack closure under cyclic tension / Wolf, E.// Engineering fracture mechanics. -1970.- № 2(1). - С.37-45.

65. Jha, S.K. Effect of mean stress (stress ratio) and aging on fatigue-crack growth in a metastable beta titanium alloy, Ti-10V-2Fe-3Al / Jha, S.K., Ravichandran K.S.// Metallurgical Materials Transactions A. -2000.- № 31.- С.703-714.

66. Newman Jr, J.C. A crack opening stress equation for fatigue crack growth / Newman Jr, J.C.// International Journal of Fracture Mechanics. -1984.- № 24.

67. Newman Jr, J.C. Fatigue-life prediction methodology using small-crack theory / Newman Jr, J.C., Phillips E.P., Swain M.// International Journal of fatigue. -1999.-№ 21(2). - С.109-119.

68. Панин, В.Е. Основы физической мезомеханики / Панин, В.Е.// Физическая мезомеханика. -1998.- № 1(1). - С.5-22.

69. Гирсова, С.Л. Эволюция дислокационной структуры и стадийность

деформационных кривых в ГПУ-сплавах циркония: Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук; 2008.

70. Панин, В.Е. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов / Панин, В.Е., Макаров П.В., Немирович-Данченко М.М., Демидов

B.Н., Смолин И.Ю., Черепанов О.И., Псахье С.Г., Негрескул С., Зольников К.П., Коростелев С.Ю. -1995.

71. Панин, В.Е. Физическая мезомеханика поверхностных слоев твердых тел / Панин, В.Е.// Физ. мезомех. -1999.- № 2(6). - С.5-23.

72. Башков, О.В. Построение обобщенной диаграммы усталости алюминиевых сплавов с использованием метода акустической эмиссии / Башков, О.В., Башкова Т.И., Ромашко Р.В., Попкова А.А.// Цветные металлы. -2016.- № 4. -

C.58-64.

73. Yang, L. Research Progress in the Real-Time Acoustic Emission Characterization of Failure in Thermal Barrier Coatings / 73. Yang, L., Zhou, Y., Zhu W.// MATERIALS CHINA. -2020.- № 39(11). - С.878-896.

74. Логанина, В.И. Оценка трещинообразования покрытий с помощью метода акустической эмиссии / Логанина, В.И., Макридин Н.И., Макарова Л.В., Карпов В.Н.// Известия высших учебных заведений. Строительство. -2003.- № 6. - С.35-38.

75. Овчинников, Е.В. Применение акустической эмиссии для определения адгезионных характеристик вакуумных покрытий/ Овчинников, Е.В., Чекан Н.М., Акула И.П., Эйсымонт Е.И., Шагойка А.Г., Кравченко В.И. // Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ-2018). -2018. -C.35-36

76. Кхун Х.Х. Моделирование акустических волн в пластинах при возбуждении источниками с различной длительностью фронта волны / Х.Х. Кхун, Ф. Вао, О.В. Башков // Научно-техническое творчество аспирантов и студентов: материалы всероссийской научно-технической конференции студентов и

аспирантов, Комсомольск-на-Амуре, 2018. - С. 75-78.

77. Xiao F. Experimental study on effect of artificial defects on coal sample damage with different diameter holes / F. Xiao, X. Meng, O.V. Bashkov, F. Bao, L. Lyu, L. Xing // Journal of Heilongjiang University of Science & Technology. 2022. - C. 269-274.

78. Xiao F. Experimental study on mechanical properties and acoustic emission of hole sandstone / F. Xiao, L. Xu, O.V. Bashkov, F. Bao // Journal of Heilongjiang University of Science & Technology. 2020. - C. 231-237.

79. Gong, M. Acoustic Emission Testing of Mechanical Properties of Electroplated-Alumina Coating / 76. Gong, M., Qiao S., Ji H., Zhang C., Han D.// NDT. -2008.- № 289(09). - С.631-634.

80. Merson, D.L. Application of the spectral analysis of acoustic emission signals to studies of vulnerability of TiN coatings on steel substrates / Merson, D.L., Razuvaev A.A., Vinogradov A.Y.// Russian Journal of Nondestructive Testing. -2002.- № 38(7). - С.508-516.

81. Башков, О.В. Исследование влияния толщины азотированного поверхностного слоя на стадийность деформации и разрушения стали 12X18H10T методом акустической эмиссии, корреляции цифровых изображений и анализа диаграмм нагружения / Башков, О.В., Панин С.В., Бяков А.В.// Физическая мезомеханика. -2010.- № 13(6). - С.53-72.

82. Башков, О.В. Стадийность деформации поликристаллических материалов. Исследование акустико-эмиссионным и оптико-телевизионным методами / Башков, О.В., Панин С.В., Любутин П.С., Рамасуббу С., Бяков А.В.-2014.-C150-154

83. Зубова, Е.М.Применение метода акустической эмиссии к исследованию процесса накопления повреждений функционального керамического покрытия / Зубова, Е.М., Лобанов Д.С., Струнгарь Е.М., Вильдеман В.Э., Лямин Ю.Б.// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2019.- № 1. - С.39-49.

84. Дударева, Н.Ю. Влияние режимов микродугового оксидирования на свойства формируемой поверхности / Дударева, Н.Ю.// Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. -2013.- № 17.3(56). - С.217-222.

85. Bashkov, O.V. Acoustic emission that occurs during the destruction of coatings applied by microarc oxidation on an aluminum alloy / Bashkov, O.V., Li X., Bao F., Kim V.A., Zhou C.// Materials Today: Proceedings. -2019.- № 19.- С.2522-2525.

86. Заявка на патент на изобретение № 2022124254 Российская Федерация. Способ мониторинга и управления процессом микродугового оксидирования / О. В. Башков, Ф. Бао: заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Комсомольский-на-Амуре государственный университет» - № 2022124254; заявл. 12.09.2022

87. Ikonopisov, S. Theory of electrical breakdown during formation of barrier anodic films / Ikonopisov, S.// Electrochimica acta. -1977.- № 22(10). - С.1077-1082.

88. Kencanawati, N.N. Acoustic emission sources of breakdown failure due to pulsed-electric discharge in concrete / Kencanawati, N.N., Shigeishi M.// Construction Building Materials. -2011.- № 25(4). - С.1691-1698.

89. Башков, О.В. Программно-аппаратный комплекс для регистрации и обработки сигналов, локации и идентификации источников акустической эмиссии / Башков, О.В., Парфенов Е.Е., Башкова Т.И.// Приборы и техника эксперимента. -2010.- № 5. - С.67-72.

90. Bashkov, O.V. Investigation of the Influence of Electrical Modes on the Morphology and Properties of Oxide Coatings on Aluminum Alloy 1163, Obtained by the Microarc Oxidation. / 86. Bashkov, O.V., Bao F., Li X., Bashkova T.I. // Current Problems and Ways of Industry Development: Equipment and Technologies: Springer. 2021. -C. 87-95

91. Li, X. The research of the features destruction of the of oxide coatings on aluminum alloy by using the method of acoustic emission/ Li, X., Bashkov O.V., Bao F., Kim

V.A., Zhou C., Shakirova O.G. // Journal of Physics: Conference Series. -2019. -C.012050

92. He, Z. Effects of Current Density on Thickness and Hardness of Microarc Oxide Film / He, Z., Tang P.// SURFACE TECHNOLOGY. -2003.- № 32(3). - С.21-24.

93. Хохлов, А.Л. Влияние режимов микродугового оксидирования на образование оксидированного слоя / Хохлов, А.Л., Уханов Д.А., Глущенко А.А., Марьин Д.М., Степанов В.А.// Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. -2013.- № 3(23). - С.128-131.

94. Yang, H. Effects of Forward Voltage on Micro-arc Oxidation Film on 6061 Aluminium Alloy / 90. Yang, H., Liu, C., Wu, S.// FOUNDRY TECHNOLOGY. -2014.- № 35(6). - С.1225-1227.

95. Bryansky, A.A. PCM bearing capacity prediction criteria development based on registered AE parameters./ 91. Bryansky, A.A., Bashkov, O.V., Bashkov, I.O., Solovev, D.B. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing. -2020. -№ 459(6). -C.062105.

96. Башков, О.В. Исследование процесса образования трещин на ранних стадиях их развития в алюминиевом сплаве 1163/ Башков, О.В., Ким В.А., Гадоев Г.А. // Производственные технологии будущего: от создания к внедрению. -2018. -C.21-26

97. Дегтярь, Л.А. Закономерности электроосаждения блестящих цинковых покрытий из электролитов-коллоидов / Дегтярь, Л.А., Куц А.А., Жукова И.Ю. // Фундаментальные и прикладные вопросы электрохимического и химико-каталитического осаждения и защиты металлов и сплавов. -2020. - C.49-49

98. Шайко-Шайковский, А.Г. Обзор применения акустической эмиссии для выявления микро-и нанодефектов / Шайко-Шайковский, А.Г., Богорош А.Т., Воронов С.А., Марченко Е.В.// Надежность и качество сложных систем. -2016.- № 1 (13). - С.47-57.

99. Яворский, Б.И. Расчет цифровых полосовых фильтров типа Чебышева / Яворский, Б.И., Домбровский З.И. -1981.

100. Панин, С.В. Комбинированное исследование особенностей деформации плоских образцов и образцов с надрезом на микрои мезоуровнях методами акустической эмиссии и построения карт деформации поверхности / Панин, С.В., Башков О.В., Семашко Н.А., Панин В.Е., Золотарева С.В.// Физическая мезомеханика. -2004.- № 7(S2). - С.303-306.

101. Панин, С.В. Стадийность локализованной пластической деформации при растяжении образцов сплава Д16АТ по данным акустоэмиссии, картирования деформации на поверхности и тензометрии. I. Образцы с отверстиями различного диаметра / Панин, С.В., Бяков А.В., Любутин П.С., Башков О.В.// Дефектоскопия. -2011.- № 9. - С.47-61.

102. Harris, D.O. Continuous monitoring of fatigue-crack growth by acoustic-emission techniques: Purpose of this investigation was to further explore the relationship between crack-growth characteristics and acoustic-emission variables such as instrumentation gain and sensor frequency. The threshold conditions for crack detection were also investigated / Harris, D.O., Dunegan H.L.// Experimental Mechanics. -1974.- № 14(2). - С.71-81.

103. Morton, T.M. Effect of loading variables on the acoustic emissions of fatigue-crack growth: Objective of research described in this paper was to conduct a preliminary assessment of the effect of loading variables on acoustic emissions during fatigue-crack growth. Work was also aimed at presenting methods of utilizing the results in a practical manner to assure safe-life of engineering structures / Morton, T.M., Smith S., Harrington R.M.// Experimental Mechanics. -1974.- № 14.- С.208-213.

104. Daniel, I.M. Acoustic emission monitoring of fatigue damage in metals / Daniel, I.M., Luo J.J., Sifniotopoulos C.G., Chun H.J.// Nondestructive Testing Evaluation. -1998.- № 14(1-2). - С.71-87.

105. Свид. о регистр. программы для ЭВМ. «Программа разделения сигналов акустической эмиссии и сигналов шума с использованием искусственной нейронной сети» / Бао Ф. - № 2019666083; заявл. 21.11.2019; опубл. 04.12.2019.

106. Башков, О.В. Исследование деформационно-технологических характеристик

стали 12Х18Н10Т / Башков, О.В., Ким В.А., Лончаков С.З., Физулаков Р.А., Белова И.В.// Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. -2019.- № 1(1). - С.77-83.

107. Mallat, S.G. A theory for multiresolution signal decomposition: the wavelet representation / Mallat, S.G.// IEEE transactions on pattern analysis machine intelligence. -1989.- № 11(7). - С.674-693.

108. Егоршин, П.Е. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ / Егоршин, П.Е., Гуськов Д.О., Семунин В.В.// Теория и практика современной науки. -2018.- № 3. - С.194-197.

109. Zhang, X. Influence law model of micro-arc oxidation process parameters on coating thickness / Zhang, X., Xiong, S., Xu, Q., Liu, B.// Materials Protection. -2004.- № 37(8). - С.19-20.

110. Guo, X. Research Progress of Micro-arc Oxidation Treatment of Magnesium Alloy Surface / 105. Guo, X., Peng, G., Zhang, X.// Jiangxi Nonferrous Metals. -2009.- № 23(2). - С.34-37.

111. Попова, Н.Е. Исследование анодно-катодного микродугового оксидирования магний-алюминиевого сплава Ма2 / Попова, Н.Е., Попова С.С., Серянов Ю.В., Поволоцкий Е.Г.// Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. -2008.- № S1. - С.62-66.

112. Shi, M. Establishment and Experimental Study of Micro-arc Oxidation Process Parameters of Titanium Alloy and Mathematical Model of Ceramic Film / Shi, M., Li, H.// Journal of Yunnan University. -2015.- № 37(1). - С.102-110.

113. Сканави, Г.И. К вопросу о тепловом и электрическом пробое твердых диэлектриков / Сканави, Г.И.// Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. -1956.- № 91.- С.7-26.

114. Klein, N. Electrical breakdown: II. During the anodic growth of aluminum oxide / Klein, N., Moskovici V., Kadary V.// Journal of the Electrochemical Society. -1980.-№ 127(1). - С.152.

115. Трушкина, Т.В. Морфология и пористость поверхности оксидных покрытий / Трушкина, Т.В., Михеев А.Е., Гирн А.В., Алякрецкий Р.В., Раводина Д.В.// Сибирский аэрокосмический журнал. -2014.- № 2(54). - С.144-148.

116. Михеев, А.Е. Химические процессы при микродуговом оксидировании / Михеев, А.Е., Трушкина Т.В., Гирн А.В., Раводина Д.В., Ивасев С.С.// Сибирский аэрокосмический журнал. -2013.- № 2 (48). - С.212-215.

117. Трушкина, Т.В. Влияние технологических режимов микродугового оксидирования на пористость и коррозионную стойкость сплава системы Al-Mg-Sc / Трушкина, Т.В., Михеев А.Е., Сиденко Н.А., Раводина Д.В., Гирн А.В.// Сибирский аэрокосмический журнал. -2016.- № 17(4). - С.1072-1076.

118. Позняк, С.К. Получение светопоглощающих покрытий на титане методом микроплазменного анодирования/ Позняк, С.К., Мальтанова А.М., Перевозников С.С., Цыбульская Л.С. // Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка. -2019. - C.70-76

119. Qiu, J. Preparation and properties of local coatings on 5083 aluminum alloy by spraying micro-arc oxidation / Qiu, J., Shuai G., Ma S.N.// China Surface Engineering. -2015.- № 28(5). - С.105-110.

120. Владимиров, Б.В. Влияние состава электролита на свойства сплава МА2-1 при микродуговом оксидировании / Владимиров, Б.В., Крит Б.Л., Людин В.Б., Морозова Н.В., Суминов И.В., Эпельфельд А.В.// Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. -2014.- № 324(2). -С.143-148.

121. Rathod, V.B. Partial Discharge Detection and Localization in Power Transformers based on Acoustic Emission: Theory, Methods, and Recent Trends / Rathod, V.B., Kumbhar G.B., Bhalja B.R.// IETE Technical Review. -2022.- № 39(3). - С.540-552.

122. Jayakumar, T. A review of the application of acoustic emission techniques for monitoring forming and grinding processes / Jayakumar, T., Mukhopadhyay C.K.,

Venugopal S., Mannan S.L., Raj B.// Journal of materials processing technology. -2005.- № 159(1). - С.48-61.

123. Boinet, M. Application of acoustic emission technique for in situ study of plasma anodising / Boinet, M., Verdier S., Maximovitch S., Dalard F.// NDTE International. -2004.- № 37(3). - С.213-219.

124. Дударева, Н.Ю. Влияние режимов микродугового оксидирования на механические свойства образцов из алюминиевого сплава / Дударева, Н.Ю., Бутусов И.А., Кальщиков Р.В.// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2014.- № 4. -С.102-117.

125. Li X. The research of the features destruction of the of oxide coatings on aluminum alloy by using the method of acoustic emission / X Li., O.V. Bashkov, F. Bao, V.A. Kim, C. Zhou, O.G. Shakirova // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2019. vol.281, №1, pp. 012050.

126. Матвиенко Ю.Г. Акустико-эмиссионные свойства оксидных тензоиндикаторов и распознавание сигналов при образовании трещин в хрупком слое покрытия / Ю.Г. Матвиенко, И.Е. Васильев, В.И. Иванов, С. В. Елизаров // Дефектоскопия. -2015.- № 1. -С.48-60.

127. Бао Ф. Исследование кинетики разрушения микродуговых оксидных покрытий на алюминиевом сплаве в условиях деформации растяжением / Ф. Бао, О.В. Башков, С. Ли // Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований. 2019. - С. 26-29.

128. Башков О.В. Исследование особенностей разрушения алюминиевых сплавов с оксидными покрытиями методом акустической эмиссии / О.В. Башков, Ф. Бао // Всероссийская конференция с международным участием «Актуальные проблемы метода акустической эмиссии» (АПМАЭ-2021). 2021. - С. 130.

129. Qin, Z. Effects of shot peening with different coverage on surface integrity and fatigue crack growth properties of 7B50-T7751 aluminum alloy / Qin, Z., Li B., Zhang H., Wilfried T.Y.A., Gao T., Xue H.// Engineering Failure Analysis. -2021.-

№ - С.106010.

130. Бао Ф., Башков О.В., Чжан Д., Люй Л., Башкова Т.И. Исследование влияния режимов микродугового оксидирования на морфологию и параметры оксидного покрытия, наносимого на алюминиевый сплав Д16АТ // Frontier Materials & Technologies (Вектор науки тольяттинского государственного университета), 2023. № 1. - С. 7-21.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

УТВЕРЖДАЮ

Технический директор МИП ООО «ЭСКО»

АКТ

использования результатов диссертационной работы Бао Фэнюань в Малом инновационном предприятии ООО «ЭСК

Комиссия МИП ООО «ЭСКО» в составе:

- Миронов О.И. - начальник отдела экспертизы (председатель),

- Ермоленко Д.В. - заведующий лабораторией неразрушающего контроля,

- Кривобоков A.A. - специалист по неразрушающему контролю,

рассмотрев материалы диссертации Бао Фэнюань, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, установила, что результаты диссертационной работы могут быть использованы при проведении неразрушающего контроля с применением метода акустической эмиссии и техническом диагностировании технических устройств опасных производственных объектов.

При проведении экспертизы промышленной безопасности технических устройств опасных производственных объектов (грузоподъемных кранов; сосудов, аппаратов и трубопроводов, работающих под давлением; резервуаров для хранения взрыво-, пожаро- и химически-опасных веществ) метод акустической эмиссии используется как информативный метод неразрушающего контроля и метод контроля безопасности проведения гидравлических испытаний.

В проводимой МИП ООО «ЭСКО» работе по экспертизе промышленной безопасности и гидравлическим испытаниям начиная с августа 2022 г. используется методика классификации сигналов акустической эмиссии (программа для ЭВМ № 2019666083) и критерии прогнозирования повреждений изделий и конструкций из алюминиевых сплавов с оксидным покрытием в слабокоррозионной среде при циклической нагрузке.

В разработке акустико-эмиссионного оборудования и описанных методик Бао Фэнюань принимал участие как разработчик.

Комиссией принято решение о дальнейшем использовании МИП ООО «ЭСКО» полученных результатов научно-исследовательской деятельности Бао Фэнюань при проведении неразрушающего контроля и испытаний оборудования и конструкций, выполненных из алюминиевых сплавов с оксидными покрытиями.

Председатель: Члены комиссии:

О.И. Миронов Д.В. Ермоленко A.A. Кривобоков