Синтез керамических композиционных покрытий на металлах с повышенными прочностными и антикоррозионными свойствами методом микродугового оксидирования

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-73-00025

НазваниеСинтез керамических композиционных покрытий на металлах с повышенными прочностными и антикоррозионными свойствами методом микродугового оксидирования

Руководитель Марков Михаил Александрович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей» имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» , г Санкт-Петербург

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые слова Керамика, оксид алюминия, нанотехнологии, покрытия, функциональные покрытия, плазменное электролитическое оксидирование, микродуговное оксидирование, нанокомпозиты, оксидные покрытия, «холодное» газодинамическое напыление

Код ГРНТИ55.22.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Принцип микродугового оксидирования (МДО) основан на том, что при пропускании тока большой плотности через границу раздела металл-электролит создаются условия, когда на поверхности металла возникают микроплазменные разряды с высокими локальными температурами. Результатом действия разрядов является формирование покрытия, представляющего собой керамику, которая образуется за счет окисления поверхности металла. В доступной научной литературе отсутствует информация о теоретических и практических способах получения многокомпонентных керамических покрытий методом МДО композиционных алюминиевых материалов, т. е. реализации способа сохранения структуры и физико-химических свойств тугоплавких компонентов в плазме. Научная проблема заключается в обосновании закономерностей изменения состава и структуры оксидируемой поверхности композиционных алюминиевых материалов (сопротивление керамических компонентов к окислению) в зависимости от технологических (задаваемых) параметров МДО-процесса. Научная значимость исследования заключается в определении возможности регулирования структуры и физико-химических свойств композиционных МДО-покрытий (контролируемое окисление) путем обоснования химического состава окисляемой поверхности и разработки принципиально новой технологии МДО, получение покрытий с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. Оценка тенденций развития композиционных керамических покрытий на основе оксида алюминия в зарубежных источниках позволяет судить, что они найдут широкое применение в машиностроении и кораблестроении (сопрягаемые контактные узлы), в атомной промышленности (защита металлов от износа и коррозии в среде жидкометаллических сред). Решение конкретной задачи направлено на возможность разработки новых МДО-покрытий на основе корунда с твердостью не менее 10 ГПа, относительной плотностью не менее 0,9, однородностью структуры, адгезией к металлической основе не ниже 40-60 ГПа, высокой износостойкостью в контакте со стальными материалами на уровне твердых сплавов, высокой стойкостью к коррозии при температурах 100-600 0C в агрессивных средах (соляной «туман», жидкий металл), толщину покрытий можно варьировать в широком диапазоне от 50 до 800 мкм, пористость должна составлять не более 5-8 %. Научная новизна поставленной задачи заключается в следующем: - будут установлены закономерности синтеза и изменения содержания основной фазы оксида алюминия (корунда) в покрытиях при микродуговом оксидировании алюминия в типовых и нетиповых электролитах в зависимости от технологических режимов МДО; - будут созданы новые способы модифицирования алюминиевой поверхности упрочняющими керамическими композициями, которые будут выступать как окисляемый слой для МДО, и промежуточный функционально-градиентный слой между металлической подложкой и покрытием; - впервые будут определены закономерности МДО композиционных алюминиевых покрытий в зависимости от технологических режимов процесса, контролируемых в узком диапазоне; - будут разработаны и освоены новые объективные методы оценки трибологических свойств тонкослойных МДО-покрытий

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Марков М.А., Фадин Ю.А., Сычев С.В., Красиков А.В., Быкова А.Д., Беляков А.Н., Жуков А.С. Oscillatory Processes under Friction in Materials and Coatings Based on Aluminum Journal of Friction and Wear, Vol. 40. - № 2. - pp. 146–150 (год публикации - 2019)
10.3103/S1068366619020089

2. Марков М.А.. Каштанов А.Д., Красиков А.В., Быкова А.Д., Геращенков Д.А., Макаров А.М., Перевичлов С.Н. Corrosion-resistant ceramic coatings that are promising for use in liquid metal environments Key Engineering Materials (год публикации - 2019)

3. Макаров А.М., Геращенков Д.А., Александров С.Е., Марков М.А., Беляков А.Н., Быкова А.Д. Study of the method of obtaining functional interest-metallic coatings based on Ni-Ti reinforced with WC nanoparticles Key Engineering Materials (год публикации - 2019)

4. Кузнецов Ю.А., Марков М.А., Красиков А.В., Быстров Р.Ю., Беляков А.Н., Быкова А.Д., Макаров А.М., Фадин Ю.А. Формирование износостойких и коррозионностойких керамических покрытий комбинированными технологиями напыления и микродугового оксидирования Журнал прикладной химии (переводная версия: Russian Journal of Applied Chemistry) (год публикации - 2019)

5. Геращенков Д.А., Макаров А.М., Быстров Р.Ю., Бобкова Т.И., Беляков А.Н., Быкова А.Д., Марков М.А., Фармаковский Б.В. Technological aspects of obtaining functional gradient coatings to protect machinery from wear Key Engineering Materials (год публикации - 2019)

6. Марков М.А., Кузнецов Ю.А., Красиков А.В., Быкова А.Д., Фадин Ю.А., Беляков А.Н. Исследование характеристик керамических покрытий, полученных микродуговым оксидированием на постоянном и переменном токах в силикатно-щелочном электролите трение и износ (переводная версия: Journal of Friction and Wear) (год публикации - 2019)

7. Марков М.А., Кузнецов Ю.А., Красиков А.В., Быкова А.Д., Макаров А.М. Комбинированные технологии получения износостойких и коррозионностойких покрытий на алюминии и его сплавах для изделий авиационной и морской техники, как альтернатива анодированию Сборник докладов Международной технической конференции «Коррозия, старение и биостойкость материалов в морском климате» ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, С. 124-134. (год публикации - 2018)

8. Марков М. А., Красиков А. В., Быкова А. Д., Макаров А. М. Технология синтеза функциональных керамических покрытий на металлах методом микродугового оксидирования сборник докладов 11-го Международного симпозиума «Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы, сварка», г. Минск. – 2019. - С.- 145-153. (год публикации - 2019)

9. Марков М.А., Красиков А.В., Геращенков Д.А., Быкова А.Д. Плазменное электролитическое оксидирование, как метод защиты металлических материалов от коррозии Сборник докладов в IV Всероссийской научно-технической конференции «Климат-2019». Современные подходы к оценке воздействия внешних факторов на материалы и сложные технические системы» ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ (год публикации - 2019)

10. М.А. Марков, Б.В. Фармаковский, А.В. Красиков, А.Д. Быкова, С.Н. Перевислов, А.Н. Беляков Application Method for Protective and Electrical Insulating Ceramic Coatings by Microarc Oxidation Under Excess Pressure Conditions Refractories and Industrial Ceramics, Vol. 60. - № 3. - P. 268-270. (год публикации - 2019)
10.1007/s11148-019-00350-w

11. А.Д. Быкова, М.А. Марков, А.В. Красиков, А.Н. Беляков, А.М. Макаров Study of the formation of functional ceramic coatings on metals Journal of Physics: Conference Series, Ser. 1400 055008. – P. 1-6. (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1400/5/055008

12. Марков М.А., Кузнецов Ю.А. Красиков А.В., Быкова А.Д., Фадин Ю.А., Кравченко И.Н., Беляков А.Н., Перевислов С.Н. Исследование характеристик керамических покрытий, полученных микродуговым оксидированием на постоянном и переменном токах в силикатно-щелочном электролите Проблемы машиностроения и автоматизации, №1. – С. 43-51. (год публикации - 2020)

13. Марков М.А., Красиков А.В., Быкова А.Д.. Кузнецов Ю.А. Кравченко И.Н., Перевислов С.Н., Богданов И.А. Технологические особенности формирования пористых функциональных керамических покрытий на алюминии методом микродугового оксидирования в силикатных электролитах Сварочное производство (ожидается выпуск англоязычной версии в переводном журнале Scopus "Welding International"), № 3. – С. 23- 29. (год публикации - 2020)

14. Марков М.А., Фадин Ю.А., Безенкина О.Н., Быкова А.Д., Беляков А.Н. Разработка метода оценки износостойкости алюмооксидных керамических материалов Новые огнеупоры (ожидается выпуск англоязычной версии в переводном журнале Scopus "Refractories and Industrial Ceramics"), № 12. – С. 28-31. (год публикации - 2019)

15. Марков М.А., Быкова А.Д. Исследование способов упрочнения керамических покрытий, формируемых методом плазменного электролитического оксидирования Сборник докладов Международной научной конференции «XXIV Туполевские чтения (школа молодых ученых)», г. Казань., с. 59-64. (год публикации - 2019)

Публикации