Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Исследование электролитического формования сложнопрофилированных износостойких авиационных деталей в сульфаматном электролите никелирования

Диссертация: Исследование электролитического формования сложнопрофилированных износостойких авиационных деталей в сульфаматном электролите никелирования
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Представленная работа посвящена усовершенствованию технологического процесса по электролитическому формованию износостойких сложнопрофилированных изделий из никеля. В ней предложен комплекс мероприятий, направленных на разработку методики получения суспензий сульфаматного электролита с наномодификаторами и на внедрение данной методики в общую методику электролитического формования никелевых… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Объект исследования
    • 1. 2. Электролитическое формование
      • 1. 2. 1. Механизм и кинетика образования композиционных электрохимических покрытий
      • 1. 2. 2. Композиционные электрохимические покрытия на основе никеля
    • 1. 3. Электролиты никелирования. Сульфаматный электролит никелирования
    • 1. 4. Анализ применения различных наномодификаторов для структурирования материалов в процессе электролитического формования
    • 1. 5. Цель и задачи исследования
  • Выводы
  • Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ НИКЕЛЯ В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ФОРМОВАНИЯ
  • Выводы
  • Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЕДИМЕНТАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НАНОМОДИФИКАТОРОВ В СУЛЬФАМАТНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ
    • 3. 1. Исследование седиментационной устойчивости суспензий сульфаматного электролита никелирования с различными наномодификаторами
    • 3. 2. Исследование седиментационной устойчивости суспензий различных наномодификаторов в сульфаматном электролите никелирования с добавлением поверхностно-активного вещества
  • Выводы

Глава 4. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ФОРМОВАНИЯ НИКЕЛЕВЫХ ПРОТИВОАБРАЗИВНЫХ ЗАЩИТНЫХ ОКОВОК. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ФОРМОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ.

4.1. Оборудование, применяемое в процессе электролитического формования никелевых противоабразивных защитных оковок.

4.2. Экспериментальная установка для электролитического формования наноструктурированных образцов изделий.

4.3. Технологическая оснастка. Моделирование опытной технологической оснастки для электролитического формования противоабразивной защитной оковки.

Выводы.

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОСАЖДЕНИЕ НИКЕЛЯ.

В РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОЛИТА НА ПЛОСКИЕ ЗАГОТОВКИ. СВОЙСТВА ПОЛУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ.

5.1. Нанесение поверхностного слоя никеля на металлические заготовки в различных системах электролита с полученными оптимальными значениями элементов систем.

5.2. Физико-механические свойства никелевых образцов.

5.3. Физико-механические свойства наномодифицированных никелевых образцов.

Выводы.

Исследование электролитического формования сложнопрофилированных износостойких авиационных деталей в сульфаматном электролите никелирования (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

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 получить электролитическим формованием. Возможно изготовление указанным методом накладок (оковок) переменного сечения для защиты лопастей летательных аппаратов, резервуаров давления, газогенераторов, трубчатых тонкостенных деталей переменного сечения, формообразующих вставок пресс-форм.

Электролитическое формование успешно применяется для изготовления сложнопрофилированных тонкостенных деталей. Трудоемкость изготовления деталей данным методом в 3−5 раз ниже, чем при использовании механической обработки, а коэффициент использования металла достигает 0,80−0,95. Кроме этого, электролитическое формование перед механической обработкой или штамповкой имеет такие преимущества, как высокая точность воспроизведения сложного геометрического профиля, при этом сложность рельефа не увеличивает трудоемкости процессанизкая стоимость оснастки и оборудованиявозможность многократного использования формидентичность деталей, снимаемых с форм.

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 последнее десятилетие в гальванопластике нашло применение электроосаждение вольфрама, молибдена, ниобия, циркония, тантала и других редких металлов из расплавов, а также осаждение алюминия из органических растворов.

Сравнительные испытания металлов на абразивный износ показали, что наибольшую стойкость имеет электроосажденный никель, который одновременно хорошо противостоит и дождевой эрозии. Электролитические осадки никеля обладают хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью, а также повышенной механической прочностью при температурах ниже нуля. Эти свойства обеспечивают широкое применение никеля для электролитического формования различных деталей. Свойства осадков никеля в значительной степени зависят от состава используемых электролитов, а также от режимов осаждения. Этим широко пользуются на практике при получении деталей с определенными механическими характеристиками. Никель, вследствие сильно выраженной склонности к пассивированию, достаточно стоек против атмосферной коррозии. Коррозионная стойкость никелевых осадков в солевом тумане и в промышленной атмосфере сравнима с коррозионной стойкостью металлургических сплавов на основе никеля, а также коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т. Из-за высоких механических свойств никель применяют для восстановления изношенных деталей машин, 5 гальванопластического изготовления конструкционных элементов, которые трудно или даже невозможно изготовить обычными механическими методами. В химической промышленности никелем покрывают детали, подверженные воздействию крепких щелочей. На предприятиях электролитическим формованием изготавливают ответственные детали для авиационной промышленности.

Одновременно с необходимостью увеличения ресурса деталей стоит задача по разработке технологии соединения разнородных металлов и сплавов. Одним из возможных способов является формирование зон сцепления с использованием наноматериалов.

Развитие технологий, связанных с исследованием, созданием и использованием наноматериалов, привело к кардинальным изменениям во многих сферах человеческой деятельности — в электронике, информатике, материаловедении, энергетике, машиностроении, биологии, медицине, сельском хозяйстве, экологии.

Представленная работа посвящена усовершенствованию технологического процесса по электролитическому формованию износостойких сложнопрофилированных изделий из никеля. В ней предложен комплекс мероприятий, направленных на разработку методики получения суспензий сульфаматного электролита с наномодификаторами и на внедрение данной методики в общую методику электролитического формования никелевых образцов в сульфаматном электролите.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Проведен анализ применения различных наномодификаторов в качестве второй фазы электроосажденных материалов с целью их упрочнения и повышения износостойкости. А также проанализированы способы наноструктурирования материалов для улучшения их физико-механических характеристик с целью повышения ресурса авиационных изделий, изготавливаемых электролитическим формованием.

2. На основе технологии электролитического формования тонкостенных сложнопрофилированных деталей разработана методика эксперимента по наноструктурированию никеля в процессе электролитического формования.

3. Исследована седиментационная устойчивость таких наномодификаторов, как порошки оксидов алюминия и титана, фуллерена С60 и фуллереновой смеси. Определен наномодификатор и его оптимальная концентрация, при которой наблюдался максимум седиментационной устойчивости.

4. Продемонстрирована периодичность изменения полидисперсности частиц фуллеренов в водной среде и в электролите в зависимости от различных концентраций ПАВ и самих частиц фуллеренов и найдены оптимальные концентрации ПАВ (0,003 г на 100 мл электролита) и частиц фуллеренов (0,025−0,02 г на 100 мл электролита), отражающие высокую дисперсность частиц.

5. Разработана схема экспериментальной установки для наноструктурирования никелевых образцов, получаемых электролитическим формованием, подобран основной состав лабораторного оснащения. Смоделирована опытная технологическая оснастка для электролитического формования противоабразивной защитной оковки на примере оковки ЛБВ 1 для лопасти воздушного винта самолета АН — 140 с использованием программы Solid Works.

6. На основе разработанной методики получен новый композиционный материал на основе никеля с дисперсной фазой фуллерена С60 путем электролитического осаждения. Проведены исследования состава, структуры и твердости полученного материала. Было выявлено, что, встраиваясь в структуру электролитического никеля, фуллерен С60 способствует повышению твердости на 13−17% и износостойкости в 1,5 раза полученного композиционного материала «никель + фуллерен С60» в сравнении с электролитическим никелем без дисперсной фазы.

7. Полученные результаты используются для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание и освоение технологии изготовления наноструктурированных износостойких сложнопрофилированных изделий из никеля на основе базовой технологии электролитического формования.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.И., Яр-Мухамедов Ш.Х. О механизме высокотемпературного окисления карбидизированных хромовых защитных покрытий // Физика твердого тела. —Киев-Донецк, 1983.С. 58−61.
  2. С.А. Практикум по физической и коллоидной химии — 4-е изд., испр. и доп. — М.: Просвещение, 1972. — 278 с.
  3. А.И., Гусев И. В. Получение композиционных покрытий методом химического осаждения. — Л.: Наука, 1979. — 56 с.
  4. Т.М., Солженикина Л. П. Использование гальванопластических процессов для изготовления сложнопрофилированных деталей — Казань, Филиал полиграф, комбината им. К. Якуба, 1988. — 102 с.
  5. П.А., Жорник В. И., Комаров А. И., Комарова В. И. Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем // МИФИ. 2002. 393 с.
  6. Л.В., Хейфец В. Л. Технологические схемы очистки и состава электролита при электролизе никеля // Цветные металлы. М., 1973 — № 9. — С.1−4
  7. Г. А., Вансовская K.M. Промышленная гальванопластика / Под ред. Вячеславова П. М. Л.: Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1986.-105с.
  8. Гальванотехника: Справочное издание Ажогин Ф. Ф., Беленький М. А., Галль И. Е. и др. М.: Металлургия, 1987. — 736 с.
  9. Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник / Зубченко В. Л., Захаров В. И., Рогов В. М. и др.- Под общ. ред. В. Л. Зубченко. М.: Машиностроение, 1989. — 672 с.
  10. В.Г. Износостойкость композиционных материалов на основе нитрида и карбида кремния, инфильтрованных керамическими расплавами // Огнеупоры и техническая керамика. 2000. — № 3. — С.7 — 10.
  11. A.M. Изготовление точных полых деталей методом гальванопластики — М., 1949.
  12. Г. С., Авербах К. О., Музыченко Т. А. Влияние природы поверхностно-активных веществ на распад гидропероксидов в коллоидных системах // Коллоидный журнал. — М., 1978. — Т.40 № 4. — С.763−765.
  13. Г. С., Авербах К. О., Музыченко Т. А. Пенообразующая способность растворов солей органических и кремний органических эфиров сульфокарбоновых кислот // Коллоидный журнал. 1978. Т.40. № 1. с. 121−123.
  14. Д.В. Электродные процессы в сульфаматных электролитах с анионными добавками при осаждении сплава никель кобальт: Дисс. канд. хим. наук: 02.00.05 / КХТИ им. С. М. Кирова. — Казань, 1984. — 243 с.
  15. С.К. Алмазные композиционные конструкционные материалы // Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ). 2004. — С. 63−67.
  16. Г. Н., Заричняк Ю. П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов — Л.: Энергия, 1974. — 264 с.
  17. О.В. Влияние состава смесей поверхностно-активных веществ на токи и потенциал осаждения металлов и сплавов: Дисс. канд. хим. наук. — Ростов н/Д., 2003. — 226 с.
  18. Т.Н., Зазулоков И. В. О влиянии поверхностно-активных веществ на испарение электролита при электрорафинировании меди // Цветная металлургия. М., 1989. —№ 2. — С. 94−101.
  19. В.И., Калиниченко A.C., Кукареко В. А. Материалы, технологии и оборудование для упрочнения и восстановления деталей машин. — Минск: Технопринт, 2003. — 390 с.
  20. Защита металлов / Антропов Л. И., Быкова М. И., Шкляная И. В., Настенко И. Я. — Киев, 1981. Т. 17, № 4. — С. 420−424.
  21. Интернет ресурс: http://www.galvanotehnika.info/
  22. Интернет ресурс: Гальванические ванны http ://www. gal vanicrus .ru/for engineers/vann.php
  23. H.H., Антипов Л. В. Возможности увеличения скорости осаждения металлов и изменения их физико-механических свойств— К., 1988. — 102 с.
  24. Использование ПАВ в технологии электрорафинирования никеля/ Галанцева Т. В., Сущев A.B., Ковалев СВ., Кубасов В. Л. — СПб.: Проблемы комплексного использования руд: Тезисы докладов I Международного симпозиума, 1994. —262 с.
  25. Использование гальванопластических процессов для изготовления сложнопрофилированных деталей / Волкова Т. М., Солженикина Л. П. — Казань: Филиал полиграф, комбината им. КЯкуба, 1988. — 102 с.
  26. История авиационного материаловедения. ВИАМ 75 лет поиска творчества, открытий / под ред. E.H. Каблова. — М.: Наука, 2007. — 343 с.
  27. E.H. 70 лет Всероссийскому научно-исследовательскому институту авиационных материалов (ВИАМ) // Перспективы и задачи авиационного материаловедения в XXI веке. — М.: Техника воздушного флота, 2002. — Т.76, № 1. С.1−14.
  28. .Я. Гальванопластика в промышленности — М., 1955.
  29. .Я., Балашова H.H., Рождественская А. К. Электроосаждение никеля с низкими внутренними напряжениями из сульфаминовых электролитов // Труды ВНИИзвукозаписи. М., 1961. Вып. 9.
  30. В.И., Щеголев С. Ю., Лаврушин В. И. Характеристические функции светорассеяния дисперсных систем. Саратов: Изд-во Сарат. унта, 1977.- 177.
  31. А.Н., Назаров И. М., Ибрагимов И. М. Основы нанотехнологии в технике — М.: Академия, 2009. — 240 с.
  32. H.A. Теоретическое обоснование и разработка технологических режимов электроосаждения металлов импульсным током: Автореф. дис. докт. техн. наук. Кишинев: КСХИ, 1983. 41с.
  33. Т.Г., Жук Н.П., Опара Б. К. // Защита металлов. — М., 1970. Т.5, № 5. — С. 591−593.
  34. Н.Т. Электролитические покрытия металлами— М.: Химия, 1979. —237 с.
  35. И.И., Кубасов В. Л. Метод определения концентрации анионоактивных ПАВ в растворах никелевого и цинкового электролитов // Цветные металлы. М., 1997. — № 2. — С. 27−30.
  36. C.B., Абузин Ю. А. Высоконаполненные композиционные материалы системы AL порошок SIC // Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ). — 2004. — С. 127−129.
  37. Материалы научно-практической конференции «Технология и оборудование для производства лопастей вертолетов из полимерных композиционных материалов» / НИАТ. Казанский филиал. Казань: Филиал Полиграф, комбината им. К. Якуба, 1984.
  38. A.C., Дундене Г. В. Применение новых производных тиомочевины в качестве блескообразующих добавок // Защита металлов. -1991. Т. 27, № 2. — С. 311−314.
  39. A.C., Дундене Г. В. Влияние реверсированного тока на наводороживание стали при электрооосаждении никеля из сульфатного электролита в присутствии солей диалкилдиаминоэфиров // Защита металлов. 1992. — Т. 28, № 5. — С. 806−810.
  40. Оборудование для нанесения гальванических, химических и анодизационных покрытий — М., 1973
  41. Н.В. Гальванотехника в декоративном искусстве — М., 1974
  42. Опыт и перспективы использования в отрасли электролитического формования для изготовления сложнопрофилировнных деталей: Обзор./ Разраб. Г. А. Волянюк- НИАТ. Казанский филиал. Казань: Филиал Полиграф, комбината им. К. Якуба, 1987.
  43. ОСТ 1.42 402 88 Электролитическое формование тонкостенных сложнопофилированных деталей. — Казань: Изд-во НИАТ, 1989. — 134 с.
  44. Л.И., Закиров P.M. Изготовление сложнопрофилированных деталей повышенной износостойкости методом электролитического формования // Вестник НТУ «ХПИ». 2008. — № 32. — С. 119 — 123.
  45. Патент РФ (RU) № 2 273 685 от 10.04.2006 г. «Гальванопластический способ формообразования сложнопрофилированных деталей и устройство для его осуществления».
  46. Патент РФ (RU) № 2 274 683 от 20.04.2006 г. «Гальванопластический способ формовки сложнопрофилированных деталей и устройство для его осуществления».
  47. Патент РФ (RU) № 60 940 от 10.02.2007 г. «Устройство для гальванопластического формообразования сложнопрофилированных деталей».
  48. Патент 3 640 799, 1972 г. (США)
  49. В.П. Практикум по прикладной электрохимии / Под ред. С. М. Белоглазова — Калининград: Калинингр. гос. ун-т, 2000. — 45 с.
  50. А.Н., Никитин В. А., Шахматкин Б. А. и др. Астралены -углеродные наномодификаторы фуллероидного типа // Теория и практикатехнологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ). 2004. — С. 147−154.
  51. Л.Я. Гальванопластика — Л., 1961.
  52. Применение нанотехнологий в металлургической отрасли может оказаться одним из эффективных решений в условиях финансового кризиса // METAPROM.RU индустриальный портал http://www.metaprom.ru/pub376.html.
  53. Л.С., Каковкина В. Г. Коррозия и защита конструкционных материалов. —Куйбышев, 1968.
  54. С.Б., Чернова Р. К., Штыков Н. Поверхностно-активные вещества. —М.: Наука, 1991. —255 с.
  55. P.C. Неорганические композиционные материалы. М.: Химия, 1983.-304 с.
  56. P.C. Комбинированные электрохимические покрытия и материалы — М.: Химия, 1972. — 168 с.
  57. P.C. Композиционные покрытия и материалы. — М.: Химия, 1977. —272 с.
  58. P.C. // ЖВХО им. Д. И. Менделеева. — М., 1980. — Т. 25. С. 169−174.
  59. Сайфуллин P.C.//ЖПХ — М., 1967. — Т.40, № 10. — С. 2273−2276.
  60. Л.Э., Левинскене A.M. Некоторые свойства растворов бромистого алюминия в ксилоле // Электрохимия, 1966. — Т. 2, вып. З С. 353−355.
  61. Современная кристаллография / Под ред. Б. К. Вайнштейна, A.A. Чернова, Л. А. Шувалова. — М.: Наука, 1979. Т.1. — 384 с.
  62. Технический отчет. Разработка технологического процесса и оборудования для нанесения алмазно-абразивных покрытий на профильную рабочую часть кругов для электрохимического шлифования / КФ НИАТ. Казань, 1980.
  63. Технический отчет. Изготовление экспериментальных образцов оковок с износостойким покрытием на основе никеля для противоабразивной защиты лопастей изделия «80» / КФ НИАТ. Казань, 1979.
  64. Ю.В., Губаревич Т. М., Ореховская Т. И. и др. Гальванотехника и обработка поверхности. 2000, — Т. 7, № 1. С. 20.
  65. В.И. Композиционные электроосаждаемые материалы. — Кишинев, 1976. —76 с.
  66. К.Н., Лазарев Г. Е., Егорова Л. В. и др. Никелевые покрытия повышенной твердости и износостойкости // Защита металлов. 1971.
  67. И.Г., Сайфуллин Р. С. // Труды Казан, хим. технолог, инта — 1974. — № 54. — С. 122−128.
  68. В.Н. Электрохимическое осаждение композиционных покрытий на основе никеля и меди: кинетические закономерности и свойства осадков: Автореф. дис.. д-ра. техн. наук— Саратов, 2009. — 40 с.
  69. A.M., Ильин В. А. Краткий справочник гальванотехника. 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние. 1981. -269 с.
  70. R.C. // Plating. 1954. — 41. — № 9.
  71. Brachthauser К. Metalloberflache. — Германия, 1968. — 22 с.
  72. Codeposition of Nanodiamonds with Chromium / Mandich N.V., Dennis J.K. // Metal Finishing. 2001. — V.99, No 6. — P. 117−119.
  73. Cooper G. Journal of Materials Science. — Scotland, 1967.
  74. Hammond R.A.F. //Metal Finish. 1970. — 16. -№ 186.
  75. Hammond R.A.F. // Galvano. 1971. — 40. — № 419−420.
  76. Harris S.J., Boden P.J. Electroplat. and Metal Finish. — Trans. Inst., 1973. — 26 c.
  77. Hillig W.M. Ceramic matrix composites by means of melt infiltration // Ceram. Eng. Sci. Proc. 1987. -V.8, № 7/8. -P.834−838.100
  78. M., Osterman A. // Galvanotechnik. — Berlin, 1976. — № 6. — P.452−458.
  79. Kerber A., Velken S.V. Liquid phase sintered silicon carbide: productions, properties and possible applications // Fourth Euro Ceramics. 1995. — V.2. -P.177−184.
  80. Metal Finish. 1965. — 7. -№ 130−131.
  81. J.L. // Plating. 1966. — 53. — № 1.
  82. E. // Am. J. Botany. 1946. — V. 33, № 1. — P. 58−80.
  83. Metal Finish / Harris S.J., Baker A.A., Hall A.F., Bache R.J. — Trans. Inst., 1971. —49 c.
  84. Meyer K. Physikalische Chemische Kristallographie.— Leipzig: VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, 1977. — 368 s.
  85. Saifullin R.S. Dispersionsschichten. — Berlin: VEB Verlag Technik, 1978. — 128 s.
  86. H. //Ree. trav. Chim. 1965. — Vol. 84. № 5. — P. 771−781.
  87. H. // Fette. Seifen. Anstrichm. 1964. — Bd. — № 5. — S. 380−383.
  88. F.L. // Metall Progress. 1964. — 86. — № 4−5.
  89. L.F. // Metal Finish. 1973. — 71. — № 2−3.
  90. Symposium on Electroforming Aplications. Uses and Properties of Electroformed Metals. — ASTM Spec. Tech. Pub., 1962— № 318.
  91. J.C., Abrams E.F. // Plating. 1968. — 55. — № 6.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?