Исследование выхода вещества по энергии при плазменно-электролитическом оксидировании

 

Кузнецов Ю.А., Кулаков К.В. (ФГОУ ВПО ОрелГАУ, г.Орел, РФ)

 

The test results of the substance output by energy at plasma electrolytic oxidation are given in the article.

 

С принятием федерального закона № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 года «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» перед ремонтным производством встает вопрос о разработке энерго- и ресурсосберегающих технологий восстановления и упрочнения деталей машин.

В настоящее время при восстановлении и упрочнении деталей машин все большее распространение получает способ плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) (другие названия: микродуговое, микроплазменное, анодно-искровое), позволяющий значительно увеличить ресурс восстановленных соединений.

Целью данной работы являлось исследование выхода вещества по энергии при ПЭО, который является важнейшей характеристикой процесса.

В ходе исследований изучались затраты энергии на получение единицы массы формируемых ПЭО покрытий на сплавах АК7ч и АО3-7.

Полный выход вещества по энергии определяли делением разницы масс образцов (рис. 1) после и до ПЭО на затраченную энергию.

Рисунок 1 – Общий вид образца для исследований выхода вещества по энергии

 

Для определения эффективного выхода вещества по энергии поверхность образцов после ПЭО шлифовали наждачной шкуркой до удаления рыхлого слоя покрытия, затем взвешивали и делили разницу масс образцов после шлифования и до ПЭО на затраченную энергию. Для подсчета израсходованной электроэнергии использовали счетчик трехфазного переменного тока типа HN₄ – CA4.

Концентрацию метасиликата натрия в электролитах варьировали в пределах 4…20 г/л. Концентрация гидроксида калия была постоянной и составляла 2 г/л. Плотность тока изменяли в пределах 15…40 А/дм².

Установлено, что на выход вещества по энергии существенное влияние оказывает плотность тока и состав электролита.

Повышение плотности тока приводит к увеличению выхода вещества по энергии вне зависимости от марки сплава (рис. 2). Так, например, при Д_Т  =15 А/дм² полный выход вещества по энергии на сплаве АК7ч составляет 0,18 г/кВт×ч, на АО3-7 – 0,14 г/кВт×ч. При увеличении плотности тока до 40 А/дм² выход вещества по энергии на исследуемых сплавах составляет 0,39 и 0,35 г/кВт×ч соответственно. После снятия верхнего рыхлого слоя покрытия эффективный выход вещества по энергии на оксидируемых сплавах в диапазоне плотностей тока 15…40 А/дм² составил следующие значения: на сплаве АК7ч – 0,08…0,22 г/кВт×ч, на сплаве АО3-7 – 0,04…0,16 г/кВт×ч.

 

Рисунок 2 – Влияние плотности тока на полный выход вещества по энергии на сплавах T = 90 мин; = 15 г/л: 1 – сплав АК7ч; 2 – сплав АО3-7.

 

Было установлено, что рациональная плотность тока для указанных выше сплавов составляет 25…30 А/дм². Превышение указанных плотностей приводит к формированию некачественных покрытий; при этом эффективный выход вещества по энергии фактически остается на прежнем уровне (рис. 3).

C увеличением концентрации метасиликата натрия в электролите полный выход вещества (рис. 4) по энергии возрастает. Так, например, в диапазоне концентрации Na₂SiO₃ – 5…30 г/л на оксидируемых сплавах он составил: на сплаве АК7ч – 0,20…0,80 г/кВт×ч; на АО3-7 – 0,18…0,75 г/кВт×ч. Из рисунка 5 видно, что рациональная концентрация Na₂SiO₃ в электролите  находится в пределах 14…20 г/л. При этом эффективный выход вещества по энергии (рис. 5) при указанной концентрации Na₂SiO₃ составит: на сплаве АК7ч – 0,18…0,24 г/кВт×ч, на сплаве АО3-7 – 0,13…0,14 г/кВт×ч.

Рисунок 3 – Влияние плотности тока на эффективный выход вещества по энергии на сплавах (без рыхлого слоя). T = 90 мин; = 15 г/л: 1 – сплав АК7ч; 2 – сплав АО3-7

 

Рисунок 4 – Влияние концентрации Na₂SiO₃ на полный выход вещества по энергии на сплавах. T = 90 мин; Д_Т = 25 А/дм²: 1 – сплав АК7ч; 2 – сплав АО3-7

 

Рисунок 5 – Влияние концентрации Na₂SiO₃ на эффективный выход вещества по энергии на сплавах. T = 90 мин; Д_Т = 25 А/дм²: 1 – сплав АК7ч; 2 – сплав АО3-7

 

Очевидно, что в концентрированном электролите покрытие формируется преимущественно за счет компонентов Na₂SiO₃, в частности кремнезема.

Исследование энергетических параметров ПЭО показало, что для обеспечения эффективного выхода вещества по энергии оксидирование вышеуказанных сплавов рекомендуется проводить при концентрации метасиликата натрия в электролите 15…16 г/л и плотности тока 25…30 А/дм².