Кафедра защиты металлов и технологии поверхности
Зав. кафедрой
Основным направлением научной деятельности кафедры является разработка новых материалов и химических технологий. В рамках этого направления ведутся фундаментальные и прикладные работы:
- разработка методов и приборов мониторинга свойств материалов, изделий и конструкций,
- разработка теоретических основ управления процессами модификации поверхности,
- оптимизация технологий формирования покрытий с заданными функциональными свойствами,
- развитие и применение вакансионной термодинамической модели поверхностного слоя металлов,
- разработка новых методов интенсификации физико-химических процессов, проводимых с целью получения защитных покрытий на поверхности сплавов;
- разработка режимов для получения износостойких, защитно-коррозионных, с высоким пределом выносливости и адгезией к металлической основе оксидных и оксидно-керамических покрытий на образцах и изделиях из сплавов, в том числе и на крупногабаритных образцах сложной геометрической конфигурации, из химически активных сред: окислительной, газовой, водных растворов, электролитов.
Основные научные и технические результаты
В рамках изучения твердофазных реакций между сплавом и пленкой оксида и тонких пленок на металлах и сплавах разработана адсорбционная термодинамическая модель окисления сплавов Fe-Cr и Ni-Cr. Согласно этой модели адсорбция компонента сплава с меньшей поверхностной энергией (Fe, Ni) смещает равновесие твердофазной реакции окисления сплава в направлении обогащения оксидной пленки оксидом Fe или Ni. Показано, что константа равновесия твердофазной реакции окисления сплава определяется как вкладом энергии Гиббса термохимической реакции окисления Fe, Ni или Cr, так и поверхностной энергии сплава. Модель применима для расчета процессов высокотемпературного окисления сплавов и их электрохимической пассивации в водном растворе. В качестве термодинамической характеристики состава оксидной пленки, полученной пассивацией, использовался критический потенциал активации пассивного Fe-Cr сплава. Зависимость его величины от содержания Cr в сплаве имеет практическое значение для защиты сплавов от коррозии. Проведено исследование тонких оксидных пленок на алюминии, легированного микродобавкой Sn, для получения высокоактивного состояния анодного протектора для защиты нелегированной стали от коррозии.
Проведены многочисленные испытания по кинетике роста оксидно–керамических и металлических покрытий на поверхности промышленных сплавов из различных электролитов с применением различных электрических режимов. Исследованы свойства, фазовый состав и структура получаемых композиционных покрытий на основе металлов и оксидов. Выбраны оптимальные составы электролитов и электрические режимы. Разработаны представления о механизме протекания электрохимических процессов микродугового оксидирования металлов и сплавов и процессов нанесения металлических гальванических покрытий. Однако представленная модель является несколько упрощённой, так как в ней не рассмотрено влияние наночастиц, содержащихся в электролите, на кинетику и механизм роста покрытий на поверхности металлических изделий.
Экспериментально показана принципиальная возможность получения нанопорошков за счет высокотемпературного окисления металлических материалов на воздухе и в азоте после обработки в насыщенных водных растворах электролитов или при введении активатора в среду окисления.
Показана возможность нанесения металлокерамических покрытий с улучшенными защитно-декоративными свойствами электрохимическим методом при соблюдении заданного гидродинамического и электрического режима и поддержании определенной степени структурированности электролита. Используются эмульсионно-суспензионные системы с применением специальных добавок, таких как фактуробразующая коллоидная добавка, нанопорошки оксидов и ультрадисперсного алмаза для осаждения металлокерамических покрытий на основе меди и никеля. Комплекс этих параметров позволит получать покрытие с прогнозируемой степенью шероховатости и блеска, с заданной толщиной. Для реализации преимуществ предлагаемых процессов необходимо проведение исследований взаимосвязи основных параметров (адгезионной прочности покрытия, степени шероховатости поверхности, коэффициента отражения света, степени структурированности электролита, режимов электрокристаллизации и концентрации новых добавок), а также определение на основе результатов исследований экономически оптимальных режимов нанесения покрытий.
Установлена возможность интенсификации электрохимических процессов, направленных на получение защитных, декоративных оксидных и металлических покрытий на поверхности различных металлических материалов при введении небольших добавок активаторов на основе фторсодержащих соединений в жидкую или газообразную среду. Необходимы дальнейшие исследования по доработке механизма влияния изменения электронного состояния поверхности сплавов на кинетику протекания физико–химических процессов и разработка нового метода на его основе; единой модели о механизме влияния наночастиц на интенсификацию электрохимических процессов.
В области фундаментальных исследований продолжается разработка модельных представлений о механизме формирования нанопорошков термическим методом с использованием активаторов и влиянии наночастиц на интенсификацию электрохимических процессов нанесения защитно-декоративных покрытий с целью обоснования временного интервала протекания электрохимических процессов формирования покрытий, в котором наночастицы, кислотные остатки солей внедряются в оксидное покрытие. Эти результаты позволяют уточнить механизм протекания процессов нанесения оксидно-керамических и металлических покрытий с более высокими функциональными свойствами.
Методами электрохимической вольтамперометрии, мессбауэровской и оже-спектроскопии, вторичной масс-спектороскопии и рентгеновской дифракции изучено электрохимическое поведение, структура и химический состав поверхности аморфного сплава
Fe-Si-B-Nb-Cu-P на начальный стадиях структурной релаксации.
Показано, что отжиг в интервале температур 518 – 558º К приводит к появлению склонности сплава к пассивации при анодной поляризации, причем процесс сопровождается уменьшением величины критического тока пассивации. Определены кинетические характеристики процесса, установлено, что отжиг вызывает формирование областей ближнего упорядочения по типу фосфида Fe2P, обладающего ковалентным типом связи. Отжиг в интервале температур 573 – 618º К вызывает формирование зон сегрегаций атомов меди (в объеме и в области поверхности), обладающих высокой катодной эффективностью и также увеличивающих склонность сплава к пассивации при анодной поляризации и являющихся областями гетерогенного зарождения кристаллов α-Fe. В рамках соответствующей диффузионной модели определены кинетические и активационные параметры диффузии атомов фосфора и меди в приповерхностной области лент сплава.
Изучено коррозионно-электрохимическое поведение ортопедических стоматологических сплавов кобальта (Целлит-К), титана (ВТ1-0) и золота (Супер-КМ) в растворе, имитирующем биологическую среду полости рта (искусственная слюна), при температурах 37 и 50º С в интервале pH = 5–9 в условиях естественной аэрации и принудительной деаэрации аргоном. Показано, что изменение параметров биологической среды оказывает заметное влияние на механизм и кинетику электрохимического растворения всех сплавов, при этом важная роль принадлежит природе сплавов. Наибольший вклад в изменение электрохимических характеристик входит деаэрация, которая в зависимости от температуры среды может вызывать как увеличение скорости анодного растворения (Целлит-К), так и способствовать переходу сплава в процессе анодной поляризации к активному электрохимическому растворению (потере способности к пассивации, ВТ1-0). Проведенная оценка скорости коррозии по результатам измерения токов анодного растворения вблизи стационарных потенциалов указывает на необходимость учета природы сплавов и специфики биологической среды полости рта пациента при анализе причин преждевременных разрушений стоматологических ортопедических конструкций.
Заказчики, партнеры, соисполнители работ
ИФХ РАН,
ИФТТ РАН,
ФИАН,
ГосНИИГА,
комплекс им. »,
корпорация МИГ,
компания «Даймлер-Крайслер»,
,
компания HILTI,
,
,
ГУП «Мосводоканал»,
ГУП «Мосгортепло»,
Федеральное агентство по образованию РФ,
Министерство промышленности, науки и технологии РФ,
МКНТ.
Выполнение хоздоговорных и госбюджетных тем
1. Рособразование, темплан: «Образование и рост фаз в металлических и оксидных наноматериалах и тонких оксидных пленках»;
2. Рособразование, темплан: «Создание функционально направленных материалов с заданными свойствами»;
3. Рособразование, АВЦП «Развитие потенциала высшей школы ( годы)»: «Термодинамика и кинетика процессов на границах раздела конденсированных фаз»;
4. Грант РФФИ: «Разработка термодинамической модели твердофазных реакций между сплавом и оксидной пленкой в процессе высокотемпературного окисления сплавов и их пассивации в водном растворе»;
5. Х/д: «Повышение коррозионной стойкости деталей из магниевых сплавов…»;
6. Х/д: «Повышение механических и коррозионных свойств магниевых сплавов, используемых в изделиях ИЛ, за счет оптимизации состава, режимов термообработки и плазменного электролитического оксидирования (ПЭО)»;
7. Х/д: «Проведение коррозионных испытаний по ГОСТ образцов стали Ст. 3»
Основные публикации
1. Влияние силиката натрия на механизм роста оксидно-кеpамических покрытий при микpодуговом оксидировании алюминиевых сплавов/ , Pакоч А. Г., Хла Мо и др. // Коррозия: материалы, защита. – 2007. – № 1. – С. 28–33.
2. Коррозионная стойкость сплава Д16 с оксидно-керамическими покрытиями, полученными методом микродугового оксидирования в силикатных электролитах /, , и др. // Коррозия: материалы, защита. – 2007. – № 4. – С. 23–27.
3. Механизм и кинетические особенности микродугового оксидирования магниевого сплава МЛ5пч в электролитах, содержащих NH4F./ , , и др. // Коррозия: материалы, защита. – 2007. – №9. – С. 7–13.
4. Экзотермическое окисление дна каналов разрядов при микродуговом оксидировании алюминиевых сплавов. / , , и др. // Коррозия: материалы, защита. – 2007. – №12. – С. 36.
5. , , Аносова диагностика совместимости стоматологических металлических материалов после термической обработки под нанесение керамических покрытий // Изв. Вузов. Цветная металлургия. – 2007. – №5. – С.70–78.
6. Формирование характера проводимости оксидно-пассивных пленок на поверхности аморфных сплавов системы Fe-Si-B-Nb-Cu на ранних стадиях структурной релаксации./ , , и др..//Коррозия: защита и материалы. – 2007. – №12. – С.54–56.
7. Андреев равновесие на межфазовой границе металл/оксидный слой в реакциях окисления Ni, Cr и их сплавов // Журнал физической химии. – 2007. – Т.81. – №6. – С.1106–1112.
8. Андреев предпосылки высокой скорости диффузии в поверхностном слое металлических электродов. // Защита металлов. – 2007. – Т.43. – №1. – С.18–24.
9. , Андреев расчет критических потенциалов селективного растворения сплавов в системах Ag-Au и Cu-Au. //Защита металлов. – 2007. – Т.43. – №3. – С.112–117.
10. , , Сафонов потенциалы активации пассивных Fe-Cr сплавов в серной кислоте. // Коррозия: материалы, защита. – 2007. – №12. – с.9–13.
11. Электрохимическая активация алюминиевого анодного протектора в бесхлоридном растворе за счет легирования оловом./ , , и др.// Технология легких сплавов. – 2007. – №2. – С.127–133.
12. , , Дуб и старение воздушных судов при длительной эксплуатации – М.: Логос, 2007 – 224с.
Участие в выставках и конференциях
1. Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2007», Одесса: Черноморье, 2007.
2. IV Всероссийская научно-практическая конференция «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении». Пенза, 2007.
3. V Международная выставка-конференция «Антикор-Гальваносервис-2007», Москва, 007.
4. Int. Congress «EuroInterfinish-2007», Athens, Greec2007.
Защита диссертационных работ,
1. Хла Мо. Оптимизация процесса микродугового оксидирования алюминиевых и магниевых сплавов. Дис. …к. т.н., май 2007.
2. Габралла Мохаммед Эльхаг. Влияние электрического режима на свойства микродуговых покрытий, формируемых на сплаве Д16. Дис. … к. т.н., ноябрь 2007.
3. Кутырев методов термодинамического расчета активного растворения сплавов. Дис. ... к. х.н., декабрь 2007.
Контактные телефоны и почта
– заведующий кафедрой, проф., д. т.н.
Тел.: 230–45–17.
E-mail: *****@***ru
