Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

аспирант Марьин Д.М., к.т.н., доцент Хохлов А.Л.,

к.т.н., доцент Глущенко А.А.

Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П. А. Столыпина, Россия

СТРУКТУРА И ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ОКСИДИРОВАННОГО СЛОЯ НА ДНИЩЕ И ПОРШНЕВЫХ КАНАВКАХ ПОРШНЯ ДВС

На основании многочисленных исследований [1-3] установлено, что микродуговое оксидирование (МДО) является универсальным и перспективным методом теплоизоляции днища поршня и упрочнения канавок под поршневые кольца поршней ДВС. Формирование оксидированного слоя на днище поршня и канавках под поршневые кольца позволит не только снизить теплонапряженность, но и увеличить износостойкость поршней двигателей.

Целью данного исследования являлось изучение элементного состава оксидированного слоя на днище поршня и канавках под поршневые кольца методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) с рентгеновским микроанализом.

Объект исследований представлял шлиф фрагмента поршня (рис.1) из алюминиевого сплава толщиной около 1 мм.

2 3 1 4
а	б

Рис.1 Шлиф фрагмента поршня: а) макрофотография образца с указанием маршрутов элементного анализа; б) изображение поверхностных слоёв образца при минимально возможном увеличении микроскопа

В исследованиях использовался комплекс, состоящий из автоэмиссионного растрового микроскопа сверхвысокого разрешения Zeiss SUPRA 55VP в комплекте с энергодисперсионным спектрометром Inca Energy 350, волновым спектрометром Inca Wave 500 и системой регистрации и анализа дифракции отраженных электронов HKL EBSD Premium System. В исследованиях также использовалась мера ширины и перехода специальная МШПС-2.0К, внесенная в Государственный реест средств измерений.

Элементный анализ проводился по 4-м маршрутам (в весовых процентах), указанным на рис.1. Все маршруты имели протяженность около 100 мкм от поверхности и состояли из 10 точек (первая точка – наиболее близкая к поверхности).

Маршрут 1

Рис. 2 Микрофотография поверхности излома шлифа поршня с оксидированным днищем

Рис. 3 Элементный состав оксидированного слоя

Маршрут 2

Рис. 4 Микрофотография поверхности излома поршня с оксидированным днищем

Рис. 5 Элементный состав оксидированного слоя

Маршрут 3

Рис. 6 Микрофотография поверхности излома поршня с оксидированным днищем

Рис. 7 Элементный состав оксидированного слоя

Маршрут 4

Рис. 8 Микрофотография поверхности излома поршня с оксидированным днищем

Рис. 9 – Элементный состав оксидированного слоя

В результате проведенных исследований установлено, что поверхность оксидированного слоя имеет четкий рельеф, шероховатость и неоднородна по своему составу. В оксидированном слое сквозные каналы пор отсутствуют, что обеспечит высокие защитные свойства оксидированного слоя, и позволит обеспечить высокие теплоизоляционные свойства для защиты поршня.

Результаты элементного состава в атомных концентрациях, нормализованных к 100 %, с учётом всех зарегистрированных элементов, показали следующее. Основным элементом исследованного слоя является кремний и алюминий. Материал слоя обогащен по кислороду, по сравнению с материалом матрицы.

Содержание кислорода в оксидированном слое по 1 маршруту (днище поршня) увеличилось на 25,9 %, по маршруту 2 на 5,3 %, по 3 и 4 маршрутам, соответственно, на 13 и 2,7 %, по сравнению с типовым поршнем. При этом, наибольшее обогащение по глубине наблюдается на 2 и 3 маршрутах. Это подтверждает образование оксидов алюминия (α- и γ-коррунд), что согласуется с теорией МДО.

Литература:

1. Патент на полезную модель № 130003 РФ Поршень двигателя внутреннего сгорания / Д.М. Марьин, Д.А. Уханов, В.А. Степанов, А.Ш.Нурутдинов, А.А. Хохлов // Опубл. 10.07.2013; Бюл. № 19.

2. Marin, D.M. Hardening grooves under the piston rings of the piston internal combustion engine /D.M. Marin, A.L. Khokhlov, A.A. Khokhlov //The materials of the IX international scientific - practical conference «The modern conveniences of science - 2013». - Part 74. Technical sciences: Prague. Publishing House «Education and Science» ltd - p. 6-9.

3. Марьин, Д.М Результаты теоретических и экспериментальных исследований теплонапряженности поршня ДВС с оксидированным днищем ДВС / Д.М. Марьин, А.Л. Хохлов, Д.А. Уханов, А.А. Глущенко // Нива Поволжья г. Пенза. №2 (27), 2013 – с 100-104.