Właściwości gradientowych warstw węglowych na bazie tlenku glinu

Abstract

Zastosowanie aluminium i jego stopów w węzłach kinematycznych maszyn roboczych wymaga modyfikacji warstwy wierzchniej Al. Rozwiązaniem problemu małej twardości aluminium i podatności do tworzenia sczepień adhezyjnych we współpracy tribologicznej - jest anodowa powłoka tlenkowa otrzymywana metodą anodowania twardego. Kolumnowo-włóknista struktura, uzyskiwanego elektrolitycznie tlenku glinu, umożliwia uzyskanie na jego bazie (osnowie) kompozytów, w których zaimplementowany składnik dyspersyjny pozwala modyfikować właściwości anodowej powłoki tlenkowej. Autor pracy, w wyniku analizy literatury sformułował tezę o możliwości uzyskania na bazie tlenku glinu materiału kompozytowego o gradientowej zmianie zawartości węgla lub jego związków, zapewniającej płynną zmianę właściwości mechanicznych od powierzchni do podłoża oraz korzystną zmianę właściwości tribologicznych w niesmarowanych węzłach tarcia maszyn roboczych, wykorzystując proces uszczelniania warstw tlenkowych w kwasach organicznych. Przedstawiona dysertacja składa się z dwóch części: literaturowej oraz badawczej. W części literaturowej, obejmującej ponad 230 pozycji bibliograficznych (w większości zagranicznych wydanych po 1995 r.), autor zawarł aktualny stan wiedzy dotyczącej metod otrzymywania i właściwości powłok tlenkowych na aluminium. Przegląd bibliograficzny obejmował swą tematyką również metody wytwarzania kompozytów na bazie tlenku glinu oraz opis procesu i metod uszczelniania powłok tlenkowych. W części badawczej autor przedstawił wieloetapową procedurę: opracowania technologii wytwarzania gradientowej warstwy węglowej, doboru przeciwtriboelementu w postaci tworzywa PEEK/BG, metod badawczych, umożliwiających potwierdzenie gradientowości właściwości mechanicznych i składu chemicznego, a także realizacji celu utylitarnego, jakim jest możliwość aplikacji uzyskanej warstwy w skojarzeniach ślizgowych. Optymalizacja technologii pozwoliła na wyłonienie najbardziej korzystnych parametrów dwuetapowego procesu uzyskania gradientowej warstwy węglowej. Warstwy powierzchniowe o zwiększonej zawartości węgla (do 28% węgla wydzielonego w procesie obróbki cieplno-chemicznej) można uzyskać na bazie anodowej powłoki tlenkowej wytwarzanej metodą anodowania twardego stopu aluminium EN AW-AlMg2 w wodnym roztworze kwasu siarkowego, szczawiowego i ftalowego w temperaturze 308 K, uszczelnianej następnie w wodnym roztworze kwasu bursztynowego w czasie 20 minut w temperaturze 368 K (co umożliwia częściowe uszczelnienie). Tak uzyskany nowy materiał, oprócz zwiększonej zawartości węgla, charakteryzuje się gradientową zmianą struktury, własności mechanicznych i składu chemicznego w poprzek grubości, z tego względu można go określić mianem gradientowej warstwy węglowej. Ponadto uzyskana modyfikacja warstwy wierzchniej aluminium zapewnia niski współczynnik tarcia (0,05) we współpracy tribologicznej bezsmarowej ślizgowej z nowoczesnym niskotarciowym kompozytem PEEK/BG, w warunkach odpowiadających współpracy pierścieni uszczelniających z cylindrem w sprężarkach bezsmarowych. Zaletami gradientowej warstwy węglowej są również: wysoka mikrotwardość (wzrost mikrotwardosci w stosunku do APT nie poddanej obróbce cieplnochemicznej) oraz korzystna struktura geometryczna powierzchni, z punktu widzenia zastosowania w ślizgowych węzłach tribologicznych. Właściwości gradientowej warstwy węglowej zapewniają również dużą odporność na zużycie tribologiczne węzła ślizgowego tworzywo PEEK/BG - warstwa gradientowa. Uzyskana gradientowa warstwa węglowa na bazie tlenku glinu jest nowym materiałem, mogącym znaleźć zastosowanie praktyczne w niesmarowanych węzłach ślizgowych.