Разработка новых научных подходов синтеза полимерсодержащих слоев на сплавах цветных металлов с использованием плазменной электролитической обработки и распыления фторорганических дисперсий

В настоящее время в различных отраслях промышленности все большее применение в качестве конструкционных и функциональных материалов находят сплавы таких цветных металлов, как магний (авиастроение, автомобильная промышленность), алюминий (химическая и аэрокосмическая промышленности) и титан (авиа- и судостроение). Благодаря сочетанию низкой удельной плотности, приемлемых прочностных характеристик сплавы этих цветных металлов имеют ряд преимуществ перед многими другими материалами, используемыми в промышленности. Тем не менее, данные металлы и их сплавы имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение. Так, сплавы титана обладают высокой коррозионной стойкостью, но вязкость титана снижает возможность применения сплавов на его основе в узлах трения, для титана характерен, так называемый, «эффект схватывания». Дополнительно, в связи с наличием химически стабильной оксидной пленки на поверхности, титан и его сплавы могут выступать в качестве катода при образовании гальванической пары даже с некоторыми более электроположительными (в ряду электрохимической активности) металлами. Это приводит к разрушению последних в коррозионной среде. Контактная коррозия особенно часто встречается в элементах морской техники, состоящих из разнородных металлов и сплавов. Алюминиевые сплавы, обладающие стойкостью к атмосферной коррозии, разрушаются при непосредственном и продолжительном контакте с коррозионной средой. Более того, данные материалы обладают низкой стойкостью к износу, что также делает невозможным их применение в ряде механизмов в парах трения. В связи с низкой стойкостью естественной оксидной пленки на поверхности магний и его сплавы также легко разрушаются в коррозионной среде. Дополнительно, магниевые сплавы из-за низкой твердости в высокой степени подвержены износу. На сегодняшний день существует обширный арсенал методов защиты от воздействия негативных разрушающих факторов. Так, в большинстве случаев для снижения коррозионных потерь в промышленности применяют реагентные способы обработки коррозионно-активной среды, например, путем добавления ингибиторов. Возможны и другие способы: легирование, особые конструкционные решения, электрохимическая защита. Отметим, что формирование поверхностных слоев, как способ защиты металлов и сплавов, обладает высокой эффективностью, простотой и универсальностью, позволяет отказаться от использования ингибиторов и других реагентов для обработки агрессивной среды. Однако в большинстве случаев способы создания защитных покрытий не универсальны или не достаточно технологичны и просты. К примеру, распространенный способ создания защитных покрытий на титане – термическое оксидирование, не применим для алюминиевых и магниевых сплавов. Среди современных эффективных методов получения защитных покрытий можно выделить плазменное электролитическое оксидирование (ПЭО). Сформированные методом ПЭО поверхностные слои на таких вентильных металлах, как магний, алюминий и титан, а также их сплавах повышают защитные свойства материала, такие как коррозионная стойкость, износостойкость, термостабильность. Одним из существенных преимуществ данного метода является то, что электролиты, применяемые для формирования покрытий являются экологически безопасными, тем самым существенно снижается риск загрязнения окружающей среды, не требуются особые меры для их утилизации и хранения. Дополнительным преимуществом ПЭО-слоев является наличие пор во внешней части покрытия и развитой поверхности, что позволяет использовать их как основу для создания композиционных покрытий (КП), к примеру, в результате внедрения в поры покрытия и нанесения на развитую гетерооксидную поверхность различных полимеров. Такие гибридные покрытия обладают повышенными защитными характеристиками и многофункциональностью по сравнению с исходными (базовыми) ПЭО-слоями. Композиционные полимерсодержащие покрытия придают поверхности материалов такие функциональные свойства, такие, как низкая смачиваемость, способность к самоочищению, антифрикционные и антиобледенительные свойства. Таким образом, актуальность предлагаемого в проекте исследования обусловлена необходимостью разработки современных эффективных способов формирования многофункциональных композиционных покрытий на цветных металлах и сплавах с целью защиты последних от разрушающего воздействия агрессивных сред и придания им новых функциональных качеств. Это имеет особое значение для расширения области практического применения этих материалов в различных отраслях промышленности. Научная новизна проекта заключается в использовании различных фторорганических веществ, наносимых методом распыления, что обеспечит формирование на базе ПЭО-слоев многофункциональных (коррозионностойких, антифрикционных, гидрофобных) композиционных покрытий на магниевом сплаве МА8, алюминиевом сплаве АМг3, технически чистом титане ВТ1-0, широко применяемых в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении, кораблестроении, судоремонте, машиностроении и энергетике, научно обоснована взаимосвязь морфологии, структуры, состава и свойств данных покрытий. В проекте планируется применение различных видов фторорганических соединений (ультрадисперсного политетрафторэтилена и теломеров тетрафторэтилена), что позволит синтезировать качественно новые поверхностные структуры, а использование метода распыления, ранее не использовавшего при создании схожих покрытий, позволит повысить технологичность нанесения слоев. Полученные результаты смогут существенно расширить теоретические представления о возможностях модификации поверхности с использованием метода ПЭО и фторорганических дисперсий, а также о взаимосвязи свойств покрытий с их строением, составом и морфологией. Таким образом, предлагаемая разработка имеет высокую научную значимость, способна решить масштабную проблему в интересах государства, связанную с ущербом от негативного воздействия агрессивных сред.