Технология микродугового оксидирования
Проект
7 апреля 2020 года
Разработчик
Место работы: ОАО "Электромеханика"; ПензГТУ.
Новое сообщение
Категории проекта

В последнее время российское и мировое сообщество все глубже осознают проблему улучшения качества жизни людей с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ). Для решения этой проблемы выпускается широкий спектр продуктов, к числу которых относятся пандусы, поручни, трости, костыли, протезы, коляски, импланты и т.п.  Для изготовления перечисленных изделий очень часто используются сплавы на основе алюминия и титана, и это вполне обоснованно.

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре и имеет сравнительно невысокую стоимость, его сплавы отличаются легкостью, высокой удельной прочностью, неплохой устойчивостью к коррозии и достаточно хорошей технологичностью, поскольку отлично обрабатываются давлением, резанием, хорошо льются и свариваются.

Титан является не столь распространенным металлом, как алюминий, и стоит почти на порядок дороже. Однако, по сравнению с алюминиевыми сплавами, сплавы титана характеризуются значительно более высокой прочностью и устойчивостью к коррозии и при этом обладают неплохой технологичностью.

Однако, несмотря на перечисленные достоинства алюминиевых и титановых сплавов, эксплуатационные свойства изготавливаемых из них изделий не всегда утраивают конечных потребителей. Анализ мнений нескольких десятков людей с ОВЗ, активно использующих предназначенные  для них изделия из сплавов алюминия и титана на всех этапах жизненного цикла, позволил выявить приведенные в таблице 1 основные недостатки данных изделий и проблемы людей с ОВЗ при их использовании.

Решить все перечисленные проблемы предлагается при помощи методов электролитического оксидирования, к числу которых относится традиционное анодирование (ТА) и микродуговое оксидирование (МДО), известное также как плазменное электролитическое оксидирование (ПЭО). ТА и МДО открывают возможности получения на изделиях из сплавов алюминия, титана и некоторых других металлов покрытий, преимущественно состоящих из аморфного или кристаллического оксида алюминия и обладающих высокими прочностными, защитными, декоративными и иными полезными свойствами. 

Таблица 1 – Основные проблемы и недостатки алюминиевых и титановых изделий, предназначенных для людей с ОВЗ

Изделия из сплавов  алюминия и титана

Основные недостатки

Основные проблемы, с которыми сталкиваются люди с ОВЗ

1

Алюминиевые пандусы, поручни и перила

– плохое сцепление с резиной колес, кожей перчаток и ладоней;

– склонность к обледенению;

– невысокая коррозионная стойкость;

– низкая износостойкость;

– небольшой срок службы;

– невыразительный внешний вид

– тяжелые условия подъема и спуска, повышающие риск получения травмы;

– неприятные впечатления от внешнего вида;

– простои из-за обслуживания и замен

2

Алюминиевые элементы колясок, костылей, тростей, протезов

– плохое сцепление с кожей ладоней;

– недостаточная  инертность по отношению к коже ладоней;

 – низкая устойчивость к коррозии и механическим повреждениям;

– невыразительный внешний вид

– затрудненные условия передвижения;

 – въедание алюминия в кожу ладоней;

 – неприятные впечатления от внешнего вида.

3

Титановые дентальные импланты

– недостаточная инертность;

– сложная фиксация в ротовой полоти;

 – плохая интеграция с биологическими тканями

– затрудненная вживляемость;

– аллергические реакции;

– возможность отторжения;

– податливость при нагружении.

Проведенными исследованиями показано, что ТА в растворах на основе щавелевой кислоты обеспечивает получение гладких глянцевых покрытий (ТА-покрытий) толщиной до 100 мкм и твердостью до 5,5 ГПа, а МДО в растворах на основе едкого кали и жидкого стекла позволяет получать матовые шероховатые покрытия (МДО-покрытия) толщиной до 300 мкм и твердостью до 21,5 ГПа.

По результатам лабораторных и натурных испытаний элементов пандусов с ТА- и МДО-покрытиями, установлено, что они обладают повышенной износостойкостью и устойчивостью к воздействию пескосоляных смесей. Поэтому данные пандусы в течение длительного срока службы сохраняют эстетичный внешний вид и имеют более высокий срок службы. При этом, за счет более высокого коэффициента трения пандусы с ТА- и МДО-покрытиями имеют улучшенное сцепление с обувными подошвами и колесами колясок, что существенно облегчает условия спуска и подъема и многократно снижает риск получения травм. Также следует отметить, что МДО-покрытия имеют отличную адгезию с антиобледенительными материалами, использование которых весьма актуально в зимний период.

Аналогичные испытания алюминиевых перил, поручней, опорных тростей, костылей, протезов и стопорных колес колясок показали, что ТА- и МДО-покрытия на них в естественных условиях эксплуатации не повреждаются механическим путем, не подвергаются коррозии, сохраняют эстетичный внешний вид и обеспечивают улучшенное сцепление с кожей ладоней и материалом перчаток. Вместе с тем, ТА- и МДО-покрытия на данных изделиях полностью исключают возможность химического взаимодействия их материалов с кожей ладоней и материалом перчаток как и возможность падания и въеданиния в них алюминия.

Повышенные прочностные свойства МДО-покрытий в сочетании с их высокой химической и биологической инертностью и шероховатой поверхностью дают основания полагать, что МДО перспективно использовать для обработки дентальных имплантов из титановых сплавов.

Лабораторными испытаниями выявлено, что титановые дентальные импланты с шероховатыми МДО-покрытиями быстрее обрастают биологическими тканями, лучше удерживаются ими и не вызывают каких-либо аллергических реакций. Это позволяет утверждать, что МДО имплантов может снизить или вовсе исключить риск их отторжения человеческим организмом.

Таким образом, результаты проведенных исследований показывают, что методы электрохимического оксидирования позволяют существенно улучшить эксплуатационные характеристики изделий из алюминиевых и титановых сплавов и повысить качество жизни людей с ОВЗ.

Целевая аудитория:

- Производители пандусов, перил, колясок, протезов, тростей, имплантов и сопутствующих изделий из алюминиевых и титановых сплавов;

- Организации, занимающиеся установкой и ремонтом пандусов, перил, колясок, протезов, тростей, имплантов и других изделий из алюминиевых и титановых сплавов;

- Организации и частные лица, имеющие в собственности пандусы, перила, коляски, протезы, трости, импланты и другие изделия из алюминиевых и титановых сплавов.

Бизнес-модель:

В течение первого года проекта планируется произвести обработку различных изделий для лиц с ограниченными возможностями здоровья, внедрить их в практику, получить отзывы и сделать эту информацию доступной для потенциальных клиентов, после чего привлечь новых заказчиков и выйти на уровень самоокупаемости.