CC BY
34Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
УДК 620.197
Т. В. Трушкина, А. В. Гирн, Е. В. Вахтеев, Д. В. Орлова
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ МДО-ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ
Проведены экспериментальные исследования по влиянию технологических параметров обработки на шероховатость и толщину МДО-покрытий.
Для повышения твердости и коррозионной стойкости деталей из алюминиевых сплавов широко применяется микродуговое оксидирование (МДО) [1-3]. Формируемое покрытие состоит из верхнего, пористого и внутреннего - плотного, бездефектного - слоев. Для получения твердых покрытий внешний слой необходимо удалять. Для обеспечения необходимой шероховатости упрочненного слоя и точности размеров детали внутренний слой также необходимо подвергать механической обработке.
Шероховатость и толщина покрытий значительно влияют на функциональные свойства изделия и зависят от режимов обработки. Прогнозирование толщины и шероховатости поверхности при МДО является важным моментом, решаемым на стадии технологического проектирования производства. Анализ публикаций по механообработке МДО-покрытий показал, что вопросы определения шероховатости поверхности, точности формы и толщины покрытия мало изучены теоретически и экспериментально. Таким образом, вопрос об исследовании величины шероховатости и толщины МДО покрытий требует специального изучения.
В работе были проведены экспериментальные исследования по влиянию технологических параметров на шероховатость и толщину МДО-покрытий. Формирование покрытий проводили на образцах из сплава АМг6 в щелочном электролите (КОН - 4 г/л, №28Ю3 - 10 г/л) при следующих режимах: плотность тока - 20...60 А/дм2; время обработки - 60 мин, соот-
ношение анодной и катодной составляющей силы тока 4//а 0,6.1,2.
Перед проведением измерений операцией шлифования снимали верхний технологический слой покрытия, состоящий преимущественно из непрочного оксида кремния. После этого измеряли шероховатость профилометром Г145, общую толщину слоя - толщиномером ТТ-260 с вихретоковым датчиком. Измерялось также увеличение размеров детали, которое составляет от 2,89 до 3,16 мкм на всех режимах обработки.
В ходе исследований установлено, что при увеличении плотности тока, толщина и шероховатость анодно-оксидных покрытий увеличиваются (рис. 1, 2). Это объясняется механизмом формирования покрытия. В процессе формирования покрытий на поверхности материала подложки при значениях напряжения более 500 В возникают микроплазменные процессы, следствием которых является множество электрических пробоев тонкого покрытия, образованного в начальный момент времени анодированием, и образование пор. Микроплазменный разряд приводит к существенному повышению температуры в каналах пробоя и окружающих их участках, в результате происходит разогрев и выброс части материала подложки (металла) в раствор, где он реагирует с водой с образованием гидрооксидов [3]. Гидрооксиды металла под воздействием высокой температуры переходят в оксиды. Образующиеся оксиды встраиваются в покрытие, что способствует его росту (увеличению толщины).
Ра, мкм 6
7
6
5
4
1
— —_
N
\ \
----- - . 40А/ДМ2
\ = ЗОА/дм2
\ = 20А/ДМ2 -►
0,6
1,0
1к/1а
Ра, мкм 8
7
6
5
4
3
1
— - -— _1к/1а =
1к/1я
10
20
30
б
40
50
¡,А/дм2
Рис. 1. Зависимость шероховатости: а - от соотношения катодной и анодной составляющей тока; б - от плотности тока
а
Решетневскце чтения
200
150
100
50
L 1к/1а = 0,6
У У У У У -— 1к/1а = 1
/ У У у/ У у .__ — I к/I а = 1,2
У / =-►
h, мкм
150
100
50
П
\ \
\ \ N
* V ~ - i=40A/«M2
" • i = ЗОА/дм2 __i = 20А/дм^
1к/1а
Рис. 2. Зависимость толщины: а - от плотности тока; б - от соотношения катодной и анодной составляющей тока
При увеличении плотности тока увеличивается задающее напряжение, которое отвечает за рост оксида, и общее количество электричества, что приводит к увеличению толщины покрытия. Поскольку материал подложки выбрасывается в непосредственной близости от сквозных пор, образованных микроплазменными разрядами, то и скорость роста анод-но-оксидного слоя в местах расположения пор выше, это увеличивает шероховатость покрытия. Увеличение значения шероховатости может происходить и за счет оплавления осадка в окрестностях плазменных кратеров.
Установлено, что низкие значения шероховатости и толщины покрытия достигаются при увеличении катодной составляющей тока. Это можно объяснить тем, что при катодной поляризации рабочего электрода происходит увеличение количества «эффективных» сквозных пор в микродуговом покрытии вследствие повышения в порах рН и, как следствие, увеличения скорости травления оксидов в них. «Эффективные» - сквозные поры, в которых выделяемая энергия после реализации в них микроразрядов достаточна для интенсивного протекания процессов,
благодаря которым в основном и осуществляется рост покрытия [4]. Увеличение количества «эффективных» сквозных пор приводит к уменьшению энергии, выделяемой в каждом микроразряде, что в конечном счете приводит к уменьшению шероховатости и толщины покрытия.
Библиографические ссылки
1. Коломейченко А. В. Определение размеров заготовки под МДО-покрытие // Технология машиностроения. 2005. № 8. С.43-44
2. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование) / И. В. Суминов [и др.]. М. : Эко-мет, 2005.
3. Мамаев А. М., Чеканова (Будницкая) Ю. Ю., Рамазанова Ж. М. Параметры импульсных микроплазменных процессов на алюминии и его сплавах // Защита металлов. 2000. Т. 36. № 6. С. 659-662.
4. Влияние катодной составляющей тока на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности алюминиевых сплавов / А. Г. Ракоч, А. В. Дуб, И. В. Бардин и др. // Коррозия материалы, защита. 2008. № 11. С. 30-34.
T. V. Trushkina, A. V. Girn, E. V. Vakhteev, D. V. Orlova Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
RESEARCH OF MAO COATING ROUGHNESS ON ALUMINIUM ALLOYS
The experimental research on influence of technological parameters of processing on MDO coating roughness and thickness is performed.
© Трушкина Т. В., Гирн А. В., Вахтеев Е. В., Орлова Д. В., 2012
2
б
а
