CC BY
34
местах искрения на поверхности образуются поры. В результате сформированные оксидные покрытия обладают различной пористостью, которая зависит от режимов формирования и состава электролита
Поверхностная пористость
[4-6] . Значения пористости толщина покрытий, полученных при различных длительностях анодного импульса тока, приведены в таблице 1.
оксидных покрытий Таблица 1
№ Длительность анодного импульса тока, мкс Толщина покрытия, мкм Пористость ÜS, Количество пор на 1 см2 покрытия Средний диаметр пор, мкм
1 50 7,8 6,42 1,1-106 2,72
2 100 11,1 11,72 7,3-105 4,5
3 150 19,7 5,57 3,5-105 4,5
4 200 26,5 8,7 3,02-105 6,06
Морфология поверхности оксидного покрытия, полученного при длительности анодного импульса тока 50 мкс, показал, что формирование основного наружного функционального слоя является не завершенным, образование покрытия идет островками. При этом наблюдается образование значительного количества пор округлой формы на единицу площади поверхности. Так как толщина покрытия низкая образующиеся поры, скорее всего, имеют сквозной характер, поэтому данный образец не подвергали испытаниям.
Проведенные коррозионные испытания (ГОСТ 9.302-88 и 9.031-74) показали, что на образце с покрытием, полученного при длительности анодного импульса тока 100 мкс, происходит изменение цвета капли испытательного раствора и на поверх-
Результаты коррозионных
ности покрытия выделяется контактная медь в местах расположения пор (таблица 2), что говорит о низких защитных свойствах покрытия.
Покрытие, полученное при длительности импульса 100 мкс, обладает наибольшей пористостью. В том и другом случае испытательные растворы через поры проникают к подложке материала и коррозионное воздействие начинается на дне поры, в результате чего изменяется цвет капли испытательного раствора и выделяется контактная медь.
Морфология покрытий, полученных при длительности 150-200 мкс, показал, что с ростом толщины покрытия мелкие поры заращиваются, количество пор уменьшается, хотя увеличивается средний диаметр пор. Так как цвет капли не менялся и контактная медь не выделялась, то видимо с ростом толщины покрытия поры становятся замкнутыми. испытаний методом капли Таблица 2
Вид обработки сплава Длительность анодного импульса тока, мкс Результаты испытания
Микродуговое оксидирование 100 Цвет капли изменился, защитные свойства не удовлетворительные
150 Цвет капли не изменился. Покрытия коррозионностойкие.
200
Для увеличения коррозионной стойкости покрытия и уменьшения пористости, образец, полученный при длительности анодного импульса 100 мкс, обработали в растворе фторопласта. При этом формировали 3 слоя полимера. Полученные таким образом оксид-фторопластовые покрытия испытывали в тех же условиях. Результаты испытаний показали, что коррозионные свойства покрытий значительно улучшились, цвет капли не менялся, контактная медь не выделялась.
Как отмечалось ранее, сформированные оксидные покрытия обладают различной пористостью. С одной
стороны увеличение пористости приводит к ухудшению коррозионных свойств покрытия, с другой стороны, в поры покрытия можно вводить полимерные материалы, тем самым улучшая коррозионные свойства покрытия.
Заключение
Таким образом, в режиме микродугового оксидирования получены оксидные покрытия, обладающие защитными свойствами. Показано, что для улучшения защитных свойств в поры покрытия можно вводит полимер, который уменьшает пористость покрытия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов. М.: Металлургия, 1974. 560 с.
2. Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Людин В.Б. и др. Микродуговое оксидирование: Теория, технология, оборудование. М.: ЭКОМЕТ, 2005. 368с.
3. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970, 375 с.
4. Евстифеев A.A. Модели минимизации направленного ущерба транспортной системы при отсутствии информации / A.A. Евстифеев, Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2009. № 11. С. 137-145.
5. Гришко А.К. Экспертные информационные системы проектирования радиоэлектронных средств / А.К. Гришко, И.И. Кочегаров, Н.А. Бекниязов // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2015. Т. 1. С. 304-306.
6. Будницкая Ю.Ю., Мамаев А.И., Мамаева В.А., Выборнова С.Н. Исследование влияния режимов формирования анодно-оксидных покрытий на их пористость. Перспективные материалы 2 002. №3. С.4 8-55.
УДК 544.653.22
Капканов А.Т., Рамазанова Ж.М., Ергалиев Д.С.
Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА МИКРОПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ
Исследовано влияние режимов микродугового оксидирования на свойства оксидных покрытий. Показана возможность получения оксидного покрытия с высокой износостойкостью, микротвердостью, низкой шероховатостью. Ключевые слова:
микродуговое оксидирование, износостойкость, шероховатость покрытия, коэффициент трения.
Введение
В качестве конструкционных материалов в современном машиностроении и космической отрасли широко используются алюминий, титан, цирконий и их сплавы. Поиск новых эффективных покрытий с высокой износостойкостью, коррозионостойкостью, термостойкостью на детали машин и механизмов различного назначения идет непрерывно. В виду
этого интерес представляет метод обработки поверхности вентильных металлов - метод микродугового оксидирования (МДО) [1-3]. Метод позволяет получать покрытия с уникальным комплексом свойств, характеризующиеся высокими эксплуатационными показателями [3]. Особенностью метода микродугового оксидирования является то, что процесс протекает при высокой напряженности
электрического поля и сопровождается образованием микроплазмы и микрообластей с высоким давлением за счет образующихся газов, что приводит к протеканию высокотемпературных химических превращений и транспорту вещества в дуге. Результатом действия микроплазменных разрядов является формирование слоя покрытия, состоящего из окисленных форм элементов металла основы и составляющих электролита. Основу покрытия преимущественно составляют а-А120з (корунд) [3-6].
Актуальным является вопрос изучения влияния режимов процесса МДО на физико-механические свойства оксидного покрытия.
Материалы и методы
Образцы для нанесения оксидного покрытия изготавливали из алюминия марки АО размером 2х2 см и толщиной 3 мм, площадь обрабатываемой поверхности составляла 8 см2. Образцы перед нанесением оксидного покрытия методом МДО подвергались механической полировке и имели шероховатость Ra=0,098 мкм.
Формирование оксидного покрытия осуществляли в щелочном растворе электролита, содержащего бораты, фосфаты и фториды щелочных металлов. Микродуговое оксидирование проводили на установке АО «Национальный центр космических исследований и технологий, которая состоит из импульсного источника питания, ванны из нержавеющей стали и системы крепления деталей. Катодом при процессе МДО являлся корпус ванны. Процесс МДО вели при частоте следования импульсов 50 Гц, плотности анодного тока 114-130 А/дм2.
Шероховатость покрытий измеряли с применением бесконтактного SD-профилометра MICRO MEASURE 3D station. Микротвердость покрытий определяли на нанотвердомере "Nano Hardness Tester" путем вдавливания индентора с алмазным наконечником
при максимальной нагрузке 20 мН. Износостойкость покрытия измеряли на высокотемпературном трибо-метре ТНТ-8-АХ0000. Определение износостойкости покрытия основывалось на принципе трения шарикового индентора, выполненного из сплава ВК о поверхность. При этом нагрузка составляла 1Н, линейная скорость 2,5 см/с, измерения осуществлялись при температуре 250С, влажности воздуха 50%. Величина износостойкости определялась по площади трека, измеренного на трехмерном профи-лометре. Толщину покрытий определяли на толщиномере о2иа^х-1500.
Обсуждение результатов
Известно, что при формировании оксидного покрытия методом микродугового оксидирования в импульсном режиме величина длительности анодного импульса тока оказывает влияние на шероховатость покрытия [4].
Величина напряжения оказывают влияние на конечную толщину покрытия. Значения длительности анодного импульса тока оказывает влияние на качество покрытия, в частности на его шероховатость, а амплитуда импульса на скорость образования покрытия.
При формировании оксидного покрытия в режиме МДО было установлено, что при увеличении длительности анодного импульса тока растет толщина покрытия и увеличивается шероховатость покрытия.
С увеличением длительности анодного импульса тока увеличивается мощность и интенсивность микроплазменных разрядов. При этом наблюдается увеличение размеров отдельных микродуговых разрядов, разогрев раствора в приэлектродном слое. Полученные данные зависимости толщины покрытия от длительности анодного импульса тока приведены в таблице 1.
Таблица 1
Поляризующее напряжение, В Длительность анодного импульса тока, мкс Время процесса, мин. Толщина покрытия, мкм
300 50 20 7,8
300 100 20 11,1
300 150 20 19,7
300 200 20 26,5
При этом было установлено, что с увеличением толщины покрытия увеличивается и шероховатость покрытия.
Яа, мкм2,5
образец, полученный при длительности импульса 200 мкс, что свидетельствует о высокой износостойкости покрытия у данного образца.
10 15 20 Толщина покрытия, мкм
Рисунок 1- Зависимость шероховатости покрытия от толщины покрытия
С увеличением толщины покрытия также увеличивается и микротвердость покрытия.
Как видно из рисунка 2 наибольшая поверхностная микротвердость покрытия достигается при толщине 26,5 мкм. Данная толщина покрытия была получена при длительности анодного импульса тока 2 00 мкс.
Исследования полученных оксидных покрытий на износостойкость с получением трёхмерных изображений поверхностей образцов с треком, показали, что ширина трека исходного образца без покрытия превосходит ширину треков образцов с оксидным покрытием, полученных при различных длительностях анодного импульса тока. При этом было установлено, что наименьшую площадь трека имеет
Рисунок 2 - Зависимость поверхностной микротвердости покрытия от толщины покрытия
Выводы
Исследовано влияние длительности анодного импульса тока на свойства оксидных покрытий. Показано, что длительность анодного импульса тока значительно оказывает влияние на шероховатость покрытия. Трибометрические исследования покрытий показали, что в результате микродугового оксидирования образуются износостойкие покрытия, при этом с увеличением длительности анодного импульса и толщины покрытия износостойкость покрытия возрастает.
ЛИТЕРАТУРА
1. Kurze P. et all. Micro Arc/ Spark Anodizing - was ist das? Micro Arc/ Spark Anodizing - what is that? Galvanotechnik. 2003, no. 8, p. 1850 - 1863.
2. Мамаев А.И., Мамаева В.А. Сильноточные процессы в растворах электролитов.- Новосибирск.: Изд. СО РАН, 2005. 255 с.
3. Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Людин В.Б. и др. Микродуговое оксидирование: Теория, технология, оборудование. М.: ЭКОМЕТ, 2005. 368 с.
4. Артемов И.И. Повышение долговечности шаровых опор легковых автомобилей / И.И. Артемов, А.А. Войнов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2007. № 9. С. 43-50.
5. Артемов И.И., Уханов А.П. История техники. Автотракторостроение. Учебное пособие. Пенза, 2005.
6. Чубенко А.К., Мамаев А.И., Будницкая Ю.Ю., Дорофеева Т.И. Роль длительности токового импульса как фактор управления физико-механическими характеристиками анодно-оксидных покрытий на примере сплава алюминия Д16//Научно-технический вестник Поволжья. 2013. № 2. С.62-64.
УДК 544.653.22
Нуридинов О.Б. , Рамазанова Ж.М. , Ергалиев Д.С.
Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
Рассмотрены возможности получения покрытий, путем формирования оксидного покрытия различной пористости наалюминия и его сплавах плазменно--электролитическим способом. Полученные пористые оксидные покрытия могут быть наполнены металлом и полимерами с целью увеличения их функциональных характеристик. Ключевые слова:
плазменно-электролитический способ, пористость, коэффициент трения.
Введение
Алюминий и его сплавы находят широкое применение как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия и его сплавов - это лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость, высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. Алюминий и его сплавы являются основным сырьем в авиационной и авиакосмической промышленности, также они широко используются в пищевой промышленности, строительстве и в других отраслях народного хозяйства. При этом на изделия из алюминия и его сплавов требуется проводить нанесение покрытий.
Пленки, образующиеся при анодной обработке алюминия, обладают достаточной толщиной и рядом ценных свойств. Существуют несколько способом получения оксидных пленок на поверхности алюминия и его сплавах.
Одним из перспективных методов получения анодно-оксидных пленок, с различными физико-химическими и механическими свойствами, является плазменно-электролитический метод или метод микродугового оксидирования (МДО) [1,2]. МДО - это электрохимический процесс, протекающий при высокой напряженности электрического поля и сопровождающийся образованием микроплазмы и микрообластей с высоким давлением за счет образующихся газов, что в свою очередь, приводит к протеканию высокотемпературных химических превращений, транспорту вещества в дуге. Ранее было установлено, что при обработке поверхности микроплазменным воздействием на ней формируется покрытие с высокими физико-механическими, адгезионными свойствами, которые не разрушаются при появлении
критических механических локальных воздействий [3,4]. Сформированные оксидные покрытия в режиме МДО обладают различной пористостью. Введение в поры различных материалов позволяет получить композиционные покрытия с различными функциональными свойствами.
Материалы и методы
Для формирования покрытий методом МДО использовали образцы, выполненные из сплава Д-16, площадью 8 см2. Формирование оксидного покрытия осуществляли в растворе электролита, содержащие фосфаты, бораты, гидроксиды щелочных металлов. Также в раствор электролита вводили органические добавки. Электролит готовили на дистиллированной воде из реактивов марки «ч.д.а», «х.ч».
Процесс МДО вели с использованием импульсного анодно-катодного источника питания, который позволял получать биполярные импульсы напряжения прямоугольной трапецеидальной формы, и предусматривал плавную регулировку длительности каждого из них, а также амплитуды напряжения анодного и катодного импульсов.
Образцы перед нанесением оксидного покрытия методом МДО подвергались механической полировке и имели шероховатость Яа=0,09-0,1 мкм. Шероховатость покрытий измеряли профилометром портативным 2 96 модели. Пористость, форму, распределение пор по размерам анализировали путем обработки микрофотографий поверхности исследуемых образцов, полученных на растровом электронном микроскопе 13М-84 пользуясь методами планиметрии, секущих и точек, как отношение площади изображения пор к общей площади участка наблюдения [5].
х 2500
Рисунок 1 - Влияние соотношения анодной и катодной плотностей тока (1а/1к, А/дм2) на распределение
б)-50/133, в)-50/250
металла возникают локальные микроплазменные разряды. Под их воздействием происходит изменение структуры оксидной пленки. И, как правило, в местах искрения образуются поры. Форма пор может
и формы пор а) - 50/66
Обсуждение результатов
Пористость оксидных покрытий находится в зависимости от режимов формирования покрытия и природы электролита.
При прохождении электрического тока через границу раздела электрод-раствор на поверхности
