Микродуговое оксидирование — Современные технологии восстановления

Микродуговое оксидирование — Современные технологии восстановления

В последние годы учеными РГАЗУ и ОрелГАУ проводится много исследований в области развития метода микродугового оксидирования (МДО), являющегося разновидностью метода плазменной электролитической анодной обработки (оксидирования). Микродуговое оксидирование – экологически чистая технология электроплазмохимического преобразования поверхностного слоя деталей из алюминиевых сплавов в высокотемпературные модификации оксидов алюминия α — и γ -фаз .

МДО позволяет создавать на поверхности изделия керамические многофункциональные покрытия, отличающиеся высокой износостойкостью и прочностью сцепления, теплостойкостью и стойкостью к воздействию агрессивных сред. Простота технологического оборудования, экологически чистые электролиты, отсутствие специальных требований к подготовке поверхности перед нанесением покрытий предопределяют перспективность метода МДО для машиностроения, а также восстановления и упрочнения изношенных деталей.

Технологическая установка (рис. 17) для нанесения МДО-покрытий состоит из источника технологического тока (ИТТ) 6 и технологической ванны 1, сообщающейся с емкостью 5 для охлаждения электролита и змеевиком 4 соединительными шлангами 3. Насос 2 служит для перекачки электролита из одной ванны в другую. Деталь 7 помещают в электролит и закрепляют на токоподводящей шине .

Рис. 17. Схема установки для микродугового оксидирования

При пропускании от ИТТ переменного тока на поверхности обрабатываемой детали возникают микродуговые разряды. В каналах разрядов образуется низкотемпературная плазма и происходят реакции, в ходе которых поверхностный слой детали преобразуется в высокотемпературные модификации оксидов алюминия α — и γ -фаз с включением в него компонентов электролита. В локальной зоне образования оксида электрическое сопротивление возрастает. Поэтому, когда слой покрытия достигает определенной толщины, микродуговые разряды перемещаются на соседние участки, где электрическое сопротивление ниже. И так продолжается до тех пор, пока сила тока не снижается до уровня, при котором процесс окисления прекращается. В результате получаются покрытия, сравнимые по износостойкости с карбидом вольфрама.

Под руководством докторов технических наук Батищева А. Н. и Кузнецова Ю. А. сотрудниками РГАЗУ и ОрелГАУ разработаны технологии восстановления и упрочнения деталей из алюминиевых сплавов АК7ч ГОСТ 1583, АО3-7 ГОСТ 14113, АД1 (1013), АМг2 (1520), Д16 (1160) по ГОСТ 4784, а также коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632.

На рис. 18 представлена общая структурная схема технологий восстановления и упрочнения деталей с применением МДО .

Детали разбиты на группы по значению износа и для каждой группы разработана технология восстановления и упрочнения.

Детали из алюминиевых сплавов разделены на три группы:

  • 1 группа – детали, с износом до 0,06 мм;
  • 2 группа – детали, с износом от 0,06 до 3,0 мм;
  • 3 группа – детали, с износом свыше 3,0 мм.

Для деталей первой группы рекомендуется технология восстановления и упрочнения деталей МДО. Технология включает подготовительную обработку (очистка и дефектация деталей, предварительная мехобработка, обезжиривание, изоляция мест, не подлежащих наращиванию и монтаж деталей на подвеску), наращивание (МДО) и обработку деталей после наращивания (демонтаж с подвески, снятие изоляции, промывка водой, сушка и контроль покрытий, финишная мехобработка покрытий и контроль). Для наращивания деталей из АК7ч и АО3-7 используют электролит состава № 1, содержащий KOH – 1,8…2,1 г/л, Na2SiO3 – 14…18 г/л. Плотность тока составляет 25…30 А/дм 2 . Продолжительность обработки 100…110 мин. Толщина покрытия достигает 0,115 мм, а микротвердость – 8 ГПа.

Детали второй группы рекомендуется восстанавливать тремя комбинированными технологиями: расточкой под ремонтный размер с последующим упрочнением МДО, пластическим деформированием с последующим упрочнением МДО или сверхзвуковым газодинамическим напылением (ГДН) с 254

Рис. 18. Общая структурная схема технологий восстановления и упрочнения деталей с применением МДО

последующим упрочнением МДО. В первой комбинированной технологии используют те же режимы и электролит состава № 1, указанные в предыдущей технологии.

Для упрочнения деформируемых сплавов во второй комбинированной технологии рекомендуется электролит состава № 2, который включает КОН – 4…6 г/л, Н3ВО3 – 20…25 г/л, крахмал – 6…12 г/л. Добавка крахмала повышает работоспособность электролита до 2 раз. Упрочнение МДО производят при температуре электролита 20…40 °С, плотности тока 15…20 А/м 2 и продолжительности обработки 100…120 мин. Толщина упрочненного слоя достигает 0,15 мм, а микротвердость – 19 ГПА.

Сверхзвуковое ГДН производят при давлении воздуха 0,7 МПа, температуре 400 °С и дистанции напыления 10…15 мм. Для напыления используют порошок на основе алюминия А-80-13, фракцией 30…50 мкм. Обработку МДО осуществляют при плотности тока 18…22 А/дм 2 с продолжительностью оксидирования 100…120 мин. В электролит состава № 3 входят KOH – 2,9…3,6 г/л, Na2SiO3 – 4…6 г/л. Толщина упрочненного слоя достигает 0,135 мм, а микротвердость – 16 ГПА.

Для деталей третьей группы рекомендуется постановка дополнительной ремонтной детали из алюминия, упрочненной МДО. Для упрочнения используют электролит состава № 1.

Скорость изнашивания покрытий, полученных МДО на алюминиевых сплавах и напыленных поверхностях, в 4…6 раз ниже скорости изнашивания неупрочненных деталей.

Детали из коррозионностойких сталей также разделены на три группы:

  1. группа – детали, работающие при небольших контактных нагрузках, с износом до 0,6 мм;
  2. группа – детали, работающие при небольших и средних контактных нагрузках, с износом от 0,6 до 3,0 мм;
  3. группа – детали, с износом свыше 3,0 мм.

Для деталей первой группы рекомендуется комбинированная технология восстановления и упрочнения – газопламенное напыление (ГПН) с последующим упрочнением МДО. Напыление производят порошковыми газопламенными горелками фирмы «TERMIKA»: «Искра-1» и «Искра-1В». Первоначально напыляют подслой порошком ПТ-Ю5Н толщиной 0,1…0,2 мм, затем основной слой – из алюминиевого порошка САС толщиной 0,15…0,3 мм.

Сцепляемость основного напыленного слоя зависит от фракции порошка и шероховатости подслоя (рис. 19 и рис. 20). Как видно из рис. 19 и 10.20, оптимальные фракции порошка D лежат в диапазоне 60…100 мкм, а шероховатость поверхности подслоя Rz – 60…120 мкм. Упрочнение МДО проводят с применением электролита состава № 2, при этом толщина упрочненного слоя достигает 0,125 мм, а микротвердость – 11 ГПА.

Детали второй группы рекомендуется восстанавливать комбинированной технологией – сверхзвуковым газодинамическим напылением (ГДН) с последующим упрочнением МДО. Режимы ГДН и МДО те же, что и при восстановлении алюминиевых деталей второй группы.

Рис. 19. Влияние фракции алюминиевого порошка на сцепляемость алюминия САС-2 с подслоем ПТ-Ю5Н: 1 – при отрыве; 2 – при сдвиге

Рис. 20. Влияние шероховатости подслоя ПТ-Ю5Н на сцепляемость с алюминием САС-2: 1 – при отрыве; 2 – при сдвиге

Для деталей третьей группы рекомендуется постановка алюминиевой дополнительной ремонтной детали, упрочненной МДО. Для упрочнения используют электролит состава № 1. Коррозионная стойкость покрытий с обработкой МДО повышается в 1,4…1,6 раза, а износостойкость – до 5 раз, в сравнении с аналогичными характеристиками стали 12Х18Н10Т.

Опыт восстановления шестеренных насосов НШ-32У-3 и НШ-10Е, насосов 50-3Ц7,1-20, поршней гидромуфты КП трактора «Fendt Favorit 824», валов стенда СПО-35-89 для укладки металлокорда автотракторных шин, показал высокую эффективность разработанных технологий.

В настоящее время наибольшее распространение в ремонтном производстве получил ванный способ формирования МДО-покрытий. При восстановлении данным способом крупногабаритных деталей возникает необходимость в значительном увеличении габаритных размеров ванн, существенно повышаются затраты на приготовление, контроль и корректировку электролита, которого в этом случае требуется на порядок больше. В виду того, что, как правило, восстанавливают не всю деталь, а лишь изношенные поверхности, значительно увеличивается площадь поверхности, подлежащая изоляции. По вышеуказанным причинам значительно увеличивается себестоимость восстановления.

В этой связи при восстановлении крупногабаритных деталей МДО представляется перспективным проточное оксидирование. Сущность метода заключается в том, что с помощью несложных устройств восстанавливаемые поверхности становятся стенками электролитической ячейки, через которую щелочестойким насосом прокачивается электролит. При этом возможно локальное восстановление и упрочнение поверхностей деталей практически любых габаритных размеров, отличающееся по сравнению с ванным способом, существенным снижением расхода электроэнергии. Благодаря интенсивному обновлению электролита и удалению газообразных продуктов из анодно-катодного пространства достигается более оптимальная структура МДО-покрытий и снижение в них остаточных напряжений.

Дальнейшее развитие МДО получило в работах д. т. н., профессора Коломейченко А. В. и его учеников . Разработана конструкция установки для проточного МДО внутренних цилиндрических поверхностей неразъѐмных подшипников скольжения с охлаждением электролита, принципиальная схема которой изображена на рис. 21.

При ее работе щелочестойкий насос 11 закачивает электролит из бака 9 и нагнетает его через трубопровод 12, охладитель 13 и подводящую трубу 14 во внутреннюю полость электролитической ячейки 6. В последней установлена оксидируемая деталь 1 и электрод 7 в форме цилиндра из нержавеющей стали, который через кольцо 2 крепится к пластине 3 при помощи болта 4 и гайки 5. В это же время через входной патрубок 15 в секцию охлаждения охладителя 13 подаѐтся охлаждающий реагент, который после заполнения секции отводится через выходной патрубок 16. Когда оксидируемая деталь 1 полностью покрывается электролитом, последний через отводную трубу 8 поступает в бак 9 и одновременно включается блок питания.

Чем выше плотность тока, тем интенсивнее протекает процесс. Однако с ростом тока протекающего через электролит, последний сильно нагревается.

Происходит его частичное испарение, перегрев изоляции токопроводов и подвески и в определенный момент времени рост упрочненного слоя покрытия начинает замедляться. Это связано с тем, что при высокой температуре электролит начинает частично растворять формирующееся МДО-покрытие, что приводит к уменьшению его толщины и образованию дополнительной пористости.

Рис. 21. Установка для проточного МДО деталей с охлаждением электролита

Кроме этого понижается пассивация оксидируемой поверхности, из-за чего электрический пробой происходит при меньших значениях напряжения и это, в свою очередь, является причиной уменьшения содержания в упрочнѐнном слое высокотемпературной упрочняющей фазы αAl2O3. Поэтому для осуществления процесса при высокой плотности тока необходимо охлаждение электролита.Наиболее эффективным методом охлаждения детали, на поверхности которой формируется МДО-покрытие, является метод внутреннего охлаждения. Однако его реализация отличается сложностью, так как кроме пропускания через деталь электрического тока, необходимо осуществить подачу и отвод охлаждающего реагента, который должен циркулировать внутри детали и не смешиваться с электролитом при оксидировании.

Читайте также  Свойства алюминия

Существует более простой метод охлаждения детали – метод наружного охлаждения. При его применении деталь охлаждается непосредственно электролитом, который должен иметь постоянную температуру, изменяющуюся в незначительных пределах. Для этого в контур циркуляции проточной установки встраивают охладитель, в котором электролит отдаѐт своѐ тепло охлаждающему реагенту (холодной воде, фреону или хладону R134А).

Благодаря непрерывному охлаждению электролита при его проточном циркулировании по системе прокачки установки, температура электролита поддерживается в интервале 8…10 °С, поэтому формирование МДО-покрытий можно осуществлять при более высокой плотности тока, что увеличивает их толщину и улучшает физико-механические свойства (табл. 2).

Таблица. 2 Свойства покрытий, полученных при проточном МДО

Источник:
http://extxe.com/9587/mikrodugovoe-oksidirovanie-sovremennye-tehnologii-vosstanovlenija/

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Главное меню

Навигация по записям

Технология микродугового оксидирования (МДО-покрытия) и покрытия на ее основе

Технология микродугового оксидирования в части технологических преимуществ позволяет получать покрытие с широким спектром применения и наносить покрытие, как на новые изделия, так и для восстановления покрытий после износа, сокращает время нанесения покрытия, позволяет использовать меньшее количество оборудования, меньшее количество производственных площадей и экономит расход воды. Метод микродугового оксидирования позволяет сформировать покрытия, обладающие разнообразными функциональными свойствами, такие как коррозионностойкие, износостойкие, термостойкие, электроизоляционные, защитные и защитно-декоративные. Такая многофункциональность покрытий позволяет применять их в самых разнообразных отраслях промышленности.

Особенности технологии производства

Микродуговое оксидирование – это электрохимический процесс модификации (окисления) поверхности вентильных металлов и их сплавов (например, сплавы Al, Mg, Ti и др.) в электролитной плазме с целью получения оксидных слоев (покрытий). Процесс этот берет свое начало от анодирования, однако проводится при большем напряжении, за счет чего происходят микродуговые разряды в точках пробоя барьерного слоя на поверхности. В области пробоя резко повышаются температура и давление, часть металла переходит в раствор, где присутствует в виде ионов.

Другая часть расплавленного металла взаимодействует с компонентами электролита и формирует МДО-покрытие. Благодаря этому покрытие формируется не только на поверхности, но и вовнутрь изделия. Помимо этого, высокие температуры в зоне пробоя приводят к формированию градиентного переходного слоя на границе металл-покрытие. Этот слой обеспечивает прочное сцепление МДО-покрытия с подложкой, что в свою очередь обеспечивает адгезию полимерных покрытий наносимых на поверхность детали.

Технология МДО реализуется на оборудовании аналогичном гальваническому оборудованию. Аппаратурное оформление для МДО ближе всего к процессу анодирования алюминия. Их принципиальные различия состоят в используемых источниках питания и электролитах, являющихся собственными разработками. Это отличает технологию не только от анодирования и гальваники как таковой, но и от МДО реализуемого на других предприятиях.

Технические характеристики

Основными техническими характеристиками МДО-технологии являются:

  • высокая производительность;
  • применение надежных источников питания, позволяющих получать покрытие за более короткое время и с меньшими энергозатратами (0,12 кВт/м2 по сравнению с МДО других организаций);
  • возможность покрытия сложнопрофильных деталей;
  • возможность получения покрытия различного функционального назначения;
  • высокая скорость формирования покрытия – от 1 до 1,5 мкм/мин;
  • экологическая безопасность.

Потребительские свойства

Можно сравнивать технологию микродугового оксидирования с процессом анодирования, так как начальная стадия микроплазменного процесса в растворах протекает примерно по схожему механизму. Однако возникновение микроплазменных разрядов после образования оксидной барьерной пленки приводит к резкому увеличению скорости процесса формирования покрытия, что является важным аргументом в пользу МДО, в плане производительности. Скорость нанесения покрытия в нашем случае превосходит скорость нанесения при анодировании.

Кроме того, в случае микродугового оксидирования нет жестких требований к подготовке поверхности алюминия, что исключает из процесса ряд предварительных операций, проводимых в агрессивных растворах при анодировании, что также сказывается на производительности. Сами растворы анодирования также очень часто представляют опасность для окружающей среды. В этом смысле растворы имеют существенные отличия, процесс ведется в слабощелочных экологически безвредных растворах.

Основные области применения

  • КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ – декоративная отделка и защита от износа, коррозии элементов катеров, яхт, водных мотоциклов, лодок и др.
  • АВТО-МОТО ТЮНИНГ – декоративная отделка и защита от износа, коррозии деталей из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов.
  • МАШИНОСТРОЕНИЕ – пары трения, подшипники скольжения, зубчатые передачи, поршни, цилиндры, торцевые уплотнения для двигателей внутреннего сгорания, станков и машин различного назначения в судостроении, авиационной промышленности, детали для сельскохозяйственной техники
  • МЕДИЦИНА – защита хирургических эндопротезов

Основными преимуществами микродуговых покрытий являются

  • возможность создания сверхпрочных покрытий, уступающих по прочности только алмазам
  • возможность нанесения покрытий на внешних и внутренних поверхностях деталей любой конфигурации
  • возможность получения разных цветов покрытий без дополнительной покраски
  • отсутствие необходимости в предварительной обработке поверхностей
  • высокое сопротивление коррозионной усталости (высокий предел выносливости).

Технические характеристики МДО покрытий на сплавах

Источник:
http://integral-russia.ru/2018/04/29/tehnologiya-mikrodugovogo-oksidirovaniya-mdo-pokrytiya-i-pokrytiya-na-ee-osnove/

Способы оксидирования металлов

[Оксидирование металла] в домашних условиях позволяет решить одновременно две проблемы: обновить металлическую поверхность любого изделия и дополнительно защитить ее от коррозии.

Ранее считалось, что обработка оксидированием может выполняться только в производственных условиях, используя промышленное оборудование, но интеллектуальное мышление человека доказало, что это не так.

Отличия обработки металлических изделий дома и на производстве заключаются в разнице применяемых технологий, но преследуют одну и ту же цель.

В результате промышленного процесса оксидирования в верхнем слое металла происходит изменение структуры.

В домашних условиях поверхность стали покрывают специальным веществом, которое способствует изменению оттенка и ее защите.

Особенности химического процесса

Химическая обработка металлической поверхности предусматривает применение растворов и расплавов различных окислителей, например, солей хромовой или азотной кислоты.

Их использование позволяет обеспечить антикоррозийную защиту металлу. При этом обработка может выполняться с помощью как щелочных, так и кислотных составов.

Процесс химического оксидирования щелочным методом происходит при температуре 30-1800, которая определяется типом металла.

Например, химическое оксидирование алюминия и его сплавов выполняют при температуре 80-1000, время обработки составляет 10-20 минут.

Оттенок пленки, образующейся на поверхности цветного металла, зависит от толщины и структуры сплавов.

Если химическое оксидирование алюминия выполнить в щелочном растворе слабой концентрации и при низкой температуре, можно получить тонкую защитную пленку с цветом побежалости.

И наоборот, если сделать для алюминия и его сплавов слишком концентрированный раствор щелочи и использовать высокую температуру обработки, защитное покрытие будет рыхлым.

Большой промежуток оксидирования может обернуться травлением металла.

Обработка сложнолегированной нержавеющей стали (оксидирование стали) происходит за счет применения концентрированного раствора азотной кислоты.

При температуре 18-550 с продолжительностью 15-60 минут.

Особенности анодного оксидирования металла

Анодное окисление металлических изделий в домашних условиях выполняют с использованием электролитных составов под действием постоянного тока.

При этом посудина, в которой будет проводиться анодное оксидирование, не должна быть токопроводящей.

В роли электролита может выступать, разбавленная водой, серная кислота (H2SO4), из расчета 20% на 800 мл воды.

При этом не водой разбавляют кислоту, а кислотой воду. Заменить H2SO4 можно пищевой содой и солью.

Используя алюминиевую подвеску, к аноду прикрепляют подлежащее обработке изделие, к катоду крепят свинцовую пластину.

Если металлическое изделие имеет сложную форму, то используют больше свинцовых элементов.

Расстояние между пластинами и изделием не должно быть больше 90 мм. Температура обработки должна составлять 200, при плотности тока 2-3 Ампер на квадратный дм.

Напряжение, при котором будет осуществляться анодирование, равняется 12-15В, в течение 60 минут.

Одной из технологий анодирования считается микродуговое окисление, техническим результатом его применения является получение покрытия с выраженными декоративными характеристиками и более высокой защитной способностью.

Микродуговое оксидирование наделяет поверхность цветного металла равномерностью, антикоррозийной стойкостью и микротвердостью.

Компонентами состава служат:

  • вода;
  • H3BO3 (20-30 г/л);
  • калиевая щелочь (4-6 г/л);
  • крахмал (6-12 г/л).

По указанному списку можно сделать электролит в домашних условиях путем обычного смешивания.

Далее микродуговое оксидирование сплавов алюминия выполняют в режиме анод-катод при температуре 25-300.

При плотности тока 15-20 Ампер на квадратный дм, при продолжительности 90-120 минут.

Термическое окисление металлов

Термическое оксидирование железа, сплавов и нержавеющей стали представляет собой процесс, в результате которого на поверхности металлических изделий образуется оксидный пленочный слой.

Термическое оксидирование выполняется в условиях высокого температурного режима с использованием пара или кислорода.

Оборудование, за счет которого осуществляется термическое оксидирование, представляет собой специальные печи.

Поэтому в домашних условиях сделать термическую обработку указанным путем не получится.

Применение печей в технологии оксидирования позволяет исключить использование химикатов, травление, промывку и ряд других процессов.

Температура обработки металлических изделий в термических печах может составлять от 3500 до 7000, в зависимости от типа стали.

Технология оксидирования меди и ее сплавов

Оксидирование меди не сложно выполнить химическим и электрохимическим методом, в результате чего медная поверхность может приобрести разнообразное цветное покрытие.

Для получения медной пленки используют цианистую или кислую жидкость. Хорошие показатели дает оксидирование меди цианистым электролитом.

При этом медные сплавы, в структуре которых присутствуют легирующие металлы, поддаются обработке труднее.

В пример можно привести бронзу, содержащую определенный процент олова, которое способствует защите меди от окислов.

Или сплав бронзы с никелевыми и хромовыми присадками, такой металл еще сложнее обработать.

Бронза с минимальным присутствием цинка, не превышающим 20 %, хорошо поддается обработке, в то время как его большое количество осложняет процесс.

С помощью сернистых составов, чаще всего, выполняют холодное обрабатывание медных скульптур. Как правило, это серная печень, сернистый аммоний и натрий.

Сделать холодное черное с синим оттенком оксидное покрытие позволяет сернистый аммоний. Придать декоративный вид изделию из бронзы и олова можно с помощью серной печени.

Читайте также  Уроки сварки: Как выбрать газ, проволоку и вольфрамовые электроды для tig сварки?

Но если использовать ее для окрашивания чистой меди или бронзы и томпака, можно добиться красного оттенка пленочного слоя.

Технология оксидирования серебра

Оксидирование серебра позволяет белому металлу получить синий, черный или фиолетовый оттенок, при этом структура обрабатываемого изделия не подвергается деформации или разрушению.

В домашних условиях сделать обработку серебряных изделий можно с использованием серной печени.

Для приготовления состава в домашних условиях необходимо взять калиевую щелочь и серу (купить ее можно там, где продаются удобрения).

Затем нужно соединить вещества в железной емкости: 1 часть щелочи и 2 части серы, и выдержать состав на огне до полного расплавления.

Периодически смесь необходимо помешивать. Далее готовую серную печень снимают с огня и дают ей остыть.

Когда сплав остынет, его разбивают на кусочки и перекладывают в посуду с плотной крышкой.

Теперь, когда дома есть серная печень, можно заняться обработкой серебра. Нужно взять кусочек сплава, примерно с горошину, положить его в емкость и залить горячей водой.

После того как с помощью помешивания комок растворится, в серную воду кладут серебряное изделие.

Через полчаса серебро начнет менять свой цвет, как уже говорилось выше, белый металл может принять фиолетовый, черный или синий оттенок.

Когда изделие приобретет нужный цвет, его вынимают из жидкости и ополаскивают горячей, теплой и, в завершении, холодной водой.

Технология оксидирования титана

Оксидирование титана обязательная необходимость по причине низкой износостойкости данного типа металла.

Получение оксидной пленки позволяет титановым изделиям приобрести химическую прочность, повысить фрикционные характеристики материала и изменить цвет поверхностного покрытия.

Чтобы провести оксидирование титана применяют чаще всего анодную обработку, так как титан плохо выдерживает воздействие химических растворов в процессе химического оксидирования.

Анодное оксидирование титана предусматривает использование щавелевой, хромовой и прочих кислот или их смесей, а также иных добавок.

Черная оксидная пленка способствует упрочнению поверхностной структуры титановых изделий, является результатом применения технологии анодирования 18-ти % раствором серной кислотой.

В зависимости от режима обработки, защитная пленка приобретает определенную толщину.

Например, если процесс выполняется при температуре 800С, плотность анодного тока составляет 0,5 Ампер с продолжительность обработки в течение 8 часов, пленочный слой будет составлять около 2,5 микрон.

При анодировании в режиме: 100ºС, продолжительность – 2 часа, плотность тока – 1 Ампер – толщина пленки будет равняться 1 микрону.

Источник:
http://rezhemmetall.ru/oksidirovanie-metalla.html

Микродуговое оксидирование – технология модификации поверхности металла

Микродуговое оксидирование – технология модификации поверхности металла.

Микродуговое оксидирование позволяет получать покрытия различного назначения: термостойкие, электроизоляционные, декоративные, коррозионностойкие и защищающие от фреттинг-коррозии в частности, износостойкие, а также являющиеся подслоем для нанесения полимерных материалов.

Микродуговое оксидирование:

Микродуговое оксидирование – один из самых перспективных методов поверхностной обработки поверхности металлов за счет ее (поверхности) модификации. Микродуговое оксидирование позволяет получать покрытия различного назначения: термостойкие, электроизоляционные, декоративные, коррозионностойкие и защищающие от фреттинг-коррозии в частности, износостойкие, а также являющиеся подслоем для нанесения полимерных материалов.

Сущность метода микродугового оксидирования заключается в том, что при пропускании тока большой плотности через границу раздела металл-электролит создаются условия, когда напряженность на границе раздела становиться выше ее диэлектрической прочности и на поверхности электрода возникают микроплазменные разряды с высокими локальными температурами и давлениями. Результатом действия микроплазменных разрядов является формирование слоя покрытия, состоящего из окисленных форм элементов металла основы и составляющих электролита. В зависимости от режима микроплазменного оксидирования и состава электролита можно получать керамические покрытия с уникальными характеристиками и широчайшим спектром применения.

Модификация поверхности и структурирование переходного слоя достигается реализацией последовательности из серий периодических формующих электрических импульсов особой формы. Посредством управления амплитудой, длительностью, фронтами и срезами, фазовым соотношением, позиционным комбинированием и частотой импульсов происходит генерация плазменных разрядов. Они синтезируют твердые структуры металлокерамических соединений (композитов) высокотемпературных полиморфных модификаций из элементов материала основы с определенной избирательностью, зависящей от состава нормально-активирующей или нормально-пассивирующей среды (рН и состав электролита).

Разработаны технологические процессы нанесения покрытия на основе оксида алюминия, диоксида кремния и пр.

Микродуговое оксидирование в научной литературе имеет и другие названия: плазменно-электролитный синтез оксидных слоев, плазменно-электролитическое оксидирование, оксидирование в электролитной плазме, поверхностная обработка в электролитной плазме, микроплазменное электролитическое оксидирование, анодно-искровое оксидирование.

Преимущества микродугового оксидирования:

– возможность создания сверхпрочных покрытий с уникальными характеристиками,

получение нескольких защитных характеристик в комплексе,

– практически бесконечный срок службы электролита,

возможность обработки сложнопрофильных деталей, в том числе и внутренней поверхности труб,

– высокая рассеивающая способность электролита (покрытие наносится в отверстия и полости с минимальными затруднениями),

нет необходимости в специальной подготовке поверхности перед нанесением покрытия и механообработке после нанесения покрытия,

– получение разных покрытий на одном материале,

экологическая чистота производственного процесса ,

– низкая себестоимость покрытия,

– отсутствие вредных газообразных выбросов в атмосферу,

– придание поверхности одновременно нескольких видов функциональных характеристик,

наличие возможности встроить новое МДО оборудование в уже существующие технологические линии,

– не требуется специальной подготовки поверхности,

– поверхность обрабатываемых деталей – от нескольких квадратных миллиметров до метров.

Линия для микродугового оксидирования:

Производственная линия для микродугового оксидирования состоит из:

силового оборудования – специализированных источников питания,

ванн, в которых проводиться подготовка поверхности, обработка и промывка,

манипулятора для перемещения подвески с деталями (в случае серийного производства),

металлоконструкций для размещения ванн и манипулятора,

вспомогательного оборудования – дистиллятора, насоса -фильтра для очистки и перекачки растворов, резервных емкостей, приборов контроля качества покрытия и состояния электролита.

Рис. 1. Схема метода микродугового оксидирования

От источников питания на клеммы ванн подаются импульсы тока определенной формы, при этом деталь выполняет роль анода , в качестве катода служит ванна или дополнительные электроды, как правило, из нержавеющей стали.

Линия для микродугового оксидирования отличается:

сравнительно невысоким энергопотреблением,

высокой производительностью,

небольшой производственной площадью,

простотой обслуживания и минимальным количеством персонала,

экологической безопасностью производства,

доступность реактивов и других используемых расходных материалов.

Количество необходимых технологических операций при микродуговом оксидировании существенно меньше, чем при традиционных процессах анодирования. Это следует из отсутствия многочисленных подготовительных операций и экологичности применяемых растворов. Оно включает следующие операции: загрузка, обезжиривание, промывка, нанесение МДО покрытия, улавливание, промывка, выгрузка. После загрузки-монтажа деталей на подвеску проводится обезжиривание, после чего детали поступают на обработку. При больших масштабах производства после ванны нанесения покрытия ставят ванну улавливания для более рационального использования химикатов и промывной воды.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

использование технологии микродугового оксидирования при разработке двс
микродуговое оксидирование алюминия в домашних условиях мдо санкт петербург обзор chm оборудование поршней и гильз теория технология оборудование титана цилиндро поршневой группы в двс
метод генератор электрические схемы установок технология установка обобщенная модель микродугового оксидирования алюминиевых сплавов михеев тип а371 517

Источник:
http://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/mikrodugovoe-oksidirovanie/

Промышленный и кустарный метод анодирования алюминия

Анодирование алюминия (анодное оксидирование) – это процесс, в результате которого на поверхности металла образуется оксидное покрытие. Основная задача оксидного покрытия – защитить поверхность алюминия от окисления, возникающего из-за взаимодействия этого металла с воздухом. Анодирование призвано не уничтожать пленку, образовавшуюся при окислении (она выполняет защитную функцию), а сделать ее более прочной. В этом отношении анодирование похоже на такой метод, как воронение окислением.

Технология анодного оксидирования используется для укрепления не только алюминия и его сплавов, но и других металлов. К примеру, оксидные покрытия используются для защиты титана и магния.

Помимо укрепления поверхностного слоя, анодирование преследует следующие цели:

  • сглаживание различных дефектов поверхности (сколов, царапин и т.п.);
  • повышение адгезивных качеств материала (краска значительно лучше сцепляется с оксидной пленкой, чем с голым металлом);
  • улучшение внешнего вида металла;
  • придание металлу различных декоративных эффектов (к примеру, можно создать имитацию золота, серебра, жемчуга).

к содержанию ↑

Технология анодирования

Процесс анодирования можно разделить на три части:

  • подготовительный процесс;
  • химическую обработку;
  • закрепление.

Подготовительный процесс

На этом этапе алюминиевый профиль подвергается механической и электрохимической обработке. Под механической обработкой понимается очистка металла, его шлифование и обезжиривание. Далее изделие кладут сначала в щелочной раствор для травления, а затем перекладывают в кислотный для осветления. Завершается подготовка промывкой поверхности. Причем промывка осуществляется несколько раз, чтобы полностью удалить кислотные вещества с металла.

Химическая обработка

Химическое оксидирование алюминия представляет собой обработку металла в электролите. В качестве электролитов используются растворы различных кислот (серной, хромовой, щавелевой, сульфосалициловой). Порой в растворы добавляют соль или органическую кислоту.

Наиболее распространенный электролит – серная кислота. И все же этот электролит не применяется для обработки изделий сложной формы, на которых имеются небольшие отверстия или зазоры. В таких случаях предпочтительна хромовая кислота. А вот щавелевая кислота позволяет значительно улучшить разноцветные изоляционные покрытия.

Химическое оксидирование алюминия

Качество процесса зависит от нескольких составляющих, в числе которых концентрация, температурный режим и плотность тока. Высокие температуры способствуют ускорению анодирования. Причем пленка образуется мягкая и высокопористая. Если необходимо твердое покрытие, применяется более низкая температура.

Химическое оксидирование алюминия может осуществляться при температурах от нуля, до плюс 50 градусов по Цельсию. Плотность тока может варьироваться от 1 до 3 Ампер на квадратный дециметр. Показатель электролитной концентрации может находиться в пределах 10-20%.

Закрепление

После оксидирования металл выглядит, как пористая поверхность (даже при использовании холодного режима). Чтобы поверхность была достаточно прочной, эти поры нужно перекрыть. Делается это одним из трех способов:

Читайте также  Химическое никелирование алюминия

  • окунанием изделия в горячую пресную воду;
  • обработкой паром;
  • размещением металла в так называемом «холодном растворе».

Обратите внимание! Если изделие будет окрашиваться, процесс закрепления не нужен, поскольку лакокрасочный материал естественным образом заполнит имеющиеся поры.

Существует три разновидности оборудования для оксидирования алюминия:

  • основное (ванны);
  • обслуживающее (обеспечение работы);
  • вспомогательное (подача изделий в ванну, проведение подготовки, складирование и т.п.).

к содержанию ↑

Другие способы анодирования

Помимо классического способа, описанного выше, также может применяться твердое, микродуговое и цветное анодирование. Вкратце об этих способах обработки металла будет рассказано ниже.

Задача твердого анодирования – получить особо прочную микропленку. Методика нашла широкое распространение в авиастроении, автомобилестроении и строительстве. Особенность технологии состоит в том, что задействуются не один, а сразу несколько электролитов. К примеру, в рамках одного процесса могут применяться щавелевая, серная, лимонная, винная и борная кислоты. В ходе анодирования плотность тока постепенно увеличивается, и благодаря структурным изменениям в ячейках пленка приобретает повышенную прочность.

Схема микродугового оксидирования

Микродуговое оксидирование – это электрохимический процесс, в котором поверхность алюминия окисляется, и в это же время между анодом и электролитом происходят электрозарядные явления. Методика позволяет получать особенно качественные покрытия с высоким уровнем износостойкости и адгезии.

Еще один способ анодирования – цветное. Как видно из названия, основная задача процесса – изменить цвет детали.

Существует четыре способа цветного анодирования:

  1. Окрашивание методом адсорбции. Осуществляется путем погружения изделия в электролитную ванну. Также возможно окунание детали в раствор с красящим веществом, разогретым до заданной температуры.
  2. Электролитическое окрашивание (другое название – черное анодирование). Вначале получают бесцветную пленку, а затем окунают металл в кислый солевой раствор. На выходе цвет изделия может разниться от черного, до слабого бронзового оттенка. Черные тона алюминия особенно востребованы в строительной отрасли.
  3. Интерференционное окрашивание. Технология схожа с электролитическим окрашиванием, но за счет создания особого светоотражающего слоя цветовые оттенки получаются гораздо разнообразнее.
  4. Интегральное окрашивание. Технология представляет собой смешивание электролита с органическими солями.

Анодирование в домашних условиях

Самостоятельное анодирование практически всегда осуществляется по холодной методике. Такой же технологии придерживается и большинство компаний, предоставляющих подобные услуги. Холодной методика называется из-за того, что в процессе создания пленки нет нужды в высоких температурах: рабочий диапазон температур колеблется между -10 и +10 градусов по Цельсию.

Достоинства холодного анодирования:

  1. Поверхностный слой получается достаточно толстым благодаря тому, что скорость роста и растворения оксидной пленки с ее наружной и внутренней стороны различаются.
  2. Пленка выходит очень прочной.
  3. Обработанный металл отличается высокой стойкостью к коррозии.

Единственный недостаток методики состоит в сложности дальнейшей окраски металла материалами, основанными на органике. Однако металл, вне зависимости от его характеристик, в любом случае получает окраску естественным образом. Цвет может различаться от оливкового, до черного или сероватого.

Для проведения работ понадобится следующее:

  • ванны (алюминиевые емкости для анодирования, а также пара стеклянных или пластиковых – для изготовления растворов);
  • алюминиевые соединительные провода;
  • источник напряжения на 12 Вольт;
  • реостат;
  • амперметр.

к содержанию ↑

Приготовление раствора

Как уже говорилось выше, основной электролит для анодирования – серная кислота. Однако вне пределов производственного помещения использование такого электролита опасно. Поэтому в домашних условиях обычно используют соду.

  1. Приготавливаем 2 раствора – содовый и соляной. Компоненты засыпаем в емкости с дистиллированной теплой водой в пропорции 1 к 9.
  2. Хорошо перемешиваем раствор и даем ему настояться.
  3. Сливаем раствор в другую емкость таким образом, чтобы туда не попал содовый осадок. От чистоты раствора в значительной степени зависит результат анодирования.

к содержанию ↑

Анодирование

Прежде всего, нужно подготовить деталь. Задача подготовительного процесса — очистить, отшлифовать и обезжирить поверхность перед анодированием. Если на изделии не убрать видимые дефекты, полученная пленка не сможет их скрыть, так как ее толщина не превышает 1/20 миллиметра. Прямо перед анодированием смешиваем оба раствора в одной посуде.

Емкость для анодирования должна быть достаточно объемной, чтобы в нее можно было полностью погрузить деталь. Кроме того, деталь должна быть зафиксирована так, чтобы не касаться дна посуды. Для этого можно использовать стойку или любой другой вариант – на личное усмотрение. Также нужно вдумчиво подойти к вопросу крепления детали, так как после анодирования в местах фиксации останутся следы.

Ток подается, по крайней мере, 30 минут. На необходимость завершать анодирование указывает изменение цвета детали. Когда деталь готова, напряжение отключаем, а металл извлекаем из ванночки.

После изъятия тщательно промываем заготовку. Чтобы результат был качественным, на 15 минут кладем металла в марганцевый раствор. Затем вновь промываем деталь сначала в теплой, а затем в холодной воде. Далее высушиваем металл. Если технология не нарушена, изделие приобретет светло-серую тональность. На качественно проделанную работу указывают равномерный цвет поверхности, отсутствие потеков и пятен.

Завершающая стадия анодирования – закрепление пленки. Необходимо закрыть микроскопические поры, имеющиеся в пленочном покрытии. Для этого кладем металл в емкость с дистиллированной водой и кипятим в течение получаса.

По желанию можно также покрасить или отлакировать металлическую поверхность. Лакокрасочный слой наносится методом погружения.

Итак, анодирование алюминия может осуществляться разными способами. Однако лишь холодная обработка металла содовым и соляным растворами доступны в домашних условиях. Также стоит заметить, что при соблюдении технологических требований вне зависимости от вида раствора отсутствует существенная разница в качестве полученных поверхностей.

Источник:
http://kraska.guru/specmaterialy/drugie-pokrytiya/anodirovanie-alyuminiya.html

Микродуговое оксидирование алюминия в домашних условиях

Актуальная задача уменьшения массы машин и механизмов без потери их производительности и механических свойств является причиной поиска и использования новых материалов и композитов. Широко применяемые в авиа- и машиностроении, химической и нефтегазовой промышленности алюминий и алюминиевые сплавы обладают достаточной прочностью и высокой коррозионной стойкостью при малом удельном весе. Однако ряд недостатков алюминиевых сплавов, таких как низкая температура плавления и износостойкость, высокая теплопроводность ограничивают использование данного материала [1].

Одним из наиболее эффективных, экономичных и экологически безопасных способов модифицирования поверхности алюминиевых сплавов, является микродуговое оксидирование. В основе процесса лежит высокотемпературная электрохимическая реакция в виде микродуговых разрядов на поверхности деталей, помещенных в электролит. Результатом реакции является образование покрытия большой толщины (до 400 мкм), обладающего высокой твердостью, прочностью, низкой химической активностью, тепло- и электропроводностью [2, 3]. Механические параметры покрытия регулируются составом электролита и электрическим режимом обработки. Электролит содержит щелочные растворы натрия, калия и других легирующих элементов. Напряжение активации процесса, как правило, составляет 450-500 В [4].

Основой состава МДО-покрытия являются высокотемпературные α- и γ-фазы оксида алюминия (корунд), а также различные химические соединения элементов состава электролита: Al2SiO5 (силлиманит), K(AlSi3O8) (ортоклаз) [5, 6].

Покрытия состоит из трех слоев (рис. 1).

Рис. 1. Схема структуры покрытия при микродуговом оксидировании алюминия.

Основным слоем МДО-покрытия является рабочий слой (2). Технологический слой, как правило, имеет высокую пористость, низкие механические свойства, и поэтому удаляется при обработке или в процессе эксплуатации детали.

Для проведения процесса микродугового оксидирования применяются источники питания конденсаторного или тиристорного типа с рабочим напряжением 400-800 В, которые имеют простую конструкцию, высокую мощность и надежность [7].

Частота работы данных источников питания часто равна частоте промышленной сети, и составляет 50 Гц (в некоторых источниках частота электрического тока процесса равна 300 Гц).

Целью данной работы является исследование особенностей процесса микродугового оксидирования при работе с разными источниками питания, для получения покрытия с повышенными свойствами при снижении энергозатрат процесса.

Методика и проведение исследования

В данной работе рассмотрен процесс микродугового оксидирования детали из алюминиевого сплава Д16 при работе с конденсаторным источником питания. Рабочее напряжение источника питания 450-600 В, регулировка тока ступенчатая (0-20 А), частота 50 Гц.

Условная схема источника питания, регулируемого с помощью изменения емкости конденсаторной батареи, представлена на рис. 2.

Рис. 2. Условная схема конденсаторного источника питания МДО.

При работе такого источника питания, значение электрического тока в системе деталь-ванна напрямую зависит от емкости конденсаторных батарей, и является равным току заряда конденсаторов за один период переменного тока [8].

Так как источники питания работают от промышленной сети (синусоидальный сигнал), процесс заряда конденсаторов начинается еще до достижения напряжения цепи, необходимого для образования микродуговых разрядов. Таким образом, часть электроэнергии затрачивается до начала процесса образования покрытия.

Для детального исследования процесса была применена высокоскоростная видеосъемка процесса МДО с помощью фото-видеокамеры Fujifilm SL1000, скорость съемки составляла 480 кадров в секунду.

В качестве обрабатываемой детали использовался диск из алюминиевого сплава Д16 диаметром 150 мм, толщиной 10 мм. Значение напряжения в системе деталь-ванна составляло 450-500 В., плотности тока j = 12 А/дм2.

На рис. 3 показаны стадии процесса оксидирования, соответствующие определенным значениям времени в одном периоде переменного тока в системе деталь-ванна. В таблице 1 указаны значения времени, соответствующие кадрам на рис. 3.

Рис. 3. Стадии формирования микродуговых разрядов за один период переменного тока, где Ua – амплитудное значение напряжения, Ur – действующее значение напряжения.

Значения времени для стадий формирования разряда при МДО

Источник:
http://science-education.ru/ru/article/view?id=16037