Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Модельные представления о механизме протекания МДО алюминиевых сплавов 11
1.1. Микродуговые разряды 11
1.2. Краткое описание основных опубликованных в научной литературе механизмов роста микродуговых покрытий на поверхности алюминиевых сплавов 16
Глава 2. Влияние формы тока и комбинированных электрических режимов на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности алюминиевых сплавов 29
2.1. О механизме влияния катодной составляющей тока на кинетику роста микродуговых покрытий 29
2.2. Влияние формы тока и комбинированных электрических режимов на кинетику роста микродуговых покрытий и их предельную толщину 31
Глава 3. Микродуговое оксидирование магниевых сплавов 37
3.1. Развитие представлений о процессе микродугового оксидирования магниевых сплавов 37
3.2. Влияние формы тока на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности магниевых сплавов 46
Глава 4. Исследуемые материалы и экспериментальные установки 51
4.1. Характеристика образцов 51
4.2. Характеристика электролитов 52
4.3. Экспериментальные установки 53
4.3.1. Лабораторные установки МДО 53
4.3.2. Опытно-промышленная емкостная установка МДО 58
4.4. Методика фотографирования микродуговых разрядов 61
4.5. Методика определения интенсивности горения микродуговых разрядов 61
4.6. Методика нанесения микродуговых покрытий на крупногабаритные пластины 63
Глава 5. Методика исследования свойств микродуговых покрытий 63
5.1. Методика определения толщины микродуговых покрытий 63
5.2. Методика исследования морфологии и количественной оценки элементного состава переходного слоя микродуговых покрытий 65
5.3. Методика определения фазового состава микродуговых покрытий...66
5.4. Методика оценки антикоррозионной способности микродуговых покрытий 67
5.5. Методика расчетов параметров покрытия и эффективных микроразрядов, формирующихся за один анодный «полупериод» 68
5.6. Измерение микротвердости микродуговых покрытий 69
5.7. Методика определения смачиваемости микродуговых покрытий различными жидкостями 69
5.8. Определение адгезии покрытий к металлической основе 69
5.9. Методика измерения сопротивления усталости 71
5.10. Испытания на термостойкость 71
Глава 6. Закономерности и особенности микродугового оксидирования алюминиевых сплавов 74
6.1. О механизме локального роста микродуговых покрытий 74
6.2. Влияние плотности переменного тока на кинетику роста микродуговых покрытий в водном растворе 3 г/л NaOH, 7 г/л ТЖС 84
6.3. Экспериментальное доказательство интенсивного образования эффективных пор в микродуговых покрытиях при катодной поляризации рабочего электрода 86
6.4. Новые способы получения антикоррозионных покрытий на алюминиевом сплаве 95
Глава 7 . Закономерности и особенности микродугового оксидирования магниевого сплава МЛ5 в различных щелочных электролитах 110
7.1. Влияние плотности и формы тока на микродуговое оксидирование сплава МЛ5 в щелочно-фосфатном электролите 110
7.2. Теоретическое обоснование введения фторида аммония в электролит при проведении процесса МДО магниевого сплава 129
7.3. Влияние температуры, плотности и формы тока на МДО магниевого сплава МЛ5 в щелочно-фосфатно-фторидном электролите 135
Глава 8. Свойства микродуговых покрытий, полученных на поверхности легких конструкционных сплавов по новым способам ... 150
8.1. Свойства микродуговых покрытий, полученных на поверхности алюминиевого сплава Діб по различным технологическим режимам... 150
8.2. Свойства и фазовый состав микродуговых покрытий, полученных на поверхности магниевого сплава МЛ5 при пропускании прямого тока между электродами 154
Выводы 157
Список литературы 159
- Краткое описание основных опубликованных в научной литературе механизмов роста микродуговых покрытий на поверхности алюминиевых сплавов
- Влияние формы тока и комбинированных электрических режимов на кинетику роста микродуговых покрытий и их предельную толщину
- Влияние формы тока на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности магниевых сплавов
- Методика определения интенсивности горения микродуговых разрядов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Ускорение научно-технического прогресса и развитие современной промышленности требуют разработки высокопроизводительных способов получения многофункциональных покрытий на поверхности легких конструкционных материалов.
В настоящее время, как в России, так и за рубежом наиболее перспективным методом нанесения защитных покрытий на изделия из алюминиевых и магниевых сплавов считается микродуговое оксидирование.
Микродуговое оксидирование (МДО) - процесс получения покрытий на поверхности электропроводящего материала, находящегося в электролите в качестве рабочего электрода, в высоковольтном режиме, обеспечивающем наличие локальных микроразрядов, перемещающихся по его поверхности при анодной поляризации.
Предложены различные механизмы протекания процесса МДО. Наиболее корректными, на наш взгляд, являются модельные представления о механизме протекания процесса МДО, в основе которых лежат следующие положения:
1) формирование парогазовой фазы в сквозных порах первоначально анодного
покрытия, а затем и микродугового происходит вследствие джоулевого тепловыделения и
образования газов (О2+Н2) при протекании анодного и катодного процессов;
электрический пробой этой парогазовой фазы и образование плазмы;
вынос плазмы на поверхность покрытия;
параллельное протекание двух процессов, доля влияния которых на рост покрытия в существенной степени определяется составом электролита:
а) экзотермическое взаимодействие окислителей плазмы с металлической
поверхностью дна каналов микроразрядов с последующим окислением
испаряющихся атомов металлических компонентов сплава;
б) вхождение в состав покрытия оксидов после плазмо- и термохимических
преобразований соответствующих химических компонентов электролита типа
Na2Si03, NaA102, технического жидкого стекла.
Однако в этих модельных представлениях:
1) не полностью раскрыты функции влияния плотности и катодной составляющей переменного тока на кинетику роста микродуговых покрытий в различных электролитах и предельную (максимально возможную) их толщину без локальных дефектов в них. Вместе с тем, протекание катодной реакции увеличивает рН электролита, находящегося в сквозных порах, а это может приводить при микродуговом оксидировании:
а) алюминиевых сплавов - к расширению, углублению и увеличению количества
сквозных пор в покрытии;
б) магниевых сплавов - к закрытию части сквозных пор покрытия пассивной
пленкой или малорастворимым гидроксидом магния (ПР =10" ' при 25 С).
В связи с вышеизложенным, можно ожидать различное влияние катодной составляющей тока на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности алюминиевых и магниевых сплавов. К сожалению, отсутствуют работы, в которых были бы проведены систематические исследования по установлению влияния катодной составляющей переменного тока на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности этих сплавов;
2) не рассмотрен механизм дополнительной непроизводительной затраты
электроэнергии при переходе процесса МДО от только мелких микроразрядов,
функционирующих на поверхности рабочего электрода, к крупным, интенсивно горящим
микроразрядам на фоне искр;
не выявлен механизм реализации катодных микроразрядов и их влияния на кинетику роста микродуговых покрытий;
не учтено наличие при проведении процесса МДО перемещающихся по поверхности электрода неэффективных и эффективных микроразрядов, т.е. микроразрядов, выделяющаяся энергия в которых соответственно не достаточна и достаточна для реализации роста покрытия в локальных местах системы «поверхностный слой сплава - покрытие» в анодный «полупериод» протекания тока;
5) не определен механизм ограничения роста толщины защитных микродуговых
покрытий, формируемых на поверхности алюминиевого сплава, а следовательно, и способ
возможного значительного увеличения их предельной толщины.
Цель и задачи исследования. Основной целью данной работы являлось установление механизма влияния плотности и формы тока, а также комбинированных электрических режимов, в которых анодно-катодный режим чередуется с катодным, на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности алюминиевого и магниевого сплавов в различных щелочных электролитах.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
1) обосновывали и экспериментально доказывали локальный механизм роста
микродуговых покрытий в анодный «полупериод» протекания тока, т.е. рост только по
эффективным микроразрядам, в которых выделяющаяся энергия достаточна для реализации
процесса экзотермического окисления металлического дна каналов этих микроразрядов;
2) исследовали кинетику роста микродуговых покрытий на алюминиевом сплаве Діб
при различных плотностях тока в электролите, в котором рост микродуговых покрытий
происходит в основном за счет экзотермического окисления металлического дна каналов микроразрядов;
исследовали влияние различных форм тока, пропускаемого между электродами (выпрямленного, прямого - анодные (А) режимы проведения процесса МДО, переменного симметричного и асимметричного - анодно-катодные (АК) режимы проведения процесса МДО), а также комбинированного электрического режима на кинетику роста микродуговых покрытий на алюминиевом сплаве Діб и их предельную толщину;
устанавливали влияние промежуточных обработок в щелочном растворе (рН—>14) образцов из алюминиевого сплава с микродуговым покрытием на изменение средней скорости роста покрытия и его предельную толщину без изменения условий проведения процесса;
исследовали влияние добавки в щелочно-фосфатный электролит фторида аммония (NH4F), плотности и формы тока, а также температуры электролита на механизм и кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности магниевого сплава МЛ5 на различных стадиях протекания процесса МДО;
определяли наличие микродуговых разрядов в анодный и катодный «полупериоды» протекания тока по наличию осцилляции на кривых мгновенных значений тока, напряжения и фотоэлектродвижущей силы (фото-ЭДС);
7) исследовали свойства, фазовый и элементный состав микродуговых покрытий,
получаемых на сплавах Діб и МЛ5 по оптимальным, согласно результатам данной работы,
технологическим режимам.
Научная новизна. Разработаны научные положения, позволяющие углубить наши представления о механизме роста покрытий на поверхности легких конструкционных сплавов при различных электрических режимах проведения процесса МДО.
Положения:
1) существуют неэффективные и эффективные микроразряды, различающиеся тем, что
в последних, в отличие от первых, выделяется энергия, достаточная для реализации роста
покрытий по механизмам вхождения в состав покрытия продуктов плазмо- и
термохимического преобразования химических компонентов электролита и/или
экзотермического окисления металлического дна сквозных пор;
чем больше количество эффективных микродуговых разрядов, тем больше предельная толщина микродуговых покрытий, которую можно получить на поверхности алюминиевых сплавов без локальных нарушений в этих покрытиях;
только при значительном увеличении количества эффективных микроразрядов можно увеличить производительность процесса получения микродуговых покрытий на поверхности алюминиевого и магниевого сплавов;
от отношения плотности катодного тока (ik) к плотности анодного (ia) зависит значение рН электролита, находящегося в сквозных порах покрытий и, как следствие, количество эффективных микроразрядов. С возрастанием рН в сквозных порах покрытий количество эффективных микроразрядов увеличивается (уменьшается) при проведении МДО алюминиевого (магниевого) сплава. Увеличение или уменьшение эффективных микроразрядов связано с различным коррозионным поведением алюминиевых и магниевых сплавов в щелочных электролитах;
фторид-ион, введенный в состав электролита, активирует поверхность магниевого сплава и, как следствие, увеличивает количество сквозных пор, длительность стадии искрения и скорость роста микродугового покрытия;
реализация катодных микродуговых разрядов на магниевом сплаве возможна только при очень малом поперечном сечении сквозных пор в микродуговом покрытии;
катодные микродуговые разряды при проведении процесса МДО магниевого сплава практически не оказывают влияния на кинетику роста микродуговых покрытий.
Практическая значимость. Основная практическая ценность данной работы заключается в установленных оптимальных технологических режимах для получения:
1) антикоррозионных микродуговых покрытий на поверхности изделий из
алюминиевого сплава Діб, в том числе крупногабаритных, с низкими энергозатратами и
высокой производительностью процесса МДО. Технологический режим: АК электрический
режим с промежуточной катодной обработкой или выдержкой не более 20 мин в щелочном
растворе (рН — 14) изделия с покрытием; плотность переменного симметричного тока -
3 А/дм , катодного - 3-10 А/дм (промежуточная обработка при катодной поляризации
образца); электролит: водный раствор, содержащий 180 г/л технического жидкого стекла
(ТЖС);
2) твердых (микротвердостью до 2100 HV), износостойких, антикоррозионных, толстых
(до 350 мкм) микродуговых покрытий, имеющих высокую адгезию к металлической основе.
Технологический режим: электролит (г/л): 3 гидроксид натрия (NaOH); 7 ТЖС; пропускание
асимметричного переменного тока с отношением плотности катодного тока к плотности
анодного (ік/іа) - 1,1; 1,2*;
3) на поверхности магниевого сплава МЛ5 микродуговых покрытий, имеющих
высокую адгезию к металлической основе, смачиваемость и относительно высокую
микротвердость (360±80 HV), а также незначительно уменьшающих сопротивление усталости
сплава. Технологический режим: электролит (г/л): 2 NaOH; 4 гексаметафосфат
* Плотность анодного тока зависит от мощности источника тока, геометрической формы и размеров образца или изделия, а также от интенсивности охлаждения электролита. Величина ia определяется эмпирически для каждого изделия из алюминиевого сплава и имеющейся в наличии установки МДО.
натрия (№бРбОі8); 20 NH4F; при нанесении микродуговых покрытий на сплав МЛ5 толщиной менее 150 мкм использовать прямой ток, а больше этой величины - выпрямленный; плотность тока - 2 А/дм .
Результаты данной работы были использованы при выполнении договоров с ОАО «Авиационный комплекс им. СВ. Ильюшина», EADS Deutschland GmbH Corporate Research Center Germany МНИИПУ. Они вошли в промежуточные отчеты по выполнению первых этапов следующих договоров и государственных контрактов: ГК № 02.740.11.0161 «Разработка высокопрочных сверхпластичных авиационных материалов на основе алюминия со структурой композитов, упрочненных микро- и наночастицами»; ГК № 02.518.11.7132 «Исследование структуры и свойств наноструктурных микродуговых покрытий, полученных на легких конструкционных сплавах при помощи установки локализации процесса микродугового оксидирования и плазменно-электролитического контакта (УЛиПЭК)»; договор с «The Seok Hwa Hi Tech Co», Ltd KR-05/2008 «Разработка технической документации на изготовление опытного образца лабораторной установки для анодирования алюминиевых сплавов», договор с Корейским политехническим университетом KR-04/2008 «Создание лабораторной установки и отработка типового режима процесса анодирования магниевых сплавов».
Апробация работы. Материалы диссертации были изложены на следующих международных и всероссийских конференциях: III Всероссийская конференция «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах», Россия, г. Воронеж, 8-14 октября 2006 г; Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития», Украина, г. Одесса, Одесский Национальный Морской Университет, 1-15 октября
г; IV Всероссийская научно-практическая конференция «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении», Россия, г. Пенза, 2-3 октября 2007 г; Всероссийская конференция по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90» (с международным участием), Россия, г. Москва, 10-14 ноября 2008 г; Международный форум по нанотехнологиям - Rusnanotech 08, Россия, г. Москва, 3-5 декабря
г.; V конференция молодых специалистов «Металлургия 21 века», Россия, г. Москва, ВНИИМЕТМАШ, 10-13 февраля 2009 г; Научно-практическая конференция «Защита от коррозии: Новые материалы и технологии противокоррозионной защиты», Россия, г. Москва, 10-11 марта 2009 г; Всероссийская молодежная школа-конференция «Современные проблемы металловедения», Абхазия, г. Пицунда, 18-22 мая 2009 г; IX Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2009», г. Москва, ВВЦ, 24-27 июня 2009 г; выставка-семинар «Новейшие разработки российских и болгарских организаций в области
нанотехнологий и наноматериалов», г. Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 28-30 сентября 2009 г.
Публикации. По результатам работы опубликовано 7 статей, 9 тезисов, 1 патент, 2 ноу-хау.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 частей, 8 глав, списка использованных источников из 188 наименований. Диссертация изложена на 179 страницах, содержит 16 таблиц и 64 рисунка.
Краткое описание основных опубликованных в научной литературе механизмов роста микродуговых покрытий на поверхности алюминиевых сплавов
В [131] сделан вывод, что при обработке алюминиевого сплава в разбавленных электролитах и при высоких плотностях тока основу образованного покрытия составляют продукты плазмохимических реакций, формирующиеся в каналах пробоя, а при его обработке в концентрированных электролитах и при малых заданных плотностях тока в покрытии преобладают оксиды, образованные по электролитическому механизму.
Поскольку ток, протекающий через искры (микродуговые разряды), существенно меньше общего тока оксидирования (I), эквивалентная схема, описывающая процессы, протекающие на поверхности рабочего электрода, на плазменной (микродуговой) стадии электролиза представлена на рис. 1.2. Последовательно соединены сопротивления электролита (R3), оксидного слоя (ROK) И металла (RM). Сопротивление оксидного слоя представлено в [131] в виде параллельного соединения сопротивлений каналов пробоев (R1) и остальной поверхности оксидирования (R3X) Аналогичного мнения о механизме роста микродугового покрытия придерживаются и авторы [53, 107-111]. Они утверждают, что параллельно протекают процессы в каналах микродуговых пробоев и на свободной от них поверхности. При этом рост на свободной от микродуговых разрядов поверхности, по их мнению, происходит вследствие миграции и диффузии катионов и анионов через разогретые участки покрытия.
Альтернативный механизм был предложен авторами [88], которые считают, что механизм роста микродуговых покрытий аналогичен механизму анодирования алюминия [132, 133]. Они полагают, что микроразряды обладают чисто ионной проводимостью. Следовательно, функционирует система «электролит-микроразряд-оксид-металл», имеющая ионную проводимость от поверхностей локальных электролитических катодов до анода (металлической основы дна каналов микроразрядов). Катионы движутся по разогретому каналу оксида, образующемуся под разрядом, в сторону подвижной границы оксид-электролит. Навстречу им (в сторону границы оксид-металлическая основа) движутся ионы кислорода.
Следовательно, в электролитах, не содержащих химических компонентов, которые способны образовывать нерастворимые оксиды, покрытие формируется только вследствие оксидирования материала положки. В этом случае покрытие углубляется в металлическую основу и размер образца, как считают авторы [88], меняется в пределах 10% от толщины сформированного покрытия.
К сожалению, вследствие большой как закрытой, так и открытой пористости микродуговых покрытий при получении их в этих электролитах размер образца (изделия) изменяется от 20 до практически 100 % в зависимости от толщины покрытия.
Если в электролите имеются катионы и (или) анионы (при этом не рассматриваются анионы кислорода), содержащие элементы способные образовывать нерастворимые оксиды, то последние входят в состав покрытия и существенно (в значительно большей степени, чем 10 %) увеличивают размеры образца (изделия). Соотношение этих оксидов с оксидами металлических компонентов основы зависит в основном от концентрации катионов и (или) анионов в водном растворе [88].
Следует заметить, что после плазмо- и термохимических преобразований ряда химических компонентов водного раствора, а также окисления металлической основы при проведении процесса МДО могут образовываться не только оксиды на металлической поверхности, но и другие нерастворимые и малорастворимые химические соединения.
Авторы [15, 56] использовали эти представления для разработки механизма формирования переходного слоя микродугового покрытия (рис. 1.3).
В отличие от анодирования, при котором окисление металлической основы идет относительно равномерно по всей поверхности, при возникновении микродуговых разрядов на рабочем электроде окисление металлической основы становится неравномерным.
При возникновении в какой-либо точке микродугового разряда вследствие сильного разогрева газа в разрядном канале происходит прогрев близлежащего участка покрытия, который обладает развитой структурой микропор (рис. 1.4). Канал, в котором горит разряд в течение какого-то времени, является доминирующим в этой разогретой зоне. Именно в этот отрезок времени в соседних порах происходит термически ускоренное электрохимическое взаимодействие электролита с металлом основы через барьерный слой на дне пор. Это приводит к росту локального участка покрытия и продвижению его в глубь подложки. При этом граница раздела имеет вид полусферической линзы с осью симметрии, совпадающей с осью разрядного канала. Соседние каналы также имеют основания в виде полусферы, составляющей микрорельеф, хорошо видимый при большом увеличении, т.е. выявлен рельеф с топологией (рис. 1.5) близкой по параметрам к классическим келлеровским ячейкам из физико-геометрической модели формирования анодных покрытий [134-135].
Линзообразные микроячейки, формирующиеся на дне пор, где функционирует разряд, со временем трансформируется в глобулярные образования. На следующем этапе протекания процесса МДО глобулярные образования, срастаясь друг с другом, «отделяют» частицы металла от подложки (рис. 1.4).
Авторы [15, 56] считают, что поскольку каждое такое металлическое вкрапление электрически изолированно от подложки, оно больше не участвует в процессе оксидирования.
Влияние формы тока и комбинированных электрических режимов на кинетику роста микродуговых покрытий и их предельную толщину
В [56, 126] исследовали влияние отношения плотности катодного (ік) и анодного (іа) токов в интервале от 0 до 2 на кинетику роста микродуговых покрытий, их предельную толщину и свойства в силикатно-щелочном электролите. Рекомендовано проводить процесс МДО в интервале ік/іа = 0,4 1.3. При этом отмечают [56], что максимальную микротвердость и минимальную сквозную пористость имеют покрытия, сформированные в интервале ік/іа = 0,9-1,1. В зависимости от типа источника тока при различных значениях ік/іа, но больших 1, на определенном этапе протекания процесса МДО визуально наблюдали [56] так называемое «угасание» микродуговых разрядов, которое сопровождалось ростом тока, падением анодного и ростом катодного напряжения. Процесс МДО при «угасании» микродуговых разрядов продолжается внутри покрытия и сопровождается равномерным свечением его поверхности, подобным люминесцентному. Попытки объяснить это явление приводят авторов [56] к необходимости считать, что на всех стадиях протекания процесса МДО в водных растворах с рН более 11 формируется барьерный слой на поверхности алюминиевых сплавов и, кроме того, утверждать, что на поверхности рабочего электрода функционируют контрагированные тлеющие разряды с реализацией в них эффекта полого катода.
В [24] было установлено, что при различных отношениях количества электричества, пропускаемого между электродами в анодный (qa) и катодный (qK) «полупериод», скорость роста толстых (более 40 мкм) покрытий увеличивается при переходе от отношения qa/qK от 1,57 к 0,89, несмотря на то, что происходит переход роста покрытий от практически линейного к параболическому кинетическому закону их роста. Кроме того, при таком изменении отношения qa/qK значительно уменьшаются количество, геометрические размеры и интенсивность горения микродуговых разрядов, что приводит к уменьшению шероховатости покрытия и более ровной границе раздела металлическая основа - оксидная пленка. Вместе с тем, авторы [24] отмечают, что установление механизма влияния катодной составляющей переменного тока на кинетику роста микродуговых покрытий и их морфологию требуют специальных исследований.
В [19, 25] установлено, что с увеличением асимметрии (рис. 1.8) переменного тока (ік - іа = Аік), при этом задавали постоянное значение Аік в выбранном интервале от 0,12 до 0,52 А или проводили процесс в комбинированном электрическом режиме: чередование АК режима с К режимом (АК-К-АК-...-К-АК) [25], происходит: 1) уменьшение предельной толщины микродуговых покрытий с увеличением Аік; 2) первоначальное уменьшение анодного напряжения после катодной обработки системы «микродуговое покрытие - слой электролита и сплава, прилегающие к нему» при проведении процесса в комбинированном электрическом режиме и наличие на формовочной кривой участков с отрицательным наклоном, которые наиболее ярко проявляются с увеличением ік при катодной обработке.
Последнее авторы [19, 25] связывают с тем, что при достижении максимального анодного напряжения покрытие имеет такую толщину и качество, что после разогрева анодными разрядами вещество покрытия во время катодного «полупериода» не успевает сильно остыть и потерять свою высокую проводимость. Это способствует увеличению проводимости в оксидных слоях, и условия перехода микродуговых разрядов в дуговые не достигаются. И, как отражение происходящих изменений, на стадии микродуговых разрядов анодное напряжение после определённого периода роста довольно резко, скачком, уменьшается до некоторого минимального значения [19].
Согласно их объяснению должно происходить не уменьшение, как установлено ими, а увеличение предельной толщины микродуговых покрытий.
В [25] исследовали влияние асимметричности тока (іа/ік = (3) на кинетику изменения массы образцов из алюминия (А99) после их МДО в водных растворах, содержащих различную концентрацию технического жидкого стекла (ГОСТ 13079-77). Авторы отмечают, что при (3 1 масса
Влияние формы тока на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности магниевых сплавов
Авторы [154, 158] считают, что при проведении МДО магниевых сплавов с пропусканием между электродами переменного, импульсного и биполярного тока, по сравнению с использованием постоянного тока при проведении этого процесса, лучше удается контролировать плазмохимические процессы и получать более равномерные и менее пористые покрытия. К сожалению, сравнение характеристик покрытия проводили [158, 159] при различной их толщине (последнее недопустимо).
В [159] описаны эксперименты, согласно которым, увеличение катодной плотности биполярного тока (частота 2 кГц) при проведении процесса в водном растворе, содержащем 8 г/л Na3P04 и 1 г/л NaF, происходит уменьшение скорости роста микродугового покрытия. Этот эффект авторы [159] связывают с растворением некоторого количества оксидной фазы в катодный полупериод протекания тока. Однако не объясняют, как влияет увеличение катодной плотности тока на возрастание скорости растворения покрытия, состоящего из MgO. При этом они считают, что с увеличением катодной плотности тока уменьшается пористость покрытия (оно становится более компактным) [159] и приводят данные (рис. 1.15) о незначительном возрастании катодного напряжения с увеличением отношения ік/іа.
Несомненно, что механизм влияния катодной составляющей на кинетику роста микродуговых покрытий на поверхности магниевых сплавов совершенно иной и для его установления необходимо проведение систематического исследования.
Методика определения интенсивности горения микродуговых разрядов
Для определения интенсивности горения микродуговых разрядов использовали кремниевый р-n фотодиод BPW21R с диапазоном длин волн 420-675 нм, временем включения/выключения 3 мкс и относительно высокой чувствительностью. В качестве световода применялся стеклянный стержень, соединенный с фоточувствительным элементом фотодиода. Световод подводился к образцу на расстояние несколько сантиметров и закреплялся в штативе. Фото-ЭДС регистрировалась на цифровом осциллографе по одному из каналов с одновременной синхронизацией с мгновенным значением тока или напряжения по другому каналу.
Рис. 2.6. Упрощенная эквивалентная схема, поясняющая переход от симметричного напряжения к асимметричному: D - идеальный диод; С емкости, включенные параллельно; V - катодный вольтметр; R , R сопротивление протеканию анодного и катодного процесса соответственно; R - сопротивление электролита
Для установления оптимального технологического режима нанесения равномерных по толщине и свойствам микродуговых покрытий на крупногабаритные (1000x250x1,2 мм) пластины из алюминиевого сплава Діб была использована электролизная ванна высотой 1400 мм, диаметром 600 мм и дополнительный противоэлектрод. Объем цилиндрической электролизной ванны — 300 л, объем электролита - 270 л (водный раствор для проведения процесса МДО крупногабаритных пластин содержал 180г/лТЖС). Принципиальная ее схема представлена на рис. 2.7.
Для погружения и подъема пластин в электролит и из него использовали специальное устройство, позволяющее задавать скорость погружения и подъема 29 мм/мин.
Одновременно с погружением пластин в электролит задавали различную постоянную величину переменного тока. Финишную микродуговую обработку пластины при ее полном погружении в электролит проводили при постоянном значении плотности переменного тока. Более подробное описание электрических режимов, в том числе и оптимального, по нанесению защитно-коррозионных покрытий на крупногабаритных пластинах приведено в гл. 6.
Измерение толщины полученных микродуговых покрытий проводили при помощи толщиномера Elcometer 456. Принцип работы толщиномера основан на вихретоковом методе контроля. Он генерирует внешнее электромагнитное поле, которое наводит вихревые токи в объекте контроля. Анализируя взаимодействие внешнего наведенного поля с различными материалами, прибор выдает информацию о толщине покрытия. Характеристики прибора: область измерений от 0,1 до 1500 мкм; точность 0,05. Перед измерением толщины микродугового покрытия толщиномер калибровали, используя материал подложки и соответствующие эталоны.
Проводили не менее 40 замеров толщины микродугового покрытия на различных участках поверхности образца. Прибор автоматически определял среднее значение и отклонение от него на этих участках.
Кроме того, изготавливали поперечные шлифы из контрольных образцов и измеряли толщину микродугового покрытия, используя микроскоп Buehler Micromet 5101. Определенные значения толщин покрытий на контрольных образцах не превышали значения толщин, оцененных при помощи толщиномера, более чем на 4%.
