СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЛСТОСЛОЙНЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ
MANUFACTURING TECHNIQUE OF HIGH-BUILD WEAR-RESISTANT COATING BY MICROARC OXIDATION

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электрохимической обработке поверхностей металлов и сплавов методом микродугового оксидирования (МДО), для создания толстослойных износостойких покрытий и может быть использовано для упрочнения деталей из алюминиевых сплавов объектов машиностроения, например двигателей внутреннего сгорания.
2
Известен способ получения покрытий, включающий МДО изделий из алюминия, титана, циркония и их сплавов в режиме переменного тока в комбинированном электролите на основе силиката натрия - 80…120 г/л, фосфата натрия - 5…10 г/л и гидроксида натрия - 5…15 г/л, продолжительностью 5…80 минут при плотности тока 5…30 А/дм и напряжении 120…220 B (патент РФ №2238351, МПК C25D 11/02, опубл. 20.10.2004).
Известен способ получения декоративных и электроизоляционных покрытий на металлах и их сплавах методом МДО, заключающийся в том, что оксидируемую деталь помещают в ванну-электролизер с перемешиваемым электролитом и подвергают обработке микродуговым оксидированием, перемешивание электролита ведут мешалкой-электродом со скоростью 0,8-1 м/с (патент РФ №2251595, МПК C25D 11/02, опубл. 10.05.2005).
Недостатком известных способов является сложность химического состава электролита, что повышает трудоемкость процесса обработки.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения толстослойных защитных покрытий с высокой адгезией на деталях из вентильных металлов или их сплавов в режиме микродугового оксидирования, включающий установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали. Держатель детали снаружи покрыт электроизоляционным материалом на границе воздух - электролит. В одном из вариантов осуществления изобретения используют электролит, содержащий смесь едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л (патент РФ №2228973, МПК C25D 11/02, опубл. 20.05.2004).
Недостатком прототипа являются недостаточные показатели микротвердости и трудоемкость получения покрытия необходимой толщины ввиду следующего. Для получения заданной толщины покрытия нужно добиваться высокого напряжения, вплоть до 700 B, что увеличивает энергопотребление. Слишком высокая концентрация веществ, входящих в состав электролита, ведет к снижению микротвердости и толщины покрытия.
Задачей изобретения является получение толстослойных износостойких покрытий методом МДО для пар трения объектов машиностроения с целью увеличения их ресурса с повышенными значениями микротвердости и толщины, а также снижение трудоемкости и энергоемкости за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.
Технический результат - повышение толщины покрытия и, соответственно, износостойкости с одновременным обеспечением повышенной микротвердости.
Задача решается способом получения толстослойных защитных покрытий в режиме микродугового оксидирования, включающим установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали. В отличие от прототипа, в качестве электролита используют водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 2,5 г/л, процесс микродугового оксидирования ведут в течение 2,5-3,5 часов при силе тока I=4,5÷12 A, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=200÷415 B.
Технический результат заявляемого изобретения достигается благодаря следующему.
Концентрация едкого калия и жидкого стекла 2,5 г/л выбрана исходя из результатов проведенных исследований по оптимизации процесса МДО, которые показали, что максимальную толщину и микротвердость МДО-слоя можно получить при указанной концентрации веществ, при длительности процесса 2,5-3,5 часа, при силе тока I=4,5÷12 A, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде U=200÷415. Кроме того, выбранные параметры процесса МДО и концентрации веществ, входящих в состав электролита, обеспечивают снижение трудоемкости и энергоемкости получения покрытия.
Осуществление изобретения раскрыто в примере конкретной реализации.
Пример конкретной реализации способа
Методом МДО было получено упрочняющее покрытие на опытном образце, изготовленном из алюминиевого сплава АК12Д.
Предлагаемый способ получения толстослойного покрытия реализован с использованием установки МДО, которая состоит из ванны, заполненной электролитом, в которую погружают катод и анод (роль анода выполняет опытный образец), затем через них пропускают электрический ток.
2
3
a
k
a
k
Электролит состоит из дистиллированной воды с добавлением 2,5 г/л KOH и 2,5 г/л NaSiO (жидкое стекло). МДО-обработку ведут в течение 3,5 часов. Процесс оксидирования протекает при силе тока на аноде и катоде I=4,5÷12 A, при этом по мере протекания процесса ток уменьшается с 12 до 4,5 A. При обработке ведется контроль над следующими показателями: t - температура электролита; I - сила тока на аноде; I - сила тока на катоде; U - падение напряжения на аноде; U - падение напряжения на катоде, которые в процессе обработки имели значения в следующих диапазонах:
t=25,0÷38,8°C,
a
I=4,5÷12,0 A,
k
I=4,5÷12,0 A,
a
U=200÷415 B,
k
U=60÷95 B.
µ
После упрочнения по заявляемому способу микротвердость поверхности опытного образца составила Н=16 ГПа, а толщина слоя - 160 мкм. По сравнению с прототипом (толщина слоя около 150 мкм), по заявляемому способу получено покрытие большей толщины и, соответственно, износостойкости с высокими значениями микротвердости.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить толстослойное износостойкое покрытие методом МДО с повышенными значениями микротвердости, а также снизить трудоемкость и энергоемкость за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.