УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Полезная модель используется для электрохимического формирования методом микродугового оксидирования износостойких керамикоподобных покрытий на рабочих поверхностях деталей пар трения, изготавливаемых из алюминиевых сплавов и применяемых в приборо- и машиностроении, авиационной, нефтегазовой и других отраслях промышленности.
Известно устройство, в котором микродуговое оксидирование алюминиевых сплавов для получения оксидных износостойких покрытий осуществляется в анодно-катодном режиме при регулируемом соотношении катодного тока к анодному в электролите, содержащем 2-4 г/л гидроксида калия КОН и 2-10 г/л жидкого стекла натриевого (Анодно-катодные микродуговые методы нанесения защитных покрытий на элементы центробежных и штанговых насосов. Отчет НИР №01819012140. Институт неорганической химии СО АН СССР, 1986, с.27, 46-48).
Недостатками данного устройства является то, что при регулировании соотношения токов существенная часть электрической энергии рассеивается на двух балластных резисторах, а покрытия, сформированные в указанном электролите, имеют недостаточную износостойкость. Кроме того, невозможно одновременно обрабатывать две детали в различных режимах и электролитах, что требуется в случае пар трения. для получения необходимой разницы в твердости их рабочих поверхностей и, как следствие, повышенной износостойкости деталей и долговечности пары трения.
Ближайшим техническим решением является устройство для микродугового оксидирования вентильных металлов и их сплавов, содержащее источник питания с двумя клеммами, ванну для электролита, два токоподвода для оксидируемых деталей, три батареи электрических конденсаторов и два диода, в котором с целью расширения технологических возможностей две детали могут обрабатываться одновременно в одной ванне при различных соотношениях катодного и анодного токов (Авторское свидетельство СССР №1624060, кл. C25D 11/02, 1991).
Недостатком известного устройства является то, что микродуговое оксидирование двух деталей проводится в одной общей ванне с электролитом, в результате чего невозможно одновременно обрабатывать детали пары трения, требующие различные электролиты.
Полезная модель направлена на повышение износостойкости деталей и долговечности пар трения за счет получения необходимой разницы в твердости их рабочих поверхностей в результате одновременной обработки деталей пары трения при различных соотношениях катодного и анодного токов в двух отдельных ваннах с различными электролитами.
2
2
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для микродугового оксидирования алюминиевых сплавов, содержащее источник питания с двумя клеммами, ванну для электролита, содержащего 2 г/л гидроксида калия КОН и 9 г/л жидкого стекла натриевого, корпус которой соединен со второй клеммой источника питания, два токоподвода для оксидируемых деталей, два диода и три батареи электрических конденсаторов, первые обкладки которых соединены с первой клеммой источника питания, снабжено второй ванной для второго электролита, содержащего 2 г/л гидроксида калия КОН, 9 г/л жидкого стекла натриевого и дополнительно 4-6 г/л пероксида водорода HO, корпус которой соединен со второй клеммой источника питания, причем токоподвод для первой детали, расположенной в первой ванне для первого электролита, соединен со второй обкладкой первой батареи электрических конденсаторов и катодом первого диода, токоподвод для второй детали, расположенной во второй ванне для второго электролита, соединен со второй обкладкой третьей батареи электрических конденсаторов и анодом второго диода, а анод первого диода соединен с катодом второго диода и второй обкладкой второй батареи электрических конденсаторов.
На чертеже представлена функциональная электрическая схема устройства для микродугового оксидирования алюминиевых сплавов.
Устройство состоит из клемм 1 и 2 источника питания, батарей 3, 4 и 5 электрических конденсаторов, токоподводов для оксидируемых деталей 6 и 7, диодов 8 и 9, ванны 10 для электролита 12 и ванны 11 для электролита 13.
Устройство работает следующим образом.
При одинаковых емкостях батарей 3 и 5 электрических конденсаторов и емкости батареи 4 электрических конденсаторов, отличной от нуля, соотношение катодного и анодного токов на детали 6 меньше единицы, а на детали 7 - больше единицы:
к
a
6
к
a
7
(I/I)<1; (I/I)>1.
Это происходит потому, что батарея 4 электрических конденсаторов заряжается через деталь 7 и диод 9, а разряжается через диод 8 и деталь 6, батареи 3 и 5 электрических конденсаторов заряжаются и разряжаются через соответствующие детали 6 и 7. Токовый сдвиг на деталях 6 и 7 противоположен, но по модулю одинаков и пропорционален емкости батареи 4 электрических конденсаторов, т.е.
к
a
6
a
к
7
(I/I)=(I/I).
Соответствующим выбором емкостей конденсаторов 3, 4 и 5 можно без ограничений и потерь энергии регулировать соотношение катодного и анодного токов на деталях 6 и 7.
Сущность заявленной полезной модели поясняются следующим описанием и примером реализации технического решения.
Известно, что в паре трения для обеспечения максимальной износостойкости и долговечности рабочие поверхности ее отдельных элементов (деталей) должны иметь различную твердость. При микродуговом оксидировании это легко реализуется путем варьирования технологических параметров процесса, таких как состав электролита и соотношение катодного, и анодного токов при обработке в анодно-катодном режиме.
2
3
2
3
к
a
Экспериментально было установлено, что при микродуговом оксидировании алюминиевых сплавов добавка в силикатно-щелочной электролит пероксида водорода значительно повышает микротвердость получаемых покрытий за счет увеличения соотношения фазовых составляющих α-AlO/γ-AlO в покрытии. Также было установлено, что относительно небольшое смещение (I/I)>1 повышает микротвердость и наоборот.
2
2
к
a
2
2
к
a
3
2
2
В качестве примера на заявляемом устройстве была обработана пара трения - кольца торцевого уплотнения насоса, изготовленные из деформируемого алюминиевого сплава Д16 (Al+3,8-4,9% Cu+1,2-1,8% Mg+0,3-0,9% Mn). Первое кольцо (деталь 6) обрабатывалось в первой ванне 10 с электролитом 12, содержащим 2 г/л гидроксида калия КОН и 9 г/л жидкого стекла натриевого (модуль М=SiO/NaO≈3; плотность ρ≈1,5 г/см), при (I/I)=0,83, а второе кольцо (деталь 7) - во второй ванне 11 с электролитом 13, содержащим 2 г/л гидроксида калия КОН, 9 г/л жидкого стекла натриевого и дополнительно 4-6 г/л пероксида водорода HO, при (I/I)=1,2. При площади поверхности колец торцевого уплотнения по 1 дм емкости батарей 3 и 5 электрических конденсаторов составляли по 100 мкФ, а емкость батареи 4 электрических конденсаторов - 20 мкФ. Суммарная плотность катодного и анодного токов на обеих деталях составляла 10 А/дм, температура электролита в обеих ваннах была 20-30°С, продолжительность оксидирования - 180 мин.
Толщину и микротвердость оксидного покрытия определяли на поперечных шлифах образцов-свидетелей с помощью микротвердомера. Испытания на износ проводили в течение 16 часов по методике, приведенной в ГОСТ 17367-71. Фазовый состав оксидного покрытия определяли с помощью рентгеновского дифрактометра. Износостойкость оценивалась величиной, обратной скорости изнашивания (ГОСТ 23.002-78), а долговечность находили из произведения износостойкости и толщины покрытия.
2
2
2
3
2
3
Результаты проведенных испытаний показали, что максимальное повышение износостойкости и долговечности пары трения (~ в 4 раза) достигается при обработке второй детали во второй ванне с электролитом, содержащим дополнительно 5 г/л пероксида водорода HO. При этом толщина, скорость изнашивания, микротвердость и соотношение фазовых составляющих α-AlO/γ-AlO для первой детали составили 175 мкм, 2,75 мкм/ч, 15 ГПа и 1, а для второй детали - 190 мкм, 0,7 мкм/ч, 25 ГПа и 1,25 соответственно.
Таким образом, предлагаемая полезная модель устройства позволяет одновременно осуществлять микродуговое оксидирование двух деталей пары трения в отдельных ваннах с соответствующими электролитами на асимметричных токовых режимах, что при кратном повышении износостойкости деталей и долговечности пар трения за счет получения необходимой разницы в твердости их рабочих поверхностей вдвое сокращает время обработки или позволяет заменить два отдельных известных устройства, полностью выполняя их функции.