Коррозионная стойкость оксидного покрытия

11. Акатенков Р.В., Алексашин В.Н., Аношкин И.В., Бабин А.Н., Богатов В.А. и др. Влияние малых количеств функционализированных нанотрубок на физико-механические свойства и структуру эпоксидных композиций// Деформация и разрушение материалов. -2011.- № 11.-С.37-53.

12. Богатов В.А., Кондрашов С.В., Мансурова И.А., Минаков В.Т., Аношкин И.В. О механизме усиления эпоксидных смол углеродными нанотрубками//Все материалы. Энциклопедический справочник.- 2012.- № 4.- С.208-221.

13. Гуняев Г.М., Каблов Е.Н. Модифицирование конструкционных углепластиков углеродными наноча-стицами// Российский химический журнал. -2010.- Т.LIV, №1.- С.176-190.

14. Пат. 2363712 Российская Федерация, МПК C08L63/00, C08G59/50, C08J5/24, В32В27/38, В82В1/00. Высокопрочная эпоксидная композиция и способ ее получения/ Каблов Е.Н., Чурсова Л.В, Хрульков А.В. и др. заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт проблем химической физики РАН; заявл. 05.03.2007; опубл. 10.08.2009. - 9с.

15. Пат. 2479606 Российская Федерация, МПК C08L63/00. Состав модифицированного связующего на основе эпоксидных смол, способ его получения и препрег на его основе/ Смирнов Ю.Н., Беляева Е. А., Розенберг Б. А., Белов Г. П., Натрусов В. И., Файнштейн А. М., Осипчик В. С. заявитель и патентообладатель Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ"), Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"; заявл. 23.11.2011; опубл. 20.04.2013.

УДК 544.653.22

Энуар1 Р.А. , Ергалиев1 Д.С. , Рамазанова2 Ж.М.

1Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан

2АО «Национальный центр космических исследований и технологий», Астана, Казахстан

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ

В работе получены оксидные покрытия в режиме микродугового оксидирования. Показано, что данные покрытия обладают защитными свойствами. Показано, что для улучшения защитных свойств в поры покрытия можно вводит полимер, который уменьшает пористость покрытия.

Ключевые слова:

микродуговое оксидирование, оксидный слой, коррозионная стойкость, пористость, длительность анодного импульса тока.

Введение

Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов зависит как от количества примесей или специально введенных в сплав добавок, так и от качества покрывающей его защитной пленки. Легирующие присадки меди, кремния, марганца, никеля, кобальта, железа значительно улучшают механические свойства, но снижают коррозионную стойкость. Естественную оксидную пленку алюминия не считают достаточной для защиты основного металла (сплава) от коррозии, эту пленку искусственно утолщают и уплотняют в зависимости от требований, предъявляемых к изделиям [1].

В последнее время для получения защитных оксидных покрытий на алюминии и его сплавах широко используется метод, основанный на использовании явления анодного искрового разряда, известный также как микродуговое оксидирование (МДО). Микродуговое оксидирование - это электрохимический процесс модификации (окисления) поверхности вентильных металлов и их сплавов (например, сплавы А1, Мд, ^ и др.) в электролитной плазме с целью получения оксидных покрытий [2].

Целью данной работы являлось формирование оксидных покрытий методом микродугового оксидирования при различных длительностях анодного импульса тока с целью определения возможности использования данных покрытий в качестве защитных.

Методика эксперимента

Образцы для нанесения оксидного покрытия изготавливали из алюминия марки А0 размером 2х2 см и толщиной 3 мм, площадь обрабатываемой поверхности составляла 8 см2. Формирование оксидного покрытия осуществляли в растворе электролита состава, г/л: Na2HPO4-12ШО - 40; Na2B4O710 Н2О- 30; HзBOз - 20, NaF - 10. Электролит готовили на дистиллированной воде из реактивов марки "ч.д.а", "х.ч". 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. Импульсный источник питания позволял получать импульсы напряжения прямоугольной трапецеидальной формы при частоте следования импульсов 50 Гц и плотности тока 114-130 А/дм2, напряжении 300В.

Оксид-фторопластовые покрытия получали погружением подогретых до температуры 30-400С образцов с оксидным покрытием в раствор фторопласта

Ф-32 и последующей сушкой в сушильном шкафу при температуре 180-2000С в течение 10-15 минут.

Для оценки коррозионных свойств полученных покрытий по ГОСТ 9.302-88 и 9.031-74 "Единая система защиты от коррозии и старения" были использованы методы, основанные на разрушении оксидных покрытий под действием испытательных растворов. В одном случае при проведении контроля защитных свойств оксидных покрытий, на поверхность образца наносили 2-4 капли раствора, выдерживали в течение времени, 1-50 минут, и наблюдали за изменением цвета капли. В другом случае образцы с покрытием периодически погружались в испытательный раствор при температуре от 20 до 25 0С, по циклу: 10 мин в растворе, 50 мин на воздухе. Продолжительность испытаний устанавливали в зависимости от толщины полученных оксидных покрытий. В качестве испытательных растворов применялись: 1) кислота соляная-250 см3/дм3 (плотностью 1,19 г/см3), калий двухромо-вокислый-30 г/дм3; 2) раствор хлористого натрия 5%, хлорной меди-0,3г, доведенный до рН=3,3-3,5 уксусной кислотой. Критериями разрушения оксидных покрытий согласно ГОСТ считалось: 1) появление очагов коррозии на поверхности покрытия, изменение цвета капли испытательного раствора; 2) появление очагов коррозии и контактное выделение меди на поверхности покрытия.

Толщину покрытий определяли на толщиномере QuaNix-1500. Толщину расчитывали как среднее из 15 измерений, с обеих сторон образца.

Общую пористость покрытия находили по данным анализа микрофотографий исследуемых образцов, полученных на растровом электронном микроскопе ISM - 84 по методике С.А. Салтыкова [3], пользуясь методами планиметрии, секущих и точек, как отношение площади изображения пор Гп к общей площади участка наблюдения Г: П=Гп/Г-100 %. Абсолютная погрешность измерения диаметра пор составляет ± 0.01мкм. Относительная погрешность методики измерения пористости 5 %.

Обсуждение результатов

Коррозионная стойкость оксидного покрытия определяется химической инертностью самого покрытия, его равномерностью и сквозной пористостью. Как известно при прохождении электрического тока через границу раздела электрод-раствор на поверхности металла возникают локальные микроплазменные разряды. Под их воздействием происходит формирование и изменение структуры образованной оксидной пленки. И, как правило, в

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