EA012825B1 - Method of forming a protective ceramic coating on the surface of metal products - Google Patents
Method of forming a protective ceramic coating on the surface of metal products Download PDFInfo
- Publication number
- EA012825B1 EA012825B1 EA200901050A EA200901050A EA012825B1 EA 012825 B1 EA012825 B1 EA 012825B1 EA 200901050 A EA200901050 A EA 200901050A EA 200901050 A EA200901050 A EA 200901050A EA 012825 B1 EA012825 B1 EA 012825B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- pulses
- coating
- coatings
- anode
- cathode
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/026—Anodisation with spark discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/024—Anodisation under pulsed or modulated current or potential
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов и сплавов, а именно к плазменно-электролитическому оксидированию, и имеет целью формирование гладких и равномерных керамических покрытий с улучшенными физико-механическими свойствами.The invention relates to electrochemical surface treatment of metals and alloys, namely to plasma-electrolytic oxidation, and has the goal of forming smooth and uniform ceramic coatings with improved physical and mechanical properties.
С помощью предлагаемого способа на поверхности металлических изделий с высокой скоростью формируются износостойкие, эрозионностойкие, коррозионностойкие, теплостойкие и диэлектрически прочные покрытия.Using the proposed method, on the surface of metal products with high speed are formed wear-resistant, erosion-resistant, corrosion-resistant, heat-resistant and dielectric-resistant coatings.
Способ получения защитных керамических покрытий может быть использован в авиастроении, автомобилестроении, насосо- и компрессоростроении, нефтяной и газовой промышленности, электронике, медицине, производстве спортивных и бытовых товаров.The method of producing protective ceramic coatings can be used in aircraft, automotive, pump and compressor engineering, oil and gas industry, electronics, medicine, sports and household goods.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Способы плазменно-электролитического оксидирования, с помощью которых в водных электролитах на поверхности металлов и сплавов формируются защитные керамические покрытия, по полярности прилагаемых тока и напряжения делятся на анодно-искровые и анодно-катодные. В анодно-искровых способах используют постоянный или однополярный (положительный) ток, а в анодно-катодных используют биполярные импульсы тока.Methods of plasma-electrolytic oxidation, by which protective ceramic coatings are formed on the surface of metals and alloys in aqueous electrolytes, are divided into anodic-spark and anodic-cathodic ones by the polarity of the applied current and voltage. In anodic-spark methods, direct or unipolar (positive) current is used, and in anodic-cathodic methods, bipolar current pulses are used.
Применение катодных импульсов тока, несмотря на увеличение энергоемкости процесса, приводит к качественному изменению фазового состава и свойств покрытия. Протекающий в катодный период электронный ток вызывает существенное тепловыделение и дополнительный разогрев формируемого покрытия, что способствует образованию в нем зерен высокотемпературных кристаллических фаз оксидов и их «свариванию», созданию плотного слоя с монолитной структурой. Такое плотное монолитное покрытие лучше противостоит износу и коррозии, чем покрытие, полученное в условиях однополярной анодной поляризации.The use of cathodic current pulses, despite the increase in the energy intensity of the process, leads to a qualitative change in the phase composition and properties of the coating. The electron current flowing in the cathode period causes significant heat release and additional heating of the formed coating, which contributes to the formation of grains of high-temperature crystalline phases of oxides and their “welding”, the creation of a dense layer with a monolithic structure. Such a dense monolithic coating better resists wear and corrosion than a coating obtained under unipolar anodic polarization.
Известен способ оксидирования алюминиевых сплавов с использованием анодно-катодного режима (ΌΕ 4209733) при частоте следования чередующихся разнополярных импульсов тока 10-150 Гц с длительностью анодных импульсов 10-15 мс (миллисекунд) и катодных - 5-10 мс. Использование аноднокатодного электролиза позволяет получать твердые, прочные и износостойкие керамические покрытия. Недостатками способа являются значительные пористость и шероховатость поверхности покрытия. Кроме того, специфика процесса такова, что формирование внутреннего основного твердого слоя предшествует и обуславливается образованием внешнего «технологического» слоя. Поэтому для получения качественного оксидного слоя требуется наращивание достаточно толстого (120-150 мкм) покрытия, что связано с большими энергозатратами. При этом значительную часть покрытия по толщине (40-50%) составляет внешний дефектный слой, имеющий относительно рыхлую структуру и требующий больших трудозатрат на его удаление. Процесс оксидирования очень длительный, так как скорость формирования покрытия не превышает 1 мкм/мин.A known method of oxidizing aluminum alloys using the anodic-cathodic mode (ΌΕ 4209733) at a repetition rate of alternating bipolar current pulses of 10-150 Hz with anode pulses of 10-15 ms (milliseconds) and cathode pulses is 5-10 ms. The use of anodic cathode electrolysis makes it possible to obtain solid, durable and wear-resistant ceramic coatings. The disadvantages of the method are significant porosity and surface roughness of the coating. In addition, the specificity of the process is such that the formation of the inner core solid layer is preceded and caused by the formation of an external "technological" layer. Therefore, to obtain a high-quality oxide layer, it is necessary to build up a sufficiently thick (120-150 μm) coating, which is associated with high energy consumption. At the same time, a significant part of the coating in thickness (40-50%) is the external defective layer, which has a relatively loose structure and requires a lot of labor to remove it. The oxidation process is very long, since the rate of coating formation does not exceed 1 μm / min.
Известен способ формирования корундового покрытия на вентильных сплавах с использованием переменного синусоидального напряжения, достигающего величины 1000-1800 В (И8 2006/0207884). Частота чередующихся импульсов при этом составляет 50-200 Гц, а плотность тока составляет 100-150 А/дм2. Применение таких высоких напряжений и токов при большой длительности импульсов неизбежно приведет к возникновению мощных дуговых разрядов и ухудшению качества покрытия (высокой пористости и шероховатости, низкой адгезии и значительному внешнему дефектному слою). Покрытия такого рода используются как термозащитные. Кроме того, способ отличается большой энергоемкостью и малой эффективностью, так как использует синусоидальные импульсы напряжения, которые значительно уступают в эффективности прямоугольным импульсам.A known method of forming corundum coatings on valve alloys using an alternating sinusoidal voltage reaching 1000-1800 V (I8 2006/0207884). The frequency of alternating pulses in this case is 50-200 Hz, and the current density is 100-150 A / dm 2 . The use of such high voltages and currents with a long pulse duration will inevitably lead to the appearance of powerful arc discharges and a deterioration in the quality of the coating (high porosity and roughness, low adhesion, and a significant external defective layer). Coatings of this kind are used as thermal shields. In addition, the method is characterized by high energy intensity and low efficiency, since it uses sinusoidal voltage pulses, which are significantly inferior in efficiency to rectangular pulses.
С целью усовершенствования электрических параметров процесса оксидирования и улучшения качества керамических покрытий некоторые исследователи предложили увеличить долю катодных импульсов в анодно-катодном процессе.In order to improve the electrical parameters of the oxidation process and improve the quality of ceramic coatings, some researchers have proposed increasing the proportion of cathode pulses in the anode-cathode process.
Известен способ оксидирования изделий в анодно-катодном режиме при плотностях тока 15,5-45,8 А/дм2 и отношением катодной и анодной составляющих тока, равном 1,36-1,92 (КИ 2081212). Это позволяет повысить микротвердость покрытий и увеличить их толщину.A known method of oxidizing products in the anodic-cathodic mode at current densities of 15.5-45.8 A / dm 2 and the ratio of the cathodic and anodic components of the current equal to 1.36-1.92 (KI 2081212). This allows you to increase the microhardness of the coatings and increase their thickness.
Известен способ, где описывается устройство, обеспечивающее анодно-катодный режим оксидирования алюминиевых сплавов, при котором после каждого импульса положительного тока следуют два импульса (основной и дополнительный) отрицательного тока (νθ 00/05493). Дополнительный импульс позволяет на 20-40% увеличить среднее значение катодного тока по сравнению со средним значением анодного тока. При таком соотношении токов процесс оксидирования протекает стабильнее, уменьшается пористость получаемого покрытия, увеличивается скорость его формирования.The known method, which describes a device that provides an anodic-cathodic mode of oxidation of aluminum alloys, in which after each pulse of positive current is followed by two pulses (main and additional) of negative current (νθ 00/05493). An additional pulse allows increasing the average value of the cathode current by 20–40% compared with the average value of the anode current. With this ratio of currents, the oxidation process proceeds more stably, the porosity of the resulting coating decreases, and the rate of its formation increases.
Известен способ получения оксидно-силикатных коррозионно-стойких покрытий, главным образом, на магниевых сплавах (И8 2006/0201815). В этом способе на электроды (деталь и противоэлектрод) подаются биполярные импульсы напряжения величиной +/- 250 В (форма импульсов не указывается). При этом длительности импульсов регулируются, а минимальная длительность импульса составляет 30 мс. Причем длительность анодного импульса должна быть меньше, чем длительность катодного импульса (соотношение длительностей анодного и катодного импульсов в способе не указывается). НедосA known method of producing oxide-silicate corrosion-resistant coatings, mainly on magnesium alloys (I8 2006/0201815). In this method, bipolar voltage pulses of +/- 250 V are supplied to the electrodes (part and counter electrode) (the shape of the pulses is not indicated). In this case, the pulse durations are adjustable, and the minimum pulse duration is 30 ms. Moreover, the duration of the anode pulse should be less than the duration of the cathode pulse (the ratio of the duration of the anode and cathode pulses in the method is not specified). Nedos
- 1 012825 татком этого способа является низкая производительность обработки вследствие применения импульсов большой длительности и невысоких напряжений. Как следует из примеров, приведенных в описании способа, производительность оксидирования магниевых сплавов составляет 0,1-1,0 мкм в минуту, а время обработки изделия длится 20-30 мин.- 1 012825 the tatco of this method is the low processing productivity due to the use of pulses of long duration and low voltage. As follows from the examples given in the description of the method, the productivity of oxidation of magnesium alloys is 0.1-1.0 microns per minute, and the processing time of the product lasts 20-30 minutes
Также известен способ оксидирования алюминиевых сплавов, где анодно-катодный режим, длящийся в течение 5-30 с, чередуют с подачей в течение 1-10 с только катодных импульсов (ΧνΟ 99/31303). При этом плотность тока во время катодного режима составляет 5-25% от плотности анодного и катодного токов во время анодно-катодного режима. Полученные оксидно-керамические покрытия отличаются повышенной плотностью (пористость уменьшается втрое) и микротвердостью, большей равномерностью по толщине.A method is also known for the oxidation of aluminum alloys, where the anodic-cathodic mode, which lasts for 5-30 s, is alternated with the supply of only cathodic pulses for 1-10 s (ΧνΟ 99/31303). Moreover, the current density during the cathode mode is 5-25% of the density of the anode and cathode currents during the anode-cathode mode. The obtained oxide-ceramic coatings are characterized by increased density (porosity decreases by a factor of three) and microhardness, a greater uniformity in thickness.
Однако вышеперечисленные известные способы имеют те же существенные недостатки. Так как при оксидировании используется переменный ток промышленной частоты 50 Гц с длительностью анодных и катодных полупериодов 10 мс, то скорость формирования покрытий не превышает 1 мкм/мин. Покрытия имеют относительно толстый внешний дефектный слой и шероховатость поверхности К, 5-8 мкм. Для формирования покрытий в известных способах требуются значительные энергозатраты, что сдерживает их применение в промышленности.However, the above known methods have the same significant disadvantages. Since an alternating current of industrial frequency of 50 Hz with anode and cathode half-cycles of 10 ms is used for oxidation, the coating formation rate does not exceed 1 μm / min. Coatings have a relatively thick external defective layer and surface roughness K, 5-8 μm. For the formation of coatings in the known methods require significant energy consumption, which inhibits their use in industry.
Другие исследователи для улучшения защитных свойств покрытий и увеличения производительности процесса оксидирования предложили высокочастотные импульсные режимы анодно-катодного электролиза с импульсами небольшой длительности.Other researchers, to improve the protective properties of coatings and increase the productivity of the oxidation process, proposed high-frequency pulsed modes of anodic-cathodic electrolysis with pulses of short duration.
Известен способ электролитического оксидирования металлов в импульсном анодно-катодном режиме с длительностью импульсов 100-300 мкс (микросекунд) и такой же паузой между ними (КИ 2077612). Малые длительности импульсов и значительные плотности анодного и катодного токов (до 800 А/дм2) обеспечивают формирование плотного мелкокристаллического покрытия с высокой микротвердостью и малой шероховатостью поверхности. Недостатком способа являются его невысокая производительность (до 1,5 мкм/мин). Это связано с тем, что процесс ведется при частоте 50 Гц, то есть после коротких равных по времени анодного импульса, паузы и катодного импульса следует неоправданно длительная пауза в 19,1-19,7 мс.A known method of electrolytic oxidation of metals in a pulsed anode-cathode mode with a pulse duration of 100-300 μs (microseconds) and the same pause between them (KI 2077612). Short pulse durations and significant densities of the anode and cathode currents (up to 800 A / dm 2 ) ensure the formation of a dense fine-crystalline coating with high microhardness and low surface roughness. The disadvantage of this method is its low productivity (up to 1.5 μm / min). This is due to the fact that the process is conducted at a frequency of 50 Hz, that is, after a short equal in time anode pulse, pause and cathode pulse, an unreasonably long pause of 19.1-19.7 ms follows.
Известен способ оксидирования металлических поверхностей, где описывается устройство, управляемое режимами анодно-катодного электролиза с помощью процессора (XVО 01/81658). На электроды подаются биполярные импульсы напряжения треугольной формы величиной 300-600 В и с частотой следования 70-400 Гц. За счет программируемого изменения углов (фронтов) и амплитуд треугольных импульсов напряжения осуществляется регулирование токов и мощностей в анодных и катодных импульсах. Пологий передний фронт и крутой задний фронт импульса напряжения соответствуют постепенному нарастанию анодного тока и резкому росту катодного тока в импульсе (и наоборот). Применение регулируемых в процессе анодно-катодного электролиза импульсов напряжения с повышенной частотой следования обеспечивают увеличение скорости нанесения покрытий до 2 мкм/мин и получение плотных и твердых керамических покрытий. Недостатком известного способа является использование треугольных импульсов напряжения, которые гораздо менее эффективны, чем прямоугольные. Применение треугольных импульсов напряжения объясняется недостаточно высокой частотой следования импульсов и, следовательно, их относительно большой длительностью. Треугольная остроконечная форма импульса искусственно сокращает длительность верхней части импульса, где имеют место наибольшие амплитудные значения напряжений и токов, что позволяет избежать появления дуговых деструктивных разрядов. Керамическое покрытие получается двухслойным с внешним дефектным слоем и повышенной шероховатостью поверхности, а рост производительности обработки явно недостаточен.A known method of oxidizing metal surfaces, which describes a device controlled by the modes of anodic-cathodic electrolysis using a processor (XVO 01/81658). The bipolar voltage pulses of a triangular shape with a magnitude of 300-600 V and a repetition rate of 70-400 Hz are applied to the electrodes. Due to the programmable change of angles (fronts) and amplitudes of triangular voltage pulses, currents and powers are regulated in the anode and cathode pulses. A gentle leading edge and a steep leading edge of a voltage pulse correspond to a gradual increase in the anode current and a sharp increase in the cathode current in the pulse (and vice versa). The use of voltage pulses regulated in the process of anodic-cathodic electrolysis with an increased repetition rate provides an increase in the deposition rate of up to 2 μm / min and the production of dense and hard ceramic coatings. The disadvantage of this method is the use of triangular voltage pulses, which are much less effective than rectangular ones. The use of triangular voltage pulses is explained by the insufficiently high pulse repetition rate and, consequently, their relatively long duration. The triangular pointed shape of the pulse artificially reduces the duration of the upper part of the pulse, where the highest amplitude values of voltages and currents take place, which avoids the appearance of arc destructive discharges. The ceramic coating is obtained in two layers with an external defective layer and increased surface roughness, and the increase in processing productivity is clearly insufficient.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемым результатам является известный способ формирования керамических покрытий на металлах и сплавах с использованием импульсного анодно-катодного режима с частотой следования импульсов тока более 500 Гц (предпочтительно 1-10 кГц) и длительностью импульсов 20-1000 мкс (νθ 03/83181). Импульсный режим электролиза с относительно короткими импульсами тока позволяет значительно расширить рабочий диапазон напряжений и токов, что приводит к повышению производительности обработки и улучшению защитных свойств керамических покрытий. Однако недостатком способа является ограничение частоты следования импульсов и, соответственно, сокращения их длительности по причине того, что в способе частота электрических импульсов должна совпадать с частотой акустических колебаний (диапазон звуковых частот), которые генерируются в электролите с помощью специальных аэрогидроакустических перемешивающих устройств. Это не позволяет вести оксидирование, используя максимально возможные напряжения и токи в импульсах, что снижает производительность обработки. Кроме того, в известном способе не предусмотрено увеличение доли катодного импульса (амплитуды или длительности) по сравнению с анодным. Все это приводит к сохранению двухслойного строения оксидного покрытия, когда толщина внешнего дефектного слоя доходит до 14% от общей толщины покрытия, и к относительно высокой шероховатости поверхности до Ка 2,1 мкм. В этом случае, например, при изготовлении контактных поверхностей пар трения необходима дополнительная финишная механическая обработка.The closest to the claimed method in terms of technical nature and the achieved results is a known method of forming ceramic coatings on metals and alloys using a pulsed anode-cathode mode with a current pulse frequency of more than 500 Hz (preferably 1-10 kHz) and a pulse duration of 20-1000 μs (νθ 03/83181). The pulsed mode of electrolysis with relatively short current pulses allows to significantly expand the operating range of voltages and currents, which leads to increased processing performance and improved protective properties of ceramic coatings. However, the disadvantage of this method is the limitation of the pulse repetition rate and, accordingly, the reduction of their duration due to the fact that in the method the frequency of electric pulses must coincide with the frequency of acoustic vibrations (range of sound frequencies) that are generated in the electrolyte using special aero-hydroacoustic mixing devices. This does not allow oxidation using the maximum possible voltages and currents in pulses, which reduces processing performance. In addition, the known method does not provide for an increase in the fraction of the cathode pulse (amplitude or duration) compared to the anode one. All this leads to the preservation of the two-layer structure of the oxide coating, when the thickness of the external defective layer reaches 14% of the total thickness of the coating, and to a relatively high surface roughness up to K a 2.1 μm. In this case, for example, in the manufacture of contact surfaces of friction pairs, additional finishing machining is required.
Детальное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Основной задачей настоящего изобретения является повышение технологичности способа формиThe main objective of the present invention is to improve the manufacturability of the method of forming
- 2 012825 рования керамического покрытия на металлических изделиях и решение проблем, препятствующих применению способов плазменно-электролитического оксидирования в серийном производстве, а именно повышение производительности обработки, уменьшение трудоемкости и энергоемкости процесса.- 2 012825 ceramic coating on metal products and solving problems that impede the use of plasma electrolytic oxidation methods in mass production, namely, increasing processing productivity, reducing the complexity and energy intensity of the process.
Другой задачей изобретения является повышение качества керамических покрытий за счет улучшения их физико-механических характеристик и, соответственно, улучшения эксплуатационных свойств покрытий, таких как износостойкость и эрозионная стойкость, коррозионная стойкость и диэлектрическая прочность.Another objective of the invention is to improve the quality of ceramic coatings by improving their physico-mechanical characteristics and, accordingly, improving the operational properties of coatings, such as wear resistance and erosion resistance, corrosion resistance and dielectric strength.
Поставленные задачи решаются тем, что в способе формирования на поверхности металлических изделий защитных керамических покрытий изделие в качестве электрода вместе с противоэлектродом погружают в водный раствор электролита и с помощью источника питания подают на электроды чередующиеся биполярные импульсы напряжения прямоугольной формы. Новым является то, что длительность анодных импульсов напряжения составляет 5-20 мкс, а соотношение длительностей анодных Та и катодных импульсов Тс напряжения равно 0,2-0,4; при этом программируемый источник питания согласовывает длительности и амплитуды импульсов напряжения с их мощностью таким образом, что обеспечивается ведение процесса оксидирования в стабильном мягком искровом режиме без возникновения дуговых разрядов.The tasks are solved by the fact that in the method of forming protective ceramic coatings on the surface of metal products, the product as an electrode is immersed together with a counter electrode in an aqueous electrolyte solution and alternating rectangular bipolar voltage pulses are applied to the electrodes using a power source. New is that the duration of the anode voltage pulses is 5-20 μs, and the ratio of the durations of the anode T a and cathode pulses T with voltage is 0.2-0.4; wherein the programmable power supply matches the duration and amplitude of the voltage pulses with their power in such a way that the oxidation process is maintained in a stable soft spark mode without the occurrence of arc discharges.
Ожидаемый технический результат, который обеспечит реализацию предлагаемого изобретения, следующий:The expected technical result that will ensure the implementation of the invention is as follows:
повышение скорости формирования керамического покрытия до 4-15 мкм/мин и сокращение времени нанесения покрытия толщиной 5-100 мкм до 1-20 мин без увеличения удельных энергозатрат;increasing the rate of formation of ceramic coatings to 4-15 microns / min and reducing the time of coating with a thickness of 5-100 microns to 1-20 min without increasing specific energy consumption;
получение гладких покрытий с шероховатостью поверхности Ка 0,3-0,6 мкм без какого-либо внешнего дефектного слоя, что исключит необходимость в дополнительной финишной механообработке поверхности;obtaining smooth coatings with a surface roughness of K a of 0.3-0.6 μm without any external defective layer, which eliminates the need for additional finishing machining of the surface;
получение твердых (НУ 800-2300) и плотных (пористость до 2%), прочносцепленных с основой покрытий с мелкокристаллической структурой;obtaining solid (NU 800-2300) and dense (porosity up to 2%), strongly bonded to the base coatings with a fine crystalline structure;
получение однородных по структуре и составу, равномерных по толщине покрытий на сложнопрофильных поверхностях изделий с возможностью нанесения покрытий в таких труднодоступных местах, как глубокие отверстия и узкие пазы, без использования специальных электродов.Obtaining coatings uniform in structure and composition, uniform in thickness on difficult-to-surface surfaces of products with the possibility of coating in hard-to-reach places such as deep holes and narrow grooves, without the use of special electrodes.
Способ реализуется при плазменно-электролитическом оксидировании изделий из вентильных металлов и их сплавов, на которых керамические покрытия обладают асимметричной проводимостью полупроводников. Это преимущественно алюминий, магний, титан, тантал, цирконий, бериллий, ниобий.The method is implemented during plasma-electrolytic oxidation of valve metal products and their alloys, on which ceramic coatings have asymmetric conductivity of semiconductors. It is mainly aluminum, magnesium, titanium, tantalum, zirconium, beryllium, niobium.
Применение при оксидировании импульсных режимов с очень короткими по времени импульсами напряжения, ограничивающими время существования разрядов, позволяет существенно повысить мощность в импульсах (произведение тока на напряжение), сохраняя при этом режим искровых разрядов без появления разрушающих покрытие дуговых разрядов. Более высокие мощности и, соответственно, температуры в разрядных каналах и одновременно более быстрое охлаждение и отвердевание расплавленной массы из-за уменьшенных микрообъемов обеспечивают интенсивное формирование покрытий с высокой кристалличностью уже в относительно тонких слоях.The use of pulse modes with very short time voltage pulses during oxidation, limiting the duration of discharges, can significantly increase the power in pulses (product of voltage and current), while maintaining the mode of spark discharges without the appearance of arc disrupting the coating. Higher capacities and, correspondingly, temperatures in the discharge channels and simultaneously faster cooling and solidification of the molten mass due to reduced microvolumes provide intensive coating formation with high crystallinity even in relatively thin layers.
Длительности анодных импульсов напряжения задаются в диапазоне 5-20 мкс. Во время анодных импульсов происходит инициирование и горение искровых разрядов, с помощью которых осуществляются необходимые плазмохимические процессы, и идет наращивание керамического покрытия. Заявленные длительности являются оптимальными для описываемого процесса. Увеличение длительности импульсов более 20 мкс при заданном уровне напряжений приведет к возникновению дуговых разрядов и ухудшению свойств покрытий, а снижение уровня напряжений вызовет снижение производительности обработки. Уменьшение длительности импульсов менее 5 мкс требует существенного увеличения заданных уровней напряжений в импульсе (выше 2000 В), что приведет к значительному усложнению и подорожанию источника питания и, естественно, скажется на эффективности процесса оксидирования в целом.The duration of the anode voltage pulses are set in the range of 5-20 μs. During anode pulses, the initiation and combustion of spark discharges occur, with the help of which the necessary plasma-chemical processes are carried out, and the ceramic coating builds up. The claimed durations are optimal for the described process. An increase in the pulse duration of more than 20 μs at a given voltage level will lead to the appearance of arc discharges and deterioration of the properties of coatings, and a decrease in the voltage level will cause a decrease in processing productivity. Reducing the pulse duration to less than 5 μs requires a significant increase in the specified voltage levels in the pulse (above 2000 V), which will significantly complicate and increase the cost of the power source and, of course, affect the efficiency of the oxidation process as a whole.
Особенностью настоящего изобретения является экспериментально обнаруженное оптимальное соотношение длительностей анодных и катодных импульсов напряжения Та/Тс, равное 0,2-0,4, при котором достигается наивысшая скорость формирования покрытия при наилучшем качестве керамического слоя.A feature of the present invention is the experimentally discovered optimal ratio of the duration of the anode and cathode voltage pulses T a / T s equal to 0.2-0.4, at which the highest speed of coating formation is achieved with the best quality of the ceramic layer.
Именно при длительности анодных импульсов напряжения в 2,5-5 раз более коротких, чем катодных достигается скорость нанесения керамических покрытий 4-15 мкм/мин в зависимости от материала основы, что в 1,5-2 раза выше, чем в способе-прототипе.Namely, when the duration of the anode voltage pulses is 2.5-5 times shorter than the cathode pulses, the ceramic coating rate of 4-15 μm / min is achieved, depending on the base material, which is 1.5-2 times higher than in the prototype method .
При соотношении длительностей анодных и катодных импульсов напряжения Та/Тс меньше 0,2 не обнаруживается заметное влияние его на качество керамического покрытия, зато заметно снижается скорость нанесения покрытия. При соотношении Та/Тс больше 0,4 ухудшается качество покрытия, появляются кратеры и питтинги на поверхности, увеличивается шероховатость обрабатываемой поверхности.When the ratio of the duration of the anode and cathode voltage pulses Ta / Tc is less than 0.2, it does not show a noticeable effect on the quality of the ceramic coating, but the coating deposition rate is noticeably reduced. When the ratio Ta / Tc is more than 0.4, the quality of the coating deteriorates, craters and pitings appear on the surface, and the surface roughness increases.
Необходимость катодного импульса именно такой длительности объясняется несколькими причинами. В процессе прохождения мощного анодного импульса в порах покрытия происходят электрохимикоплазменные реакции, приводящие к концентрационным изменениям электролита, находящегося в порах и в приэлектродной зоне (изменяется рН, накапливаются продукты реакций). Для выравнивания конThe need for a cathode pulse of just such a duration is due to several reasons. During the passage of a powerful anode pulse in the pores of the coating, electrochemical plasma reactions occur, leading to concentration changes in the electrolyte located in the pores and in the near-electrode zone (the pH changes, reaction products accumulate). To align the con
- 3 012825 центрационных изменений в приэлектродных областях перед следующим анодным импульсом необходим относительно длительный катодный импульс. Интенсивному перемешиванию электролита при этом способствует образование на обрабатываемой поверхности микропузырьков водорода.- 3 012825 centering changes in the electrode regions before the next anode pulse requires a relatively long cathode pulse. The intensive mixing of the electrolyte is facilitated by the formation of hydrogen microbubbles on the treated surface.
Катодные импульсы напряжения с определенной длительностью и амплитудой являются определяющим фактором в формировании качественного керамического покрытия с высокими физикомеханическими характеристиками.Cathode voltage pulses with a certain duration and amplitude are a determining factor in the formation of a high-quality ceramic coating with high physicomechanical characteristics.
Во время катодного импульса определенной длительности с помощью тепла от прохождения мощного электронного тока происходит дополнительный разогрев формируемого покрытия. Это позволяет существенно расширить рабочий диапазон напряжений и токов и поддерживать устойчивое горение искровых разрядов во время анодных импульсов. Кроме того, во время катодных импульсов осуществляется дополнительный переход менее стабильных фаз оксидов в стабильные высокотемпературные фазы, меняется структура и фазовый состав керамических покрытий. Микротвердость покрытий достигает 800-2300 НУ в зависимости от материала основного металла.During a cathode pulse of a certain duration, an additional heating of the formed coating occurs with the help of heat from the passage of a powerful electron current. This allows you to significantly expand the operating range of voltages and currents and maintain stable burning of spark discharges during anode pulses. In addition, during cathodic pulses an additional transition of less stable oxide phases to stable high-temperature phases occurs, the structure and phase composition of ceramic coatings change. The microhardness of the coatings reaches 800-2300 NU depending on the material of the base metal.
Также во время катодного импульса определенной длительности происходит «сваривание», срастание кристаллических зерен оксидных фаз в плотное монолитное покрытие. Создаются условия для «залечивания» каналов пробоев, сквозная пористость практически исчезает. Открытая пористость не превышает 2%. Все это существенным образом влияет на увеличение износостойкости и коррозионной стойкости покрытий. Защитные свойства таких покрытий улучшаются в несколько раз.Also, during a cathode pulse of a certain duration, “welding” occurs, the crystalline grains of the oxide phases coalesce into a dense monolithic coating. The conditions for healing the breakdown channels are created, the through porosity practically disappears. Open porosity does not exceed 2%. All this significantly affects the increase in wear resistance and corrosion resistance of coatings. The protective properties of such coatings are improved several times.
Малые длительности импульсов приводят к получению оксидных образований малых размеров и формированию керамических покрытий с нанокристаллической структурой (размеры кристаллов составляют 10-100 нм), мелкими порами и низкой шероховатостью поверхности. Шероховатость обработанной поверхности не превышает К.а 0,3-0,6 мкм в зависимости от начальной шероховатости поверхности и толщины покрытия. При этом полностью отсутствует внешний дефектный слой, из-за чего отпадает необходимость в какой-либо дополнительной механической обработке поверхности. Таким образом, снимается проблема финишной обработки поверхностей (например, алмазного шлифования).Short pulse durations lead to the formation of oxide formations of small sizes and the formation of ceramic coatings with a nanocrystalline structure (crystal sizes are 10-100 nm), small pores and low surface roughness. The roughness of the treated surface does not exceed K. and 0.3-0.6 microns, depending on the initial surface roughness and coating thickness. In this case, the external defective layer is completely absent, which eliminates the need for any additional mechanical surface treatment. Thus, the problem of surface finishing (for example, diamond grinding) is eliminated.
Короткие по времени импульсы обеспечивают равномерное распределение тока высокой плотности по всей поверхности обрабатываемого изделия. Более длительный, чем анодный, катодный импульс дополнительно способствует перераспределению тока по поверхности, что приводит к получению равномерных по толщине покрытий даже на сложнопрофильных поверхностях. Таким образом, решается проблема нанесения керамических покрытий в труднодоступных экранируемых местах, таких как глубокие отверстия и узкие пазы, без использования специальных дополнительных электродов, применение которых часто затруднительно.Short time pulses provide uniform distribution of high density current over the entire surface of the workpiece. A longer cathode pulse than the anode pulse additionally contributes to the redistribution of current over the surface, which leads to uniform coatings in thickness even on complex surfaces. Thus, the problem of applying ceramic coatings in hard-to-reach shielded places, such as deep holes and narrow grooves, without using special additional electrodes, the use of which is often difficult, is solved.
Импульсный источник питания подает на электроды чередующиеся биполярные импульсы напряжения прямоугольной формы и предусматривает программное изменение их амплитуды и длительности, а также контроль и регулирование мощности импульсов в процессе плазменно-электролитического оксидирования, обеспечивая наиболее благоприятные условия горения искровых разрядов во время всего процесса формирования покрытия.The switching power supply supplies alternating rectangular bipolar voltage pulses to the electrodes and provides a programmed change in their amplitude and duration, as well as monitoring and controlling the pulse power during plasma electrolytic oxidation, providing the most favorable conditions for the burning of spark discharges during the entire process of coating formation.
В изобретении используются особые режимы плазменно-электролитического оксидирования с жестким принудительным подъемом напряжения как в анодном, так и в катодном импульсах. Такие режимы позволяют существенно повысить плотность импульсной плазмы при относительно невысоком уровне энергии в нагрузке.The invention uses special modes of plasma-electrolytic oxidation with a hard forced voltage rise in both the anode and cathode pulses. Such modes can significantly increase the density of the pulsed plasma at a relatively low energy level in the load.
Амплитудные значения напряжений в анодных и катодных импульсах задаются автономно в зависимости от обрабатываемого материала основы и заданной толщины формируемых покрытий. Для анодных импульсов амплитудные значения находятся в диапазоне 400-1800 В, а для катодных - в диапазоне 200-900 В.The amplitude values of stresses in the anode and cathode pulses are set autonomously depending on the base material being processed and the given thickness of the formed coatings. For anode pulses, the amplitude values are in the range of 400-1800 V, and for cathode pulses in the range of 200-900 V.
По мере увеличения толщины керамического слоя и, соответственно, его сопротивления для поддержания процесса искрения необходимо повышать амплитуды импульсов напряжения. Однако увеличение амплитуды напряжения ведет к увеличению также плотности тока в импульсе и, соответственно, мощности импульса. В этом случае для того, чтобы исключить возможность появления деструктивных дуговых разрядов уменьшают длительности анодных и, соответственно, катодных импульсов. Уменьшение длительности импульсов ограничивает время горения электрических разрядов, снижая их энергию, и позволяет поддерживать мягкий искровой режим.As the thickness of the ceramic layer and, accordingly, its resistance increase, in order to maintain the sparking process, it is necessary to increase the amplitudes of the voltage pulses. However, an increase in the voltage amplitude leads to an increase in the current density in the pulse and, accordingly, in the pulse power. In this case, in order to exclude the possibility of the appearance of destructive arc discharges, the durations of anode and, accordingly, cathode pulses are reduced. Reducing the duration of the pulses limits the burning time of electric discharges, reducing their energy, and allows you to maintain a soft spark mode.
Программируемый источник питания осуществляет заданный подъем амплитудных значений напряжения. При этом конечные значения напряжения могут превышать начальные в 1,5-2 раза. В процессе оксидирования источник питания контролирует величины мощностей импульсов, изменяя амплитуды и длительности импульсов, не допуская возникновения дуговой стадии разрядов. При этом сохраняется соотношение длительностей анодных Та и катодных Тс импульсов - 0,2-0,4. Диапазон частоты следования импульсов при этом находится в пределах 10-60 кГц. Предпочтительнее использовать частоту в пределах 10-30 кГц по причине технической надежности оборудования и простоты технической реализации.The programmable power supply provides a predetermined rise in the amplitude values of the voltage. In this case, the final voltage values can exceed the initial ones by a factor of 1.5-2. In the process of oxidation, the power source controls the values of the pulse powers, changing the amplitudes and durations of the pulses, preventing the occurrence of the arc stage of discharges. At the same time, the ratio of the durations of the anode T a and cathode T s pulses is preserved - 0.2-0.4. The pulse repetition rate range is in the range of 10-60 kHz. It is preferable to use a frequency in the range of 10-30 kHz due to the technical reliability of the equipment and the simplicity of technical implementation.
Таким образом, поддержание программируемым источником максимально возможной мощности импульсов за счет оптимального соотношения высоких амплитудных значений напряжения в импульсах и малой длительностью их позволяет достигать скорости формирования керамических покрытийThus, maintaining a programmable source with the maximum possible pulse power due to the optimal ratio of high amplitude voltage values in pulses and their short duration allows to achieve the rate of formation of ceramic coatings
- 4 012825- 4 012825
4-15 мкм/мин в зависимости от материала основы, что в 1,5-4 раза превышает скорость формирования покрытий в известных способах.4-15 μm / min, depending on the base material, which is 1.5-4 times higher than the rate of formation of coatings in known methods.
Несмотря на относительно высокие напряжения и плотности тока, используемые в предлагаемом способе, удельная энергоемкость самого процесса оксидирования ниже, чем в известных способах оксидирования. Это происходит из-за значительного увеличения скорости нанесения покрытий и существенного сокращения времени оксидирования.Despite the relatively high voltages and current densities used in the proposed method, the specific energy consumption of the oxidation process itself is lower than in the known oxidation methods. This is due to a significant increase in the coating rate and a significant reduction in oxidation time.
На чертеже показан график изменения параметров импульсов напряжения во времени в процессе оксидирования.The drawing shows a graph of the change in the parameters of the voltage pulses over time in the oxidation process.
Заявляемый способ обеспечивает получение керамических покрытий высокого качества. Металлические изделия с такими защитными покрытиями приобретают исключительные эксплуатационные характеристики и долговечность.The inventive method provides ceramic coatings of high quality. Metal products with such protective coatings acquire exceptional performance and durability.
Новый способ позволяет за относительно короткое время (1-20 мин) формировать твердые, плотные с гладкой поверхностью керамические покрытия толщиной от 5 до 100 мкм. При этом, как показала электронная микроскопия, любое покрытие, входящее в этот широкий диапазон толщин, отличается высокой однородностью по структуре и составу.The new method allows for a relatively short time (1-20 min) to form solid, dense with a smooth surface ceramic coatings with a thickness of 5 to 100 microns. In this case, as shown by electron microscopy, any coating included in this wide range of thicknesses is highly uniform in structure and composition.
Основной особенностью этих покрытий является их высокая равномерность по толщине на всей поверхности обрабатываемого изделия и полное отсутствие внешнего дефектного слоя.The main feature of these coatings is their high uniformity in thickness over the entire surface of the workpiece and the complete absence of an external defective layer.
Шероховатость поверхности покрытий не превышает Ка 0,3-0,6 мкм в зависимости от толщины покрытия и исходной шероховатости поверхности до оксидирования. Низкая шероховатость поверхности и высокая точность линейных размеров изделий (после оксидирования геометрические размеры практически не изменяются, так как покрытие растет вглубь металла) позволяют применять оксидированные изделия в узлах трения без какой-либо трудоемкой дополнительной механообработки.The surface roughness of the coatings does not exceed K a of 0.3-0.6 μm, depending on the thickness of the coating and the initial surface roughness before oxidation. Low surface roughness and high accuracy of the linear dimensions of the products (after oxidation, the geometric dimensions practically do not change, since the coating grows deeper into the metal) allow the use of oxidized products in friction units without any laborious additional machining.
В известных способах оксидирования для обеспечения относительно высоких микротвердости и плотности керамических покрытий приходится формировать достаточно толстые слои (60-150 мкм). Для нанесения таких покрытий требуется 1-3 ч. Получаемые покрытия имеют слоистую структуру, причем около половины общей толщины покрытий составляет внешний рыхлый, высокопористый дефектный слой. Удаление этого слоя требует существенных трудовых и энергетических затрат.In the known methods of oxidation, in order to ensure relatively high microhardness and density of ceramic coatings, it is necessary to form sufficiently thick layers (60-150 microns). The application of such coatings requires 1-3 hours. The resulting coatings have a layered structure, and about half of the total thickness of the coatings is an external loose, highly porous defective layer. Removing this layer requires significant labor and energy costs.
Структура керамических покрытий, сформированных по предлагаемому способу, состоит из нанокристаллов оксидов размером 10-100 нм. Такая структура характеризуется одновременно высокой микротвердостью и повышенной прочностью. Микротвердость керамических покрытий составляет НУ 8002300, в зависимости от марки покрываемого сплава-основы.The structure of ceramic coatings formed by the proposed method consists of nanocrystals of oxides with a size of 10-100 nm. Such a structure is characterized simultaneously by high microhardness and increased strength. The microhardness of ceramic coatings is NU 8002300, depending on the grade of the coated base alloy.
Такие твердые покрытия обладают высоким сопротивлением абразивному изнашиванию. Кроме того, нанокристаллическая структура покрытий еще более увеличивает сопротивление воздействию абразива. Мелкие, плотно упакованные кристаллы лучше сопротивляются микро- и макроразрушениям при динамическом воздействии абразивных частиц.Such hard coatings have high abrasion resistance. In addition, the nanocrystalline structure of the coatings further increases the resistance to abrasive. Small, tightly packed crystals are better resistant to micro- and macrocracking under the dynamic action of abrasive particles.
Износостойкость керамических покрытий при трении со смазкой в 3-10 раз превосходит износостойкость закаленных сталей. При гидроабразивном изнашивании новые керамические покрытия в 3-5 раз лучше противостоят износу, чем легированные никелем чугуны (Νί-резисты).The wear resistance of ceramic coatings during friction with lubricant is 3-10 times greater than the wear resistance of hardened steels. With hydroabrasive wear, new ceramic coatings are 3-5 times better resistant to wear than nickel alloyed cast irons (Νί-resists).
И, наконец, керамические покрытия в 2-4 раза лучше защищают изделия из легких сплавов от высокотемпературной газовой эрозии, чем высоколегированные стали.And finally, ceramic coatings are 2-4 times better protect products from light alloys from high temperature gas erosion than high alloy steels.
Оксидно-керамические покрытия инертны по отношению к большинству агрессивных сред. Однако проникновение таких сред через сквозные поры керамического слоя может привести к коррозионному разрушению сплава-основы и отслоению покрытия.Ceramic oxide coatings are inert to most aggressive media. However, the penetration of such media through the through pores of the ceramic layer can lead to corrosion destruction of the base alloy and delamination of the coating.
Техническим результатом изобретения является также получение плотных керамических покрытий с минимальной открытой пористостью и практическим отсутствием сквозной пористости за счет залечивания (заращивания) пор в процессе оксидирования. Открытая поверхностная пористость новых покрытий не превышает 2%, а размеры микропор составляют 0,01-1,0 мкм в диаметре. Такие керамические покрытия снижают скорость коррозии в 10-100 раз по сравнению с неоксидированными легкими сплавами.The technical result of the invention is also the production of dense ceramic coatings with minimal open porosity and the practical absence of through porosity due to healing (overgrowth) of the pores during the oxidation process. The open surface porosity of new coatings does not exceed 2%, and the micropore sizes are 0.01-1.0 μm in diameter. Such ceramic coatings reduce the corrosion rate by 10-100 times in comparison with non-oxidized light alloys.
Малые размеры пор и отсутствие сквозной пористости приводит к увеличению электрической прочности новых керамических покрытий до 40-50 В/мкм, что вдвое выше электрической прочности керамических покрытий, сформированных в известных способах оксидирования.The small pore sizes and the absence of through porosity leads to an increase in the electric strength of new ceramic coatings up to 40-50 V / μm, which is twice as high as the electric strength of ceramic coatings formed in known oxidation methods.
Таким образом, заявляемый способ обеспечивает получение керамических покрытий высокого качества с высокими защитными свойствами, что является техническим результатом способа.Thus, the inventive method provides ceramic coatings of high quality with high protective properties, which is the technical result of the method.
Изобретение поясняется примерами осуществления способа. Во всех примерах использовались образцы в форме цилиндра диаметром 20 мм и длиной 50 мм со сквозным осевым отверстием диаметром 7 мм. Параметры качества покрытий (толщина, микротвердость, пористость) измерялись на поперечных шлифах. При оксидировании выбирались оптимальные концентрации электролитов с целью достижения необходимого уровня напряжений при электролизе и получения устойчивой пассивации поверхности.The invention is illustrated by examples of the method. In all examples, samples were used in the form of a cylinder with a diameter of 20 mm and a length of 50 mm with a through axial hole with a diameter of 7 mm. Coating quality parameters (thickness, microhardness, porosity) were measured on transverse sections. During oxidation, optimal concentrations of electrolytes were chosen in order to achieve the required level of stresses during electrolysis and to obtain stable surface passivation.
Пример 1.Example 1
Образец из алюминиевого сплава 6061 оксидировался в течение 20 мин в фосфатно-силикатном электролите с рН 10,5. На ванну подавались биполярные чередующиеся импульсы напряжения с длительностью анодных импульсов 20-7 мкс, длительностью катодных импульсов 80-27 мкс и частотой слеA 6061 aluminum alloy sample was oxidized for 20 min in a phosphate-silicate electrolyte with a pH of 10.5. Bipolar alternating voltage pulses with anode pulse duration of 20-7 μs, cathode pulse duration of 80-27 μs and a frequency of
- 5 012825 дования импульсов 10-30 кГц. Плотность тока была 80-40 А/дм2, а конечное напряжение (амплитуда) составляло: анодное 1800 В, катодное 900 В. Толщина керамического покрытия составила в середине образующей цилиндра - 100 мкм, на торцах - 102 мкм, в середине отверстия - 63 мкм. Шероховатость оксидированной поверхности составила Л, 0,6 мкм, микротвердость покрытия - 2300 НУ, пористость 2%. Удельные энергетические затраты составили 0,12 кВт-ч/мкм-дм2 .- 5 012825 pulses 10-30 kHz. The current density was 80-40 A / dm 2 , and the final voltage (amplitude) was: anode 1800 V, cathode 900 V. The thickness of the ceramic coating in the middle of the generatrix of the cylinder was 100 μm, at the ends it was 102 μm, and in the middle of the hole 63 microns. The roughness of the oxidized surface was L, 0.6 μm, the microhardness of the coating was 2300 NU, and the porosity was 2%. Specific energy costs amounted to 0.12 kWh / μm-dm 2 .
Пример 2.Example 2
Образец из магниевого сплава ΑΖ 31 оксидировался в течение 2 мин в фосфатно-алюминатном электролите с рН 12,0. На ванну подавались биполярные чередующиеся импульсы напряжения с длительностью анодных импульсов 12-8 мкс, длительностью катодных импульсов 26-38 мкс и частотой следования импульсов 20-30 кГц. Плотность тока была 20-12 А/дм2, а конечное напряжение (амплитуда) составляло: анодное - 550 В, катодное - 250 В. Толщина керамического покрытия составила в середине образующей цилиндра - 29 мкм, на торцах - 30 мкм, в середине отверстия - 19 мкм. Шероховатость оксидированной поверхности составила Ка 0,3 мкм, микротвердость покрытия - 800 НУ, пористость - 2%. Удельные энергозатраты составили 0,008 кВт-ч/мкм-дм2.A sample of magnesium alloy ΑΖ 31 was oxidized for 2 min in a phosphate-aluminate electrolyte with a pH of 12.0. Bipolar alternating voltage pulses with anode pulse duration of 12-8 μs, cathode pulse duration of 26-38 μs and a pulse repetition rate of 20-30 kHz were supplied to the bath. The current density was 20-12 A / dm 2 , and the final voltage (amplitude) was: anode - 550 V, cathode - 250 V. The thickness of the ceramic coating in the middle of the generatrix of the cylinder was 29 μm, at the ends - 30 μm, in the middle of the hole - 19 microns. The roughness of the oxidized surface was K a 0.3 μm, the microhardness of the coating was 800 NU, and the porosity was 2%. The specific energy consumption was 0.008 kWh / μm-dm 2 .
Пример 3.Example 3
Образец из титанового сплава Τι Α16 У4 оксидировался в течение 5 мин в фосфатно-боратном электролите с рН 9,3. На ванну подавались биполярные чередующиеся импульсы напряжения с длительностью анодных импульсов 20-9 мкс, длительностью катодных импульсов 55-25 мкс и частотой следований импульсов 15-30 кГц. Плотность тока была 30-15 А/дм2, а конечное напряжение (амплитуда) составляло: анодное - 500 В, катодное - 200 В. Толщина керамического покрытия составила в середине образующей цилиндра - 30 мкм, на торцах - 31 мкм, в середине отверстия - 17 мкм. Шероховатость оксидированной поверхности составила Ка 0,4 мкм, микротвердость - 900 НУ, пористость - 1,5%. Удельные энергозатраты составили 0,025 кВт-ч/мкм-дм2.A sample of the titanium alloy Τι Α16 U4 was oxidized for 5 min in a phosphate-borate electrolyte with a pH of 9.3. Bipolar alternating voltage pulses with anode pulse duration of 20–9 μs, cathode pulse duration of 55–25 μs, and pulse repetition rate of 15–30 kHz were supplied to the bath. The current density was 30-15 A / dm 2 , and the final voltage (amplitude) was: anode - 500 V, cathode - 200 V. The thickness of the ceramic coating in the middle of the generatrix of the cylinder was 30 μm, at the ends - 31 μm, in the middle of the hole - 17 microns. The roughness of the oxidized surface was K a 0.4 μm, the microhardness was 900 NU, and the porosity was 1.5%. The specific energy consumption was 0.025 kWh / μm-dm 2 .
Далее настоящее изобретение поясняется приложенным чертежом.Further, the present invention is illustrated by the attached drawing.
Описание чертежаDescription of drawing
Изобретение поясняется с помощью чертежа. На чертеже представлена диаграмма зависимости во времени параметров импульсов напряжения (положительных и отрицательных), подаваемых на электроды в цепи источник питания - электролитическая ванна во время процесса оксидирования.The invention is illustrated using the drawing. The drawing shows a graph of the time dependence of the parameters of the voltage pulses (positive and negative) supplied to the electrodes in the circuit, the power source is an electrolytic bath during the oxidation process.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/IB2007/051174 WO2008120046A1 (en) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | Method of forming a protective ceramic coating on the surface of metal products |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200901050A1 EA200901050A1 (en) | 2009-12-30 |
| EA012825B1 true EA012825B1 (en) | 2009-12-30 |
Family
ID=38606654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200901050A EA012825B1 (en) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | Method of forming a protective ceramic coating on the surface of metal products |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA012825B1 (en) |
| WO (1) | WO2008120046A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9551082B2 (en) | 2011-02-08 | 2017-01-24 | Cambridge Nanotherm Limited | Insulated metal substrate |
| EA029187B1 (en) * | 2015-03-26 | 2018-02-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Металлинвест-К" | Stage of a submersible multistage electric centrifugal pump and method of manufacturing the same |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8075293B2 (en) * | 2007-05-23 | 2011-12-13 | Eaton Corporation | Rotary blower with corrosion-resistant abradable coating |
| DE102009012945A1 (en) * | 2009-03-12 | 2010-09-16 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method for producing an abrasive coating and component for a turbomachine |
| CN104911662B (en) * | 2012-05-10 | 2017-05-10 | 中国兵器工业第五九研究所 | Preparation method of composite ceramic coating layer |
| GB2516258B (en) * | 2013-07-16 | 2021-05-12 | Keronite International Ltd | High thermal conductivity insulated metal substrates produced by plasma electrolytic oxidation |
| US20160153112A1 (en) * | 2013-07-19 | 2016-06-02 | Fundación Cidaut | Metallic substrate with ceramic coating and method for obtaining it |
| GB2521813A (en) * | 2013-11-15 | 2015-07-08 | Cambridge Nanotherm Ltd | Flexible electronic substrate |
| CN104562130B (en) * | 2014-08-22 | 2017-06-16 | 东莞市武华新材料有限公司 | The manufacture method of light metal or the titania based ceramic film of its alloy surface |
| CN104404601B (en) * | 2014-12-19 | 2017-09-29 | 中北大学 | A kind of microarc oxidation treatment process of Mg Gd Y Zr cast magnesium alloys |
| RU2681028C2 (en) * | 2018-01-17 | 2019-03-01 | Владимир Никандрович Кокарев | Method of forming protective oxide and ceramic coating on the surface of ventilation metals and alloys |
| EP3719181A3 (en) * | 2019-04-05 | 2020-11-18 | Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH | Oxide layer and method of forming a thermally relaxed oxide layer |
| CN113943959B (en) * | 2020-07-15 | 2023-04-07 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Aluminum alloy surface wear-resistant thermal control coating and preparation method thereof |
| CN112663105A (en) * | 2020-10-29 | 2021-04-16 | 西安交通大学 | Method for preparing oxide ceramic coating by catholyte plasma electrolysis |
| CN113930824B (en) * | 2021-11-04 | 2022-09-13 | 华南理工大学 | Sericite-containing micro-arc oxidation corrosion-resistant wear-resistant ceramic coating and preparation method thereof |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003083181A2 (en) * | 2002-03-27 | 2003-10-09 | Isle Coat Limited | Process and device for forming ceramic coatings on metals and alloys, and coatings produced by this process |
| US20060037866A1 (en) * | 2004-08-20 | 2006-02-23 | Suzuki Motor Corporation | Anodic oxide film and anodizing method |
-
2007
- 2007-04-02 WO PCT/IB2007/051174 patent/WO2008120046A1/en active Application Filing
- 2007-04-02 EA EA200901050A patent/EA012825B1/en active IP Right Revival
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003083181A2 (en) * | 2002-03-27 | 2003-10-09 | Isle Coat Limited | Process and device for forming ceramic coatings on metals and alloys, and coatings produced by this process |
| US20060037866A1 (en) * | 2004-08-20 | 2006-02-23 | Suzuki Motor Corporation | Anodic oxide film and anodizing method |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9551082B2 (en) | 2011-02-08 | 2017-01-24 | Cambridge Nanotherm Limited | Insulated metal substrate |
| EA029187B1 (en) * | 2015-03-26 | 2018-02-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Металлинвест-К" | Stage of a submersible multistage electric centrifugal pump and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA200901050A1 (en) | 2009-12-30 |
| WO2008120046A1 (en) | 2008-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA012825B1 (en) | Method of forming a protective ceramic coating on the surface of metal products | |
| Matykina et al. | Recent advances in energy efficient PEO processing of aluminium alloys | |
| KR100871332B1 (en) | Process and device for forming ceramic coatings on metals and alloys, and coatings produced by this process | |
| JP4722102B2 (en) | Process and apparatus for forming ceramic coatings on metals and alloys | |
| JP6061202B2 (en) | Non-metal coating and production method thereof | |
| CN100482867C (en) | Oxidising electrolytic method for obtaining ceramic coating at surface of metal | |
| Tsai et al. | Probe the micro arc softening phenomenon with pulse transient analysis in plasma electrolytic oxidation | |
| JP3847770B1 (en) | Ceramic-coated metal material and method for producing the same | |
| US20100025252A1 (en) | Ceramics coating metal material and manufacturing method of the same | |
| JP5152574B2 (en) | Method for anodizing aluminum member | |
| RU2149929C1 (en) | Process of microplasma electrolytic machining of surface of current-conducting materials | |
| Imbirovych et al. | Modification of oxide coatings synthesized on zirconium alloy by the method of plasma electrolytic oxidation | |
| Hussein et al. | Production of high quality coatings on light alloys using plasma electrolytic oxidation (PEO) | |
| EP2045366B8 (en) | Method for vacuum-compression micro-plasma oxidation and device for carrying out said method | |
| Verbitchi et al. | Electro-spark coating with special materials | |
| RU2681028C2 (en) | Method of forming protective oxide and ceramic coating on the surface of ventilation metals and alloys | |
| JP2018527516A (en) | Improved method for forming a coating on a duct of a cylinder head and the resulting cylinder head | |
| CN109023469A (en) | A method of nanosizing coating is prepared using linear/micro- plasma discharge self-balancing technology of annular | |
| WO2022218004A1 (en) | Machining method for improving surface quality of micro-region of alloy component | |
| KR101191957B1 (en) | Plasma electrolytic oxidation coating method | |
| US20060207884A1 (en) | Method of producing corundum layer on metal parts | |
| WO2021215962A1 (en) | Method for applying a coating to items made from valve metal and alloy thereof | |
| JPH04198497A (en) | Surface treatment of al or its alloy | |
| RU2613250C2 (en) | Micro-arc oxidation device | |
| SU926083A1 (en) | Method for electrolytically applying silicate coatings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |
|
| NF4A | Restoration of lapsed right to a eurasian patent |
Designated state(s): RU |