RU2690082C1 - Method of controlling the quality of coatings of parts made from aluminum alloys operating in cavitation conditions - Google Patents
Method of controlling the quality of coatings of parts made from aluminum alloys operating in cavitation conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690082C1 RU2690082C1 RU2018131934A RU2018131934A RU2690082C1 RU 2690082 C1 RU2690082 C1 RU 2690082C1 RU 2018131934 A RU2018131934 A RU 2018131934A RU 2018131934 A RU2018131934 A RU 2018131934A RU 2690082 C1 RU2690082 C1 RU 2690082C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- sample
- samples
- exposure
- cavitation
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 abstract description 8
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001191009 Gymnomyza Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical class C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical class [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Chemical class 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/60—Investigating resistance of materials, e.g. refractory materials, to rapid heat changes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области контроля и диагностики эксплуатационных свойств защитных покрытий, и может быть использовано в авиации, космонавтике и других отраслях для определения стойкости полученных микродуговым оксидированием (МДО) покрытий деталей, например, топливных насосов авиационных двигателей, подверженных кавитационному воздействию прокачиваемого через них топлива.The invention relates to the field of monitoring and diagnostics of the operational properties of protective coatings, and can be used in aviation, aerospace and other industries to determine the resistance obtained by microarc oxidation (MAO) coatings of parts, for example, fuel pumps of aircraft engines exposed to the cavitation effect of the fuel pumped through them.
В используемых в настоящее время системах топливопитания двигателей самолетов основным источником давления топлива являются центробежные и/или шнекоцентробежные насосы. Они осуществляют подачу топлива в основной контур системы топливопитания, а также во вспомогательный контур, обеспечивающий работоспособность большей части топливных агрегатов. От надежности работы насосов в значительной степени зависит надежность всей системы топливопитания авиационного двигателя.In currently used fuel systems for aircraft engines, the main source of fuel pressure is centrifugal and / or screw centrifugal pumps. They supply fuel to the main circuit of the fuel supply system, as well as to the auxiliary circuit, which ensures that most of the fuel assemblies are operational. The reliability of the entire fuel supply system of an aircraft engine largely depends on the reliability of the pumps.
Для изготовления корпусов и некоторых деталей таких насосов традиционно используются алюминиевые сплавы, что обусловлено достаточно жесткими требованиями к массогабаритным характеристикам насосов.For the manufacture of cases and some parts of such pumps, aluminum alloys are traditionally used, which is caused by rather stringent requirements for the weight and size characteristics of the pumps.
Как показали исследования, достаточно частными причинами выхода из строя или ухудшения эксплуатационных характеристик таких насосов является износ или разрушение изготовленных из алюминиевых сплавов их деталей и узлов вследствие кавитационной эрозии.Studies have shown that quite particular reasons for the failure or deterioration of the performance of such pumps is the wear or destruction of their parts and assemblies made of aluminum alloys due to cavitation erosion.
Традиционно, для защиты поверхностей деталей от разрушающего воздействия контактирующих с ними сред, используют защитные покрытия, наносимые или образуемые на поверхности таких деталей. Спектр таких материалов и технологий их нанесения (получения) весьма широк.Traditionally, to protect the surfaces of parts from the damaging effects of media in contact with them, use protective coatings applied or formed on the surface of such parts. The range of such materials and technologies of their application (obtaining) is very wide.
Для получения защитных покрытий на поверхности деталей из алюминиевых сплавов довольно часто используют технологию МДО, посредством которой на рабочих поверхностях деталей образуют покрытие - оксидный защитный слой.To obtain protective coatings on the surface of parts made of aluminum alloys, MAO technology is often used, by means of which a coating, an oxide protective layer, is formed on the working surfaces of the parts.
Специалистам известно, что технология МДО представляет собой электрохимический процесс, протекающий на поверхности деталей, помещенных в среду электролита. Электролитом, как правило, является водный раствор щелочей или солей натрия, калия и других элементов. Для активации процесса МДО на деталь и ванну с электролитом подается напряжение, величиной свыше 600 В. Ток протекает через образованную электрическую цепь: деталь - электролит - ванна.Experts know that MAO technology is an electrochemical process that takes place on the surface of parts placed in the electrolyte medium. The electrolyte is usually an aqueous solution of alkali or salts of sodium, potassium and other elements. To activate the MAO process, a voltage of over 600 V is applied to the part and the electrolyte bath. Current flows through the electrical circuit formed: the electrolyte-bath part.
Несмотря на то, что технологии МДО достаточно отработаны, некоторые аспекты механизма МДО остаются до сих пор не до конца раскрытыми, поскольку нет систематических сведений о влиянии внутренних и внешних факторов на процесс МДО, нет единого мнения и относительно характера электрического разряда, обеспечивающего формирование оксидного защитного слоя в процессе МДО.Despite the fact that MDO technologies are sufficiently developed, some aspects of the MAO mechanism are still not fully disclosed, since there is no systematic information about the influence of internal and external factors on the MAO process, there is no consensus about the nature of the electric discharge that ensures the formation of oxide protective layer in the MDO process.
Формирование оксидного защитного слоя при МДО осуществляется на постоянном токе в катодном и анодном режимах. Принято считать, что в катодном режиме МДО, когда деталь является катодом, температура и размеры микродуг на поверхности детали выше, чем в анодном режиме. Сочетание анодного и катодного режимов при МДО на переменном токе позволяет получить практически беспористый слой корунда Аl2O3 на границе с металлом-основой и рыхлый пористый слой у поверхности оксидного слоя.The formation of an oxide protective layer at the MAO is carried out at a constant current in the cathode and anode modes. It is considered that in the cathode mode of an MAO, when the part is a cathode, the temperature and dimensions of microarcs on the surface of the part are higher than in the anode mode. The combination of the anodic and cathodic regimes at MAO on alternating current allows to obtain a practically non-porous layer of Al 2 O 3 corundum on the border with the base metal and a loose porous layer near the surface of the oxide layer.
Установлено, что при формировании на поверхностях деталей из алюминиевого сплава оксидного защитного слоя, на его качество оказывает влияние большое количество различных факторов: состав, концентрация и температура электролита; продолжительность нахождения детали в среде электролита при формировании защитного слоя; химический состав и структура материала заготовки; электрические режимы процесса МДО. Кроме того, существует множество различных способов осуществления процесса МДО, которые отличаются друг от друга составом электролита и/или электрическими схемами источника питания. Это приводит к тому, что свойства получаемых на поверхностях деталей даже из одного алюминиевого сплава покрытий значительно отличаются по микротвердости, пористости и толщине. Это в итоге затрудняет выбор технологии МДО, обеспечивающей для каждого конкретного алюминиевого сплава получение покрытий, обладающих наиболее высокой кавитационной стойкостью, то есть, наиболее качественных.It has been established that during the formation of an oxide protective layer on the surfaces of aluminum alloy parts, a large number of various factors affect its quality: the composition, concentration and temperature of the electrolyte; the duration of the part in the electrolyte environment during the formation of the protective layer; chemical composition and structure of the workpiece material; electrical modes of the MDO process. In addition, there are many different ways to carry out the MAO process, which differ from each other in the composition of the electrolyte and / or electrical circuits of the power source. This leads to the fact that the properties of the coatings obtained on the surfaces of parts even from a single aluminum alloy differ significantly in microhardness, porosity and thickness. This ultimately complicates the choice of MAO technology, providing for each particular aluminum alloy to obtain coatings with the highest cavitation resistance, that is, the highest quality.
В связи с изложенным, для определения технологии МДО, обеспечивающей получение наиболее качественного покрытия конкретной детали из алюминиевого сплава, необходима экспериментальная отработка каждой технологии МДО с объективным и оперативным контролем качества полученного при ее использовании покрытия. Как показали исследования, основным фактором, влияющим на качество получаемого покрытия при МДО, является состав и состояние электролита.In connection with the above, to determine the technology of MAO, providing the most high-quality coating of a particular part from aluminum alloy, experimental testing of each MAO technology with objective and operational quality control of the coating obtained using it is necessary. Studies have shown that the main factor affecting the quality of the coating obtained in the MAO is the composition and condition of the electrolyte.
Контроль качества защитных покрытий на деталях в настоящее время осуществляют различными способами. Так, например, известен способ контроля качества покрытий деталей, включающий обработку поверхности нанесенного на деталь покрытия струей металлических шариков высокой твердости, причем скорость струи выбирают наибольшей, обеспечивающей целостность покрытия в течение заданного промежутка времени, определяют соответствующую этой скорости кинетическую энергию струи, по которой судят о качестве покрытия.Quality control of protective coatings on parts is currently carried out in various ways. So, for example, there is a known method for monitoring the quality of coatings for parts, including surface treatment of a coating of a high hardness with a jet of metal balls, and the jet speed is chosen as high as possible, ensuring the integrity of the coating for a given period of time, determining the kinetic energy of the jet corresponding to this velocity about the quality of coverage.
(см. а. с. СССР №999755, кл. G01N 19/04, 2005 г.).(see AS. USSR №999755, CL. G01N 19/04, 2005).
В результате анализа данного способа необходимо отметить, что использование в качестве средства воздействия на исследуемое покрытие детали энергии удара металлических шариков не соответствует физике процесса кавитационного воздействия, что не позволяет в полной мере адаптировать данный способ для исследования кавитационного воздействия жидкой среды на защитное покрытие рабочей поверхности детали.As a result of the analysis of this method, it should be noted that the use of metal balls' impact energy as a means of influencing the investigated part of the impact energy of metal balls does not correspond to the physics of the process of cavitation effect, which does not allow to fully adapt this method to study the cavitation effect of the liquid medium on the protective coating of the working surface .
Известен способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок, включающий получение образцов с покрытием, циклическое нагружение образцов, имеющее волновой нестационарный характер, последующее воздействие на образцы с покрытием деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия, и оценку результатов воздействия, причем воздействие деформирующей нагрузкой на покрытие образцов осуществляют высокоскоростной струей жидкости со скоростью 300…1000 м/с, а результаты воздействия оценивают по скорости струи, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по длине гидрокаверны от точки начала воздействия до точки полного разрушения покрытия, или по глубине и ширине гидрокаверны.There is a method of monitoring and diagnosing the stability of the coating to external loads, including obtaining samples with coating, cyclic loading of samples, having a wave non-stationary nature, the subsequent impact on samples with a coating deforming load to the destruction of the coating, and the assessment of the results of exposure samples carry high-speed jet of fluid at a speed of 300 ... 1000 m / s, and the results of exposure are estimated by the speed of the jet, at which This is the beginning of intensive destruction of the coating, either along the length of the hydrocavour from the point of onset of exposure to the point of complete destruction of the coating, or along the depth and width of the hydrocavour.
(см. патент РФ №2583332, кл. G01N 3/60, 2016 г.) - наиболее близкий аналог.(see RF patent №2583332, cl. G01N 3/60, 2016) - the closest analogue.
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что его использование обеспечивает выбор оптимальных параметров покрытий деталей, подверженных действию циклических деформирующих нагрузок, создаваемых при реализации способа воздействующей на покрытие высокоскоростной струей жидкой среды.As a result of the analysis of the known method, it should be noted that its use ensures the selection of optimal parameters for coating parts subjected to cyclic deforming loads created during the implementation of the method by acting on the coating with a high-speed jet of liquid medium.
Однако условия работы покрытия при воздействия на него циклических деформирующих нагрузок значительно отличаются от условий работы покрытия в условиях действия на него кавитации, хотя, несомненно, что высокоскоростная струя жидкой среды, используемой в известном способе, кроме деформирующего воздействия, оказывает и кавитационное воздействие на покрытие, но оно проявляется весьма слабо и не позволяет с достаточной степенью имитировать работу покрытия в условиях воздействия на него кавитации. Все это не позволяет с достаточной степенью точности создать условия для диагностирования данным способом кавитационной стойкости (качества) покрытий.However, the operating conditions of the coating when exposed to cyclic deforming loads are significantly different from the operating conditions of the coating under conditions of cavitation, although there is no doubt that the high-speed jet of liquid medium used in the known method, besides the deforming effect, also has a cavitation effect on the coating, but it appears very weakly and does not allow with a sufficient degree to imitate the work of the coating under conditions of exposure to cavitation. All this does not allow, with a sufficient degree of accuracy, to create conditions for diagnosing cavitation resistance (quality) of coatings by this method.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности определения ресурса защитных покрытий деталей из алюминиевых сплавов, полученных МДО и работающих в условиях кавитации, за счет обеспечения выбора оптимальной технологии МДО их получения и за счет создания условий при исследовании покрытий образцов, приближенных к реальным условиям эксплуатации деталей.The technical result of the present invention is to improve the accuracy of determining the life of protective coatings for parts made of aluminum alloys obtained by MAOs and working under cavitation conditions, by ensuring the selection of the optimal MAO technology to obtain them and by creating conditions for studying sample coatings that are close to the actual conditions of operation of parts.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе контроля качества покрытий деталей из алюминиевых сплавов, работающих в условиях кавитации, согласно которому изготавливают из алюминиевого сплава образцы, получают на их рабочих поверхностях покрытие, воздействуют на полученное покрытие образцов жидкой средой с последующей оценкой качества покрытия по результатам этого воздействия, новым является то, что покрытие на рабочих поверхностях образцов получают микродуговым оксидированием, причем для получения покрытия для разных образцов используют микродуговое оксидирование с электролитами разного состава, а воздействие на покрытие образцов жидкой средой осуществляют за счет возбуждения механических колебаний образца, погруженного в жидкую среду, причем в процессе такого воздействия периодически измеряют массу каждого образца, по измеренной массе определяют потерянную каждым образцом массу покрытия в зависимости от времени их экспозиции, по которой судят о величине и скорости эрозии каждого образца, значения которых рассчитывают по следующим зависимостям:This technical result is ensured by the fact that in the method of quality control of coatings of aluminum alloy parts operating under cavitation conditions, according to which samples are made of aluminum alloy, a coating is obtained on their working surfaces, the resulting coating is sampled with a liquid medium with subsequent assessment of the quality of the coating by the results of this impact, is that the coating on the working surfaces of the samples is obtained by microarc oxidation, and to obtain a coating for I use different samples of microarc oxidation with electrolytes of different composition, and the exposure of the sample to the coating with a liquid medium is carried out due to the excitation of mechanical oscillations of a sample immersed in a liquid medium, and the mass of each sample is periodically measured during such exposure, the weight of each sample is determined by the measured mass coating depending on the time of their exposure, which is judged on the magnitude and rate of erosion of each sample, the values of which are calculated according to the following features:
где 
и по полученным значениям судят о качестве покрытия.and judging by the obtained values, the quality of coverage.
Сущность заявленного способа поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the claimed method is illustrated graphic materials on which:
- на фиг. 1 - подготовленный к исследованиям образец;- in fig. 1 - prepared for research sample;
- на фиг. 2 - график величины эрозии образцов под воздействием кавитации;- in fig. 2 is a graph of the amount of erosion of samples under the influence of cavitation;
- на фиг. 3 - график скорости эрозии образцов под воздействием кавитации;- in fig. 3 is a graph of the rate of erosion of samples under the influence of cavitation;
- на фиг. 4 - фотографии рабочей поверхности образца без покрытия до и после испытаний;- in fig. 4 - photographs of the working surface of the sample without coating before and after testing;
- на фиг. 5 - фотографии рабочей поверхности образца с покрытием, полученным при МДО (электролит №1), до и после испытаний;- in fig. 5 - photographs of the working surface of the sample with a coating obtained by MAO (electrolyte No. 1), before and after testing;
- на фиг. 6 - фотографии рабочей поверхности образца с покрытием, полученным при МДО (электролит №2), до и после испытаний.- in fig. 6 - photographs of the working surface of the sample with a coating obtained by MAO (electrolyte No. 2), before and after testing.
Заявленный способ осуществляют следующим образом.The claimed method is as follows.
Осуществление заявленного способа раскрыто на примере исследования кавитационной стойкости защитного покрытия проточной части корпуса авиационного центробежного насоса, изготовленного из алюминиевого сплава АК4-1.The implementation of the claimed method is disclosed on the example of the study of the cavitation resistance of the protective coating of the flow-through part of the body of an aviation centrifugal pump made of aluminum alloy AK4-1.
Для проведения исследования из данного материала была изготовлена партия образцов 2, в количестве трех штук, на которых проводили цикл исследований.For the study of this material was made a batch of
Изготовленные образцы 2 представляли собой гладкие цилиндры диаметром ∅15,9 мм с резьбовым хвостовиком M10×1. В торце образца со стороны резьбы M10×1 выполнено глухое резьбовое отверстие М3. Торец цилиндрической части образцов является рабочей поверхностью 1, на которой осуществляли получение оксидного защитного слоя и исследование его качества воздействием кавитации жидкой средой.The fabricated
Микрометром измеряли расстояние между торцами каждой детали (их длину до получения оксидного слоя).Micrometer measured the distance between the ends of each part (their length to obtain an oxide layer).
Для проведения испытаний каждый образец 2 образующей поверхностью цилиндрической части устанавливали с натягом во втулку 3, выполненную из фторопласта Ф 4 по ГОСТ 10007-80 таким образом, что рабочая поверхность 1 каждого из них была расположена в одной плоскости с торцом втулки 3.For testing each
Для защиты резьбовой поверхности хвостовика образца 2 от воздействия электролита полость втулки 3 заполняли силиконом 4, оставляя свободным резьбовое отверстие М 3.To protect the threaded surface of the shank of the
Такая подготовка образцов 2 обеспечивает надежную защиту от оксидирования их поверхностей, не предназначенных под покрытие МДО, в том числе, резьбы M10×1.Such preparation of
Образцы 2 подготовлены к получению покрытия на их рабочей поверхности 1.
В резьбовые отверстия подготовленных образцов ввинчивали электроды 5 (первый электрод), после чего каждый из двух образцов погружали в свою ванну с электролитом (не показаны), которая являлась вторым электродом.Electrodes 5 (the first electrode) were screwed into the threaded holes of the prepared samples, after which each of the two samples was immersed in its electrolyte bath (not shown), which was the second electrode.
Для тестирования способа было проведено МДО рабочих поверхностей 1 двух образцов 2 в двух разных электролитах.To test the method was carried out
Состав электролита №1: КОН (гидроксид калия) - 4,5 г/л, Na2SiO3 - 3,5 г/л.The composition of the electrolyte No. 1: KOH (potassium hydroxide) - 4.5 g / l, Na 2 SiO 3 - 3.5 g / l.
Состав электролита №2: КОН - 5,5 г/л, Na2SiO3 - 4,5 г/л.The composition of electrolyte No. 2: KOH - 5.5 g / l, Na 2 SiO 3 - 4.5 g / l.
Раствор - дистиллированная вода.The solution is distilled water.
Электрические параметры МДО оставались неизменными в процессе МДО рабочих поверхностей 1 образцов 2 с разными электролитами и составляли:The electrical parameters of the MAO remained unchanged during the MAO process of the working surfaces of 1
- напряжение между образцом и ванной (U)=600 В;- voltage between the sample and the bath (U) = 600 V;
- плотность тока (I)=15 А/дм2;- current density (I) = 15 A / dm 2 ;
- длительность проведения процесса МДО (t)=60 минут.- the duration of the process MAO (t) = 60 minutes.
Собственно, сущность процесса МДО известна специалистам и нет необходимости приводить ее в настоящей заявке.Actually, the essence of the MAO process is known to specialists and there is no need to bring it in this application.
После окончания операции получения МДО с образцов удаляли силикон 4 и микрометром измеряли расстояние между торцом каждой детали с нанесенным на него покрытием и другим ее торцом (их длину после получения оксидного слоя).After the end of the operation for obtaining MAO, the
Разность длин образца до и после получения оксидного слоя являлась значением толщины оксидного слоя, которая составила 150±3 мкм на каждом образце.The difference in length of the sample before and after obtaining the oxide layer was the value of the thickness of the oxide layer, which was 150 ± 3 μm on each sample.
Поверхность покрытия образцов обрабатывали до шероховатости Ra 1,6, удаляя рыхлый поверхностный слой покрытия.The surface of the sample coating was treated to Ra 1.6 roughness, removing the loose surface layer of the coating.
После получения покрытия (оксидного защитного слоя) на рабочей поверхности двух образцов осуществляли исследование покрытия каждого образца на кавитационную стойкость (качества покрытия).After receiving the coating (oxide protective layer) on the working surface of two samples, the coating of each sample was tested for cavitation resistance (quality of coating).
Исследования проводили на установке ЛУК-0,5/20-О на следующих режимах: частота колебаний концентратора - 20 кГц; двойная амплитуда колебаний - 50 мкм; температура жидкой среды - 25±2 С°; жидкая среда - дистиллированная вода.The studies were carried out on the LUK-0.5 / 20-O installation in the following modes: the oscillation frequency of the hub is 20 kHz; double amplitude of oscillations - 50 microns; liquid medium temperature - 25 ± 2 С °; liquid medium - distilled water.
Для проведения исследования на концентраторе установки с помощью резьбового соединения с использованием резьбы M10×1 образца 2, закрепляли поочередно каждый исследуемый образец, после чего образец с концентратором погружали в ванну с жидкой средой (дистиллированной водой).To carry out the study on the installation concentrator using a threaded connection using an M10 × 1 thread of
Включали ультразвуковой генератор установки, генерирующий высокочастотное синусоидальное напряжение, которое посредством преобразователя преобразовывалось в механические колебания, передаваемые через бустер установки на концентратор с образцом.An ultrasonic generator of the installation was turned on, generating a high-frequency sinusoidal voltage, which was transformed by means of a converter into mechanical vibrations transmitted through the installation booster to the concentrator with the sample.
В процессе работы установки высокочастотные колебания покрытого оксидным слоем торца исследуемого образца вызывают циклическое образование очень высоких и очень низких давлений жидкой среды, которые приводят к появлению в ней периодических больших растягивающих напряжений. Поскольку амплитуда пульсаций давления многократно выше давления окружающей жидкой среды, это приводит к падению давления в области торца испытываемого образца на отрицательном полупериоде колебаний до значения, которое гораздо меньше давления насыщенных паров жидкой среды. В результате имитируется максимально приближенное к кавитационному воздействие на покрытие торца образца при работе его (а, следовательно, и имитируемой им детали) в реальных условиях, сопровождающееся массовым образованием воздушных кавитационных пузырьков, оказывающих кавитационное воздействие на покрытие образца.During installation, high-frequency oscillations of the sample face covered with an oxide layer cause the cyclic formation of very high and very low pressures of the liquid medium, which lead to the appearance of periodic large tensile stresses in it. Since the amplitude of the pressure pulsations is many times higher than the pressure of the surrounding liquid medium, this leads to a drop in pressure in the region of the end face of the test sample during the negative half-period of oscillation to a value that is much less than the pressure of saturated vapor of the liquid medium. As a result, it simulates as close as possible to the cavitation effect on the surface of the sample when it is working (and, consequently, the part imitated by it) in real conditions, accompanied by the massive formation of air cavitation bubbles that have a cavitation effect on the sample coating.
Исследование каждого образца (двух образцов с покрытием и одного без покрытия) проводили в течение 8 часов.The study of each sample (two coated samples and one uncoated) was carried out for 8 hours.
В процессе кавитационного воздействия, периодически, с временем экспозиции - периодом 1 час (время экспозиции, как правило, выбирается в интервале от 10 минут до 1 часа), каждый образец взвешивали на весах с точностью ±0,1 мг. При взвешивании фиксировали значения массы и чистое время экспозиции каждого образца под воздействием кавитации. Используя эти данные, вычисляли значения величины и скорости эрозии покрытия по следующим зависимостям:In the process of cavitation, periodically, with an exposure time of 1 hour (exposure time is usually selected in the range from 10 minutes to 1 hour), each sample was weighed on a balance with an accuracy of ± 0.1 mg. When weighing, we recorded the mass values and the net exposure time of each sample under the influence of cavitation. Using these data, we calculated the values of the magnitude and rate of erosion of the coating according to the following dependencies:
где 
При каждом периодическом взвешивании определялась масса образца при данной экспозиции, количественно оценивалась масса покрытия, потерянная каждым исследуемым образцом, в зависимости от времени его экспозиции при кавитационном воздействии жидкой среды на него, по которой вычислялись величина эрозии покрытия и ее скорость.At each periodic weighing, the sample mass was determined at a given exposure, the coating mass lost by each test sample was quantified, depending on the exposure time of the liquid under cavitational influence of the liquid medium, from which the erosion rate of the coating and its velocity were calculated.
Стойкость покрытия к кавитации (его качество) оценивалась путем сравнения полученных значений и скорости развития эрозии покрытий образцов, или их графиков.The resistance of the coating to cavitation (its quality) was estimated by comparing the values obtained and the rate of erosion development of the sample coatings, or their graphs.
Результаты исследований наиболее наглядно иллюстрируются в виде графиков: время экспозиции - величина эрозии (фиг. 2); время экспозиции - скорость эрозии (фиг. 3).The research results are most clearly illustrated in the form of graphs: the exposure time is the magnitude of erosion (Fig. 2); exposure time - the rate of erosion (Fig. 3).
Полученные значения и построенные на их основе графики показывают, что величина эрозии покрытия образца, полученного МДО с использованием электролита №1 меньше (наглядно подтверждается фото на фиг. 5), чем величина эрозии образца без покрытия (фото на фиг. 4) и покрытия образца, полученного МДО с использованием электролита №2 (наглядно подтверждается фото на фиг. 6). Сравнивая фото фиг. 5 и фиг. 6 с фото фиг. 4, можно сделать однозначные выводы, что наличие полученного МДО покрытия значительно увеличивает стойкость образца к кавитационному воздействию, а покрытие, полученное МДО с использованием электролита №1, обладает большей кавитационной стойкостью, то есть, более качественное, по сравнению с покрытием, полученным МДО с использованием электролита №2.The obtained values and graphs based on them show that the erosion value of the sample coating obtained by the MAO using electrolyte No. 1 is less (clearly confirmed by the photo in Fig. 5) than the erosion value of the uncoated sample (photo in Fig. 4) and the sample coating , obtained MAO using electrolyte No. 2 (clearly confirmed by the photo in Fig. 6). Comparing the photo of FIG. 5 and FIG. 6 with a photo of FIG. 4, it is possible to make unambiguous conclusions that the presence of the obtained MAO coating significantly increases the sample resistance to cavitation, and the coating obtained by MAO using electrolyte No. 1 has a higher cavitation resistance, that is, higher quality, compared to the coating obtained by MAO using
Проведенное исследование позволяет за счет объективного и оперативного контроля качества полученного на образцах покрытия рекомендовать для процесса МДО, как обеспечивающего наибольшую кавитационную стойкость покрытия (наибольший ресурс), технологию, использующую электролит №1.The study allows, due to objective and operational quality control of the coating obtained on samples, to recommend for the process MAO, as providing the greatest cavitation resistance of the coating (the greatest resource), the technology using electrolyte No. 1.
Естественно, количество исследуемых образцов для каждого электролита, как и количество исследуемых электролитов, может быть различным.Naturally, the number of samples studied for each electrolyte, as well as the number of studied electrolytes, can be different.
Заявленный способ позволяет в короткие сроки при использовании образцов достаточно простой формы по сравнению с формой деталей, оценить с высокой точностью кавитационные свойства (качество) полученного в процессе МДО покрытия.The claimed method allows in a short time when using samples of a fairly simple form compared to the form of parts, to evaluate with high accuracy the cavitation properties (quality) of the MAO coating obtained in the process.
Полученные по результатам испытаний данные могут быть также использованы для корректировки состава электролита и режимов получения покрытия в процессе МДО на поверхностях деталей из алюминиевых сплавов, подверженных кавитационному воздействию при эксплуатации.The data obtained from the test results can also be used to adjust the composition of the electrolyte and the modes of obtaining the coating in the MAO process on the surfaces of aluminum alloy parts exposed to cavitation during operation.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131934A RU2690082C1 (en) | 2018-09-06 | 2018-09-06 | Method of controlling the quality of coatings of parts made from aluminum alloys operating in cavitation conditions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131934A RU2690082C1 (en) | 2018-09-06 | 2018-09-06 | Method of controlling the quality of coatings of parts made from aluminum alloys operating in cavitation conditions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690082C1 true RU2690082C1 (en) | 2019-05-30 |
Family
ID=67037635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018131934A RU2690082C1 (en) | 2018-09-06 | 2018-09-06 | Method of controlling the quality of coatings of parts made from aluminum alloys operating in cavitation conditions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690082C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU926569A1 (en) * | 1980-08-08 | 1982-05-07 | Институт химии высокомолекулярных соединений АН УССР | Method of coating strength investigation |
| SU1038826A1 (en) * | 1980-06-09 | 1983-08-30 | Предприятие П/Я А-3513 | Hydraulic unit model cavitation erosion intensity detrmination method |
| SU1054707A1 (en) * | 1982-07-08 | 1983-11-15 | Предприятие П/Я В-8662 | Process for determining erosion characteristics of screw propellers for high-speed vessel |
| UA55103U (en) * | 2010-04-23 | 2010-12-10 | Хмельницкий Национальный Университет | Method for evaluation of durability of polymer and polymer-composite coatings at cavitation-erosion wear of those in media-electrolytes |
-
2018
- 2018-09-06 RU RU2018131934A patent/RU2690082C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1038826A1 (en) * | 1980-06-09 | 1983-08-30 | Предприятие П/Я А-3513 | Hydraulic unit model cavitation erosion intensity detrmination method |
| SU926569A1 (en) * | 1980-08-08 | 1982-05-07 | Институт химии высокомолекулярных соединений АН УССР | Method of coating strength investigation |
| SU1054707A1 (en) * | 1982-07-08 | 1983-11-15 | Предприятие П/Я В-8662 | Process for determining erosion characteristics of screw propellers for high-speed vessel |
| UA55103U (en) * | 2010-04-23 | 2010-12-10 | Хмельницкий Национальный Университет | Method for evaluation of durability of polymer and polymer-composite coatings at cavitation-erosion wear of those in media-electrolytes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gabrielli et al. | Review of applications of impedance and noise analysis to uniform and localized corrosion | |
| US6151969A (en) | Electromechanical and electrochemical impedance spectroscopy for measuring and imaging fatigue damage | |
| Datta et al. | Experimental investigation of mass transport in pulse plating | |
| JP5238083B2 (en) | Corrosion resistance evaluation device | |
| Berradja | Electrochemical techniques for corrosion and tribocorrosion monitoring: methods for the assessment of corrosion rates | |
| US5419201A (en) | Methods and devices for electrochemically determining metal fatigue status | |
| EP2656044A2 (en) | Process of evaluating corrosion resistance | |
| CN108072602B (en) | Electrochemical method for accelerating corrosion of stainless steel weld joint area | |
| JP2008051632A (en) | Test method of stress corrosion crack development and testing equipment therefor | |
| WO2012088335A2 (en) | Corrosion resistance evaluator | |
| Casanova et al. | An insight into the evolution of corrosion resistant coatings on titanium during bipolar plasma electrolytic oxidation in sulfuric acid | |
| Pokhmurs' Kyi et al. | Tribocorrosion of stainless steels | |
| RU2690082C1 (en) | Method of controlling the quality of coatings of parts made from aluminum alloys operating in cavitation conditions | |
| WO2001031311A2 (en) | Methods and devices for evaluating fatigue damage | |
| Naerheim et al. | The influence of electrochemical potential on wear | |
| Zhang et al. | Effects of chloride on electrochemical and stress corrosion cracking behavior of 9Cr ferritic–martensitic steel | |
| Nichols et al. | Cyclic voltammetry for the study of polymer film adhesion to platinum neurological electrodes | |
| CN112197926B (en) | Structural member anti-seismic performance test method considering influence of corrosion environment and load history | |
| RU2541246C1 (en) | Manufacturing technique of high-build wear-resistant coating by microarc oxidation | |
| RU2807242C1 (en) | Method for monitoring and controlling micro-arc oxidation process using acoustic emission method | |
| DRUGLI et al. | A Short Duration Test Method for Prediction of Crevice Corrosion Rates on Stainless Steels | |
| Sakamoto et al. | Influence of galvanic macro-cell corrosion on the cavitation erosion durability assessment of metallic materials—International cavitation erosion test of Gdańsk | |
| RU2467097C2 (en) | Method of defining thickness of part electrolytic coating during deposition | |
| Zuchry et al. | SEALING EFFECT ON CORROSION RESISTANCE OF BORIC SULFURIC ACID ANODIZING ON AA2024. | |
| Ma | Simulation of Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) of AM50 Mg Alloys and its Experimental Validation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200907 |