RU2807788C1 - Способ получения композиционного самосмазывающегося керамического покрытия на деталях из вентильных металлов и их сплавов - Google Patents
Способ получения композиционного самосмазывающегося керамического покрытия на деталях из вентильных металлов и их сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807788C1 RU2807788C1 RU2023106596A RU2023106596A RU2807788C1 RU 2807788 C1 RU2807788 C1 RU 2807788C1 RU 2023106596 A RU2023106596 A RU 2023106596A RU 2023106596 A RU2023106596 A RU 2023106596A RU 2807788 C1 RU2807788 C1 RU 2807788C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- oxidation
- suspension
- cathode
- anode
- Prior art date
Links
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 10
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 4
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 48
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 27
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical compound S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к плазменно-электролитическому оксидированию, в частности к получению защитных керамических покрытий с включенными в них твердосмазочными дисперсными частицами графита. Способ включает погружение в ванну с водным щелочным электролитом детали в качестве анода и противоэлектрода в качестве катода, подачу на электроды биполярных импульсов напряжения и тока. Используют противоэлектрод, выполненный из графита. Оксидирование совмещают с образованием в ванне электролита-суспензии за счет постоянного поступления в электролит дисперсных частиц графита размером 0,03-2 мкм, отделяющихся от графитового противоэлектрода под действием плазменных разрядов и электроэрозии, причем их концентрацию поддерживают в диапазоне 0,04-0,06 г/л при осуществлении оксидирования с частотой следования импульсов напряжения и тока 2-4 кГц, при амплитудных значениях импульсов анодного напряжения 520-1000 В и импульсов катодного напряжения 200-350 В, при эффективных плотностях тока в анодной цепи 8-15 А/дм2 и в катодной цепи 10-20 А/дм2. Температуру электролита-суспензии поддерживают в диапазоне 12-15°С. Обеспечивается получение износо- и коррозионностойких керамических покрытий, обладающих антифрикционными и гидрофобными свойствами. 4 з.п. ф-лы, 3 пр.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к плазменно-электролитическому оксидированию, в частности к получению защитных керамических покрытий с включенными в них твердосмазочными дисперсными частицами графита, и может найти применение для защиты деталей трибоузлов, эксплуатируемых в неблагоприятных условиях недостатка смазки, в агрессивных и абразивосодержащих средах.
Уровень техники
Керамические покрытия, формируемые на деталях из вентильных металлов и их сплавов методом плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО), находят широкое применение для защиты от механического износа и коррозии (патент RU 2681028 С2 от 17.01.2018). Однако при трении скольжения в условиях граничной смазки или при отсутствии смазки такие покрытия имеют высокий коэффициент трения 0,4-0,75. В этом случае при работе трибоузла деталь с ПЭО-покрытием, взаимодействуя с сопряженной деталью, вызывает ее повышенный износ, и, как следствие, снижение срока службы узла в целом.
Дальнейшим развитием метода ПЭО является формирование композиционных покрытий, когда в электролит добавляются порошковые дисперсные материалы, получая электролиты-суспензии. Частицы дисперсной фазы, находясь в электролите во взвешенном состоянии, участвуют в плазмохимических реакциях в процессе ПЭО и входят в структуру формируемых покрытий, модифицируя их. Для получения самосмазывающихся антифрикционных покрытий в обычный базовый электролит, как правило, добавляют дисперсные частицы материалов, относящихся к группе слоистых твердых смазок (дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, графит).
Известны способы получения ПЭО-покрытий триботехнического назначения, сформированные в электролитах-суспензиях, содержащих частицы дисульфида молибдена (MoS2) или дисульфида вольфрама (WS2), описанные в патентах RU 2198249 С2, 26.03.2001, RU 2220233 С1, 13.06.2002, CN 109023468 В, 27.07.2018, CN 102021629 А, 30.12.2010, CN 102304739 А, 19.09.2010 и CN 106811784 А, 23.01.2017. Композиционные самосмазывающиеся керамические покрытия, полученные по этим способам, обладают высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения. Однако стоимость дисперсных порошков MoS2 и WS2, используемых для приготовления электролитов-суспензий, довольно высока и чем частицы меньше в размерах, тем они значительно дороже.
Экономически более выгодно применение электролитов-суспензий с относительно недорогими дисперсными частицами графита, также обладающего превосходными смазывающими свойствами. Известны способы получения износостойких антифрикционных ПЭО-покрытий, сформированных в электролитах-суспензиях, приготовленных на основе базовых электролитов с добавлением порошков из нано- и микрочастиц графита, описанных в патентах CN 103173837 А от 14.03.2013, CN 107740157 А от 08.11/2017, CN 108950650 А от 02.07.2018.
Основным недостатком известных способов является сложность и высокая трудоемкость технологий приготовления электролитов суспензий. Они включают в себя операции взвешивания порошков, измельчения частиц с помощью ультразвука, разбавление порошков в электролите с добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ). Все это требует применения дополнительного аппаратурного оснащения.
Кроме того, электролиты-суспензии, созданные путем добавления порошков в базовые электролиты, недостаточно стабильны. Несмотря на интенсивное перемешивание электролитов-суспензий и применение ПАВ для повышения коагуляционной и седиментационной устойчивости суспензии, при перерывах в работе частицы оседают на дно ванны и поднять их вновь затруднительно. Более того, при оксидировании постоянно уменьшается концентрация дисперсных частиц в электролите, что требует периодической корректировки его путем добавления порошка. Нестабильность электролитов-суспензий не дает возможность получать равномерные однородные ПЭО-покрытия высокого качества и отрицательно влияет на воспроизводимость результатов процесса. Ввиду перечисленных недостатков известные способы не нашли достаточного применения в промышленности.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ нанесения композиционного гальванического покрытия с использованием твердых дисперсных частиц, полученных электроэрозионным диспергированием, описанный в патенте RU 2280718 С2 от 06.09.2004. Способ включает получение дисперсных частиц непосредственно в гальванической ванне, совмещая процессы электроосаждения покрытия и образования суспензии. Недостатком способа является техническая сложность применяемого оборудования. В гальванической ванне с основными электродами дополнительно размещается отдельный реактор со своими электродами, изготовленными из диспергируемого материала. На эти электроды от дополнительного импульсного источника питания подаются импульсные разряды и в электролит за счет электроэрозии поступает дисперсная фаза. Сложное аппаратурное оснащение затрудняет реализацию способа на практике.
Раскрытие сущности изобретения
Учитывая недостатки предшествующего уровня техники, задачей настоящего изобретения является создание простого в осуществлении и аппаратурном оформлении, технологичного способа получения на вентильных металлах и их сплавах композиционных самосмазывающихся керамических покрытий с высокими защитными свойствами.
Техническим результатом способа является получение износо- и коррозионностойких керамических покрытий, обладающих высокими антифрикционными и гидрофобными свойствами, при одновременном упрощении способа получения покрытий.
Указанный технический результат достигают способом получения композиционного самосмазывающегося керамического покрытия на деталях из вентильных металлов и их сплавов методом ПЭО, включающим погружение в ванну с водным щелочным электролитом электродов (анода и катода) и подачу на них биполярных импульсов напряжения и тока.
Причем анодом является оксидируемая деталь, а катодом - противоэлектрод, выполненный из графита. При этом процесс оксидирования совмещается с образованием электролита-суспензии непосредственно в ванне за счет постоянного поступления в электролит дисперсных частиц графита, отделяющихся от графитового противоэлектрода под воздействием плазменных разрядов и электроэрозии.
Суспензия образуется естественным путем без применения дополнительных технологических приемов и использования порошковых материалов. В выше упомянутых известных способах противоэлектроды изготовлены из нержавеющей стали (типа 08Х18Н10). В процессе оксидирования такие противоэлектроды под действием электрокоррозии и электроэрозии довольно быстро покрываются оксидной пленкой, которая резко снижает скорость роста керамического покрытия. Поэтому приходится периодически прерывать ПЭО-процесс и зачищать поверхности противоэлектродов от ржавчины, что удлиняет и удорожает процесс оксидирования.
В предлагаемом изобретении противоэлектроды выполняются из прочного мелкозернистого графита, обладающего высокой электропроводностью и повышенными коррозионной и эрозионной стойкостью. Материал хорошо обрабатывается и относительно дешев. В отличие от стальных противоэлектродов на графитовых противоэлектродах во время оксидирования не образуется оксидного слоя, препятствующего процессу ПЭО. Кроме того, часто для получения равномерных по толщине ПЭО-покрытий на сложнопрофильных деталях используются фасонные противоэлектроды, повторяющие конфигурацию оксидируемых деталей. Выполнить фасонный электрод из графита не представляет труда, тогда как изготовить его из нержавеющей стали потребует больших трудозатрат.
В процессе ПЭО в электролит постоянно поступают частицы графита разной степени дисперсности. Анализ размеров взвешенных частиц графита в образующимся электролите-суспензии, проведенный с помощью лазерного анализатора Bettersizer S2 (Bettersize Instruments), показал, что размер частиц находится в диапазоне от 30 нм до 2 мкм. Причем основная масса частиц имеет размер от 0,1 мкм до 1 мкм. В отличие от периодического добавления в работающий электролит порций порошка в известных способах, в настоящем изобретении не происходит обеднения электролита-суспензии, так как частицы графита постоянно поступают в электролит в определенном количестве. Суммарная массовая концентрация дисперсных частиц графита в электролите-суспензии, определенная гравиметрическим методом, составила 0,04-0,06 г/л и зависела от интенсивности электролиза (плазменных разрядов).
При оксидировании частицы графита, обладая отрицательным зарядом в щелочном электролите, устремляются к оксидируемой поверхности и абсорбируются на ней, участвуя в создании композиционного керамического покрытия. Одна часть частиц дисперсной фазы, попадая в зону воздействия плазменных разрядов, подвергается термолизу. Это приводит к повышению температуры разрядов, что способствует прогреву покрытия и, как следствие, дополнительному образованию в нем высокотемпературных фаз оксидов и даже карбидов. Микротвердость покрытий при этом возрастает на 20%, а производительность ПЭО-процесса - на 10%.
Другая часть частиц графита, не попавших в зону плазменных разрядов, встраивается в оксидно-керамическую структуру покрытия в неизменном виде и заполняет открытые поры, герметизируя покрытие. При этом диапазон диаметров открытых пор 0,1 мкм - 1 мкм совпадает по величине с размерами микрочастиц графита, что позволяет заполнять различные поры.
Благодаря этому, антикоррозионные характеристики композиционного покрытия возрастают вдвое. Частицы графита, выступая на поверхности покрытия, придают ему самосмазывающие, антифрикционные и гидрофобные свойства. Коэффициент трения при сухом или граничном трении снижается втрое.
Для равномерного распределения дисперсных частиц графита в объеме электролита-суспензии производится его интенсивное перемешивание. При этом вовремя ПЭО рабочие поверхности оксидируемой детали (анода) и графитового противоэлектрода (катода) располагаются рядом с постоянным зазором шириной от 10 до 30 мм. Таким образом между поверхностями анода и катода создается межэлектродное пространство. Через межэлектродное пространство с помощью циркуляционного насоса системы охлаждения электролита и эдукторов, установленных в ванне, прокачивается электролит-суспензия с линейной скоростью турбулентного потока не менее 1 м/с. Такая скорость ограничивается лишь техническими возможностями применяемой системы охлаждения электролита. Кроме интенсивного перемешивания электролита-суспензии, оксидирование в проточном электролите позволяет улучшить качество создаваемого ПЭО-покрытия за счет эффективного обновления и охлаждения электролита в приэлектродных слоях.
Для улучшения кинетической устойчивости электролита-суспензии в него дополнительно вводится органический стабилизатор - глицерин (С3Н3О3) в концентрации 2 г/л. Такая концентрация достаточна для полного смачивания частиц графита глицерином. Таким образом способ позволяет поддерживать электролит-суспензию в рабочем состоянии в течение всего срока его эксплуатации. Кроме того, обеспечивается высокая воспроизводимость результатов ПЭО-процесса и новый уровень свойств формируемых покрытий.
Оксидирование проводится в анодно-катодном режиме с частотой следования прямоугольных импульсов напряжения 2-4 кГц при амплитудных значениях анодного напряжения 520-1000 В, катодного напряжения 200-350 В и при эффективных плотностях тока в анодной цепи 8-15 а/дм2 и в катодной цепи 10-20 А/дм2 в зависимости от марки обрабатываемого металла или сплава. Длительность процесса ПЭО составляет 25-40 минут, при этом толщина композиционного керамического покрытия составляет 30-60 мкм. Продолжительность оксидирования обусловлена толщиной покрытий, достаточной для обеспечения работоспособности упрочненного слоя в течение всего срока эксплуатации детали. В процессе ПЭО поддерживается температура электролита-суспензии в диапазоне 12-15°С.
Вентильные металлы и их сплавы отличаются тем, что образующиеся на них оксидные пленки обладают полупроводниковыми свойствами. Именно благодаря этим свойствам такие металлы и их сплавы пригодны для метода ПЭО. Это прежде всего металлы: алюминий, магний, титан, цирконий, тантал, ниобий, гафний, церий, бериллий и их сплавы.
Для различных вентильных металлов и их сплавов применяются различные базовые щелочные электролиты и различные режимы электролиза.
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приводятся примеры конкретного осуществления способа.
ПЭО-обработке подвергались образцы-диски диаметром 60 мм и толщиной 6 мм из алюминиевого, магниевого и титанового сплавов. Образцы из каждого материала оксидировались в двух вариантах: основном и сравнительном. В основном варианте оксидирование образцов проводилось в базовом электролите с глицерином и дисперсными частицами графита, когда в ванне в качестве противоэлектродов использовались графитовые пластины, расположенные с обеих сторон от торцевых плоскостей образца-диска на расстоянии 15 мм. В сравнительном варианте оксидирование образцов проводилось в базовом электролите, а в качестве противоэлектродов использовались пластины из нержавеющей стали.
Толщина и твердость покрытий измерялась на микрошлифах с помощью твердомера Nano Hardness Tester (CSM Instruments). Износостойкость и коэффициент трения скольжения покрытий определяли на трибометре Tribometer (CSM Instruments) по схеме "шар - диск" с использованием шарика из SiC диаметром 5 мм при линейной скорости 50 мм/с и нагрузке 10 Н с последующим определением глубины следа и вычислением степени износа покрытий. Испытания велись в режиме сухого трения на воздухе, длина пути трения составляла 1000 м.
Коррозионная стойкость покрытий определялась временем выдержки образцов в камере соляного тумана (КСТ) до появления первых следов коррозии. Оценку гидрофобности покрытий проводили путем измерения краевого угла капли деионизированной воды, посаженной на поверхность покрытия с помощью шприца.
Пример 1 (основной)
Образец из алюминиевого сплава Д16 подвергался ПЭО-обработке в водном электролите-суспензии, содержащем KOH - 3 г/л, Na2SiO3 * 5 H2O - 3 г/л, Na4P2O7 * 10 H2O - 2 г/л, C3H3O3 - 2 г/л и дисперсные частицы графита - 0,06 г/л, постоянно поступающие в электролит-суспензию в результате электроэрозии графитового электрода.
Режим электролиза: частота следования импульсов напряжения - 4 кГц; амплитудные значения импульсов напряжения: анодных - 1000 В, катодных - 350 В; эффективная плотность тока: анодного - 15 А/дм2, катодного - 20 А/дм2; время оксидирования - 40 мин.
Результаты измерений: толщина покрытия 60 мкм, твердость HV 2300, износостойкость 6,7 * 10-6 мм3/Н*м, коэффициент трения 0,21, покрытие выдержало в КСТ 2000 часов, угол смачивания покрытия составил 94°.
Пример 1 (сравнительный)
Образец из алюминиевого сплава Д16 подвергался ПЭО-обработке в базовом электролите, содержащем KOH - 3 г/л, Na2SiO3 * 5 H2O - 3 г/л, Na4P2O7 * 10 H2O - 2 г/л.
Режим электролиза: тот же, что в примере 1 (основной).
Результаты измерений: толщина покрытия 55 мкм, твердость HV 1800, износостойкость 6,5 * 10-5 мм3/Н*м, коэффициенттрения 0,63, покрытие выдержало в KCT 1080 часов, угол смачивания покрытия составил 49°.
Пример 2 (основной)
Образец из магниевого сплава МА8 подвергался ПЭО-обработке в водном электролите-суспензии, содержащем KOH - 3 г/л, Na2SiO3 * 5 H2O - 12 г/л, NaF - 4 г/л, С3Н3О3 - 2 г/л и дисперсные частицы графита - 0,04 г/л, постоянно поступающие в электролит-суспензию в результате электроэрозии графитового электрода.
Режим электролиза: частота следования импульсов напряжения - 2,5 кГц; амплитудные значения импульсов напряжения: анодных - 520 В, катодных - 200 В; эффективная плотность тока: анодного - 8 А/дм2, катодного - 10 А/дм2; время оксидирования - 30 мин.
Результаты измерений: толщина покрытия 45 мкм, твердость HV 820, износостойкость 5,2 * 10-5 мм3/Н*м, коэффициент трения 0,15, покрытие выдержало в КСТ 960 часов, угол смачивания покрытия составил 99°.
Пример 2 (сравнительный)
Образец из магниевого сплава МА8 подвергался ПЭО-обработке в базовом электролите, содержащем КОН - 3 г/л, Na2SiO3 * 5 H2O - 12 г/л, NaF - 4 г/л.
Режим электролиза: тот же, что в примере 2 (основной).
Результаты измерений: толщина покрытия 41 мкм, твердость HV 630, износостойкость 5,7 * 10-4 мм3/Н*м, коэффициенттрения 0,42, покрытие выдержало в КСТ 576 часов, угол смачивания покрытия составил 55°.
Пример 3 (основной)
Образец из титанового сплава ВТ6 подвергался ПЭО-обработке в водном электролите-суспензии, содержащем KOH - 2 г/л, NaAlO2 - 15 г/л, NaF - 2 г/л, С3Н3О3 - 2 г/л и дисперсные частицы графита - 0,04 г/л, постоянно поступающие в электролит-суспензию а результате электроэрозии графитового электрода.
Режим электролиза: частота следования импульсов напряжения - 2 кГц; амплитудные значения импульсов напряжения: анодных - 550 В, катодных - 250 В; эффективная плотность тока: анодного - 10 А/дм2, катодного - 12 А/дм2; время оксидирования - 25 минут.
Результаты измерений: толщина покрытия 35 мкм, твердость HV 1000, износостойкость 0,7 * 10-6 мм3/Н*м, коэффициенттрения 0,12, покрытие выдержало в КСТ 1200 часов, угол смачивания покрытия составил 104°.
Пример 3 (сравнительный)
Образец из титанового сплава ВТ6 подвергся ПЭО-обработке в базовом электролите, содержащем KOH - 2 г/л, NaAlO2 - 15 г/л, NaF - 2 г/л.
Режим электролиза тот же, что в примере 3 (основной).
Результаты измерений: толщина покрытия 32 мкм, твердость HV 780, износостойкость 1,0 * 10-5 мм3/Н*м, коэффициент трения 0,35, покрытие выдержало в КСТ 672 часа, угол смачивания покрытия составил 59°.
Как следует из примеров, композиционные самосмазывающиеся керамические покрытия, полученные на вентильных сплавах с помощью предлагаемого способа, по сравнению с подобными покрытиями не модифицированным графитом, обладали увеличенной на 30% твердостью и на порядок более высоким сопротивлением износу, уменьшенным втрое коэффициентом трения и возросшими вдвое антикоррозионными и гидрофобными свойствами. При малом расходе композиционного материала способ позволяет получать покрытия с высокими защитными свойствами.
Одновременно с повышением защитных свойств композиционных покрытий предлагаемый способ позволяет предельно упростить его, сделать технологичным и, как следствие, уменьшить трудозатраты и снизить себестоимость формируемых покрытий.
Claims (5)
1. Способ получения композиционного самосмазывающегося керамического покрытия на деталях из вентильных металлов и их сплавов методом плазменно-электролитического оксидирования, включающий погружение в ванну с водным щелочным электролитом детали в качестве анода и противоэлектрода в качестве катода, подачу на электроды биполярных импульсов напряжения и тока, отличающийся тем, что используют противоэлектрод, выполненный из графита, и оксидирование совмещают с образованием в ванне электролита-суспензии за счет постоянного поступления в электролит дисперсных частиц графита размером 0,03-2 мкм, отделяющихся от графитового противоэлектрода под действием плазменных разрядов и электроэрозии, а их концентрацию поддерживают в диапазоне 0,04-0,06 г/л и при этом оксидирование проводят с частотой следования импульсов напряжения и тока 2-4 кГц, при амплитудных значениях импульсов анодного напряжения 520-1000 В и импульсов катодного напряжения 200-350 В, при эффективных плотностях тока в анодной цепи 8-15 А/дм2 и в катодной цепи 10-20 А/дм2, а температуру электролита-суспензии поддерживают в диапазоне 12-15°С.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в электролит-суспензию добавляют органический стабилизатор - глицерин, в количестве 2 г/л.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при оксидировании рабочие поверхности детали-анода и противоэлектрода-катода располагают с равномерным зазором между собой шириной от 10 мм до 30 мм, а через образованное межэлектродное пространство прокачивают электролит-суспензию с линейной скоростью потока не менее 1 м/с.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность оксидирования составляет 25-40 мин, при этом формируют композиционное керамическое покрытие толщиной 30-60 мкм.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композиционное керамическое покрытие формируют на деталях из алюминия, магния, титана, циркония, тантала, ниобия, гафния, церия, бериллия и их сплавов.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807788C1 true RU2807788C1 (ru) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251595C1 (ru) * | 2003-12-15 | 2005-05-10 | Орловский Государственный Аграрный Университет (Огау) | Способ микродугового оксидирования металлов и их сплавов и устройство для его осуществления |
| RU2280718C2 (ru) * | 2004-09-06 | 2006-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный технический университет" | Способ нанесения композиционных гальванических покрытий с использованием порошков, полученных электроэрозионным диспергированием |
| CN107740157A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-02-27 | 江门市江海区杰德化工有限公司 | 在铝合金表面制备耐磨的微弧氧化膜层的方法 |
| CN108277516A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-07-13 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种微弧氧化电解液和一种微弧氧化膜的制备方法 |
| RU2681028C2 (ru) * | 2018-01-17 | 2019-03-01 | Владимир Никандрович Кокарев | Способ формирования защитного оксидно-керамического покрытия на поверхности вентильных металлов и сплавов |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251595C1 (ru) * | 2003-12-15 | 2005-05-10 | Орловский Государственный Аграрный Университет (Огау) | Способ микродугового оксидирования металлов и их сплавов и устройство для его осуществления |
| RU2280718C2 (ru) * | 2004-09-06 | 2006-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный технический университет" | Способ нанесения композиционных гальванических покрытий с использованием порошков, полученных электроэрозионным диспергированием |
| CN107740157A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-02-27 | 江门市江海区杰德化工有限公司 | 在铝合金表面制备耐磨的微弧氧化膜层的方法 |
| RU2681028C2 (ru) * | 2018-01-17 | 2019-03-01 | Владимир Никандрович Кокарев | Способ формирования защитного оксидно-керамического покрытия на поверхности вентильных металлов и сплавов |
| CN108277516A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-07-13 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种微弧氧化电解液和一种微弧氧化膜的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| РУДНЕВ В.С. и др. Углерод в оксидных слоях, формируемых действием электрических разрядов. Физикохимия поверхности и защита материалов, 2011, Т. 47, N 3, с. 277-285. ЕШМАНОВА Г. Б. и др. Технология плазменного электролитического оксидирования для получения защитных покрытий алюминиевых сплавов. Комплексное использование минерального сырья. 2021, N 2(317), c. 78-93. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lu et al. | Plasma electrolytic oxidation coatings on Mg alloy with addition of SiO2 particles | |
| Zhang et al. | 1Influence of graphene oxide additive on the tribological and electrochemical corrosion properties of a PEO coating prepared on AZ31 magnesium alloy | |
| Mahidashti et al. | Review of nickel-based electrodeposited tribo-coatings | |
| Li et al. | Effects of nano-additive TiO2 on performance of micro-arc oxidation coatings formed on 6063 aluminum alloy | |
| Atapour et al. | The wear characteristics of CeO2 containing nanocomposite coating made by aluminate-based PEO on AM 50 magnesium alloy | |
| Asgari et al. | How nanoparticles and submicron particles adsorb inside coating during plasma electrolytic oxidation of magnesium? | |
| Zanella et al. | Effect of ultrasound vibration during electrodeposition of Ni–SiC nanocomposite coatings | |
| Li et al. | Electrodeposition and characterization of Ni–SiC composite coatings from deep eutectic solvent | |
| Ageeva et al. | Insight into physicomechanical and tribological properties of copper galvanic coatings formed with the addition of electroerosion copper nanopowder | |
| Khodaei et al. | SiC nanoparticles incorporation in electroless NiP-Graphene oxide nanocomposite coatings | |
| Pinate et al. | Wear resistance and self-lubrication of electrodeposited Ni-SiC: MoS2 mixed particles composite coatings | |
| Priyadarshi et al. | A review on mechanical, tribological and electrochemical performance of ceramic particle-reinforced Ni-based electrodeposited composite coatings | |
| Wang et al. | Ceramic coatings by microarc oxidation of Ti and Al alloys | |
| RU2807788C1 (ru) | Способ получения композиционного самосмазывающегося керамического покрытия на деталях из вентильных металлов и их сплавов | |
| Cheng et al. | Effect of NaOH on plasma electrolytic oxidation of A356 aluminium alloy in moderately concentrated aluminate electrolyte | |
| Liu et al. | Influence of ceramic coating pores on the Tribological performance of PEO–PTFE composite coatings on the Ta–12W alloy | |
| RU2569259C1 (ru) | Способ получения защитных полимерсодержащих покрытий на металлах и сплавах | |
| RU2483144C1 (ru) | Способ получения композитных полимер-оксидных покрытий на вентильных металлах и их сплавах | |
| CN101333673A (zh) | 用于微弧氧化制备纳米陶瓷涂层的电解液及处理方法 | |
| Yang et al. | Effect of electrolyte composition on corrosion behavior and tribological performance of plasma electrolytic oxidized TC4 alloy | |
| CN107059089A (zh) | Zl109铝合金微弧氧化耐磨陶瓷层工艺 | |
| Rahman et al. | High rate copper electrodeposition in the presence of inorganic salts | |
| Mirsaeed-Ghazi et al. | Tribological behavior and corrosion properties of graphite incorporated Cu/Sic nanocomposite coatings prepared by pulse current electrodeposition | |
| RU2453640C2 (ru) | Тонкослойное керамическое покрытие, способ его получения, поверхность трения на основе тонкослойного керамического покрытия и способ ее получения | |
| Asgari et al. | Single-stage production of glass sealed PEO composite coating on AZ31B |