Технические науки/ 3. Отраслевое машиностроение.

Исаева И. Н.

Казахский национальный технический университет имени К. Сатпаева, Казахстан

Современные технологии для защиты металла

от коррозии

В настоящее время существует множество специальных технологии обработки поверхности различных металлов, одной из которых является - микродуговое оксидирование (МДО). Технология заключается в том, что при пропускании тока большой плотности в специальном электролите на поверхности обрабатываемой детали начинают возникать микроплазменные разряды. Эти разряды формируют на поверхности детали очень качественную оксидно-керамическую пленку - своеобразное покрытие из оксидных форм металла и веществ, растворенных в электролите. Это позволяет предать детали различные оттенки, а главное - сформированное керамическое покрытие, которое обладает совершенно уникальными свойствами. Увеличивается твердость, износостойкость, возникают светоотражающие или наоборот - светопоглощающие свойства. Также изменяется структура поверхности, увеличивается адгезия к дальнейшим покрытиям или к банальной покраске. Детали становятся устойчивы к коррозии, а защитное покрытие имеет электрическую прочность до 2 кВ. Дуги, которые обрабатывают деталь, формируют сложную структуру на поверхности из-за сверх высоких температур и давлений на границе раздела «электрод-электролит». На рисунке 1, представлен процесс МДО. Детали светятся из-за микродуг.

Рисунок 1. Процесс обработки детали МДО.

В процессе обработки деталь остается холодной. Весь процесс идет в слое толщиной в несколько микрон. При микродуговом оксидировании формируется слой за слоем определенная наноструктура, которая постепенно наращивается вплоть до толщин в десятки микрон, формируя окончательное покрытие. Процесс обработки деталей занимает от пяти минут до часа. Время зависит от того, какую толщину покрытия необходимо получить и какой вид покрытия необходимо сформировать на детали. В случае необходимости нанесения сложных и толстых (до 50 мкр.) покрытий процесс может длиться и несколько часов. Но в большинстве применений этого не требуется. Обработке по технологии микродугового оксидирования могут быть подвергнуты все сплавы алюминия, а также титан, магний и цинк.

Покрытие матовое, визуально очень теплое и выглядит дорого. На рисунке 2, представлен внешний вид квадратных алюминиевых пластинок, после обработки МДО.

Рисунок 2. Внешний вид квадратных алюминиевых пластинок, после обработки МДО.

Черное покрытие имеет черноту 94% и может быть использовано в чернении оптических деталей, где такой уровень черноты достаточен.

Из-за действия микродуг структура материала изменяется. Поверхность становится как бы слегка шероховатой и покрывается очень плотной пленкой оксида. Если не стоит задача изменять цвет покрытия, а к примеру, требуется подготовить деталь к покраске, то данная технология будет актуальна, также данная технология не дорогая по себестоимости. Алюминиевые детали через несколько минут обработки становятся молочного цвета и на них прекрасно наносится любая краска. При этом надо помнить, что алюминий не так-то легко красить. Многие краски на нем плохо держатся или вовсе не наносятся, сворачиваясь в мелкие шарики. После процесса МДО деталь можно красить буквально через 10 минут, как только она высохнет от воды, в которой деталь ополаскивают после процесса МДО. По данной технологии можно обрабатывать детали самых сложных форм. Покрытие возникает во всех местах. Если где-то покрытие не нужно - необходимо это место изолировать, к примеру, нанеся лак. На рисунке 3, представлены микроснимки структуры металла до (верхний) и после (нижний) МДО обработки.

Рисунок 3. Структура металла до (верхний) и после (нижний) МДО обработки.

Как видно, из рисунка 3, на поверхности сформированы микрократеры. Таким образом, МДО-покрытия представляют собой пористую керамику сложного состава, которая формируется за счет окисления металла и включением в состав покрытия химических элементов из электролита. Данная пористая структура в свою очередь обеспечивает отличные укрывные свойства при дальнейшей окраске деталей. Конкурирующей МДО-технологией является анодирование, но в отличие от этой технологии у МДО имеется существенные преимущества. В первую очередь, по качеству покрытия и его адгезии, отсутствии сложной пробоподготовки деталей и экологичности.

Технология МДО позволяет производить замену дорогих материалов, таких как бронза, латунь и нержавеющая сталь на более дешевые сплавы алюминия с нанесенным на него оксидно-керамическим покрытием. В свою очередь, это обеспечивает снижение веса и стоимости детали за счет снижения затрат на механическую обработку. По технологии МДО можно производить высокоэффективные теплоотводы в радиотехнике, эффективные ИК отражатели, недорогие корпуса для приборов, дизайнерские материалы и многое другое. На рисунке 4 представлен внешний вид образцов деталей после обработки технологии МДО.

Рисунок 4. Внешний вид образцов деталей после обработки технологии МДО.

Данная технология может найти применение в машиностроении, космонавтике, авиастроении. Существует большой потенциал использования технологии обработки МДО в микроэлектронике, в данной области, данная технология, не применяется. К примеру, можно создавать пластины, на которые нанесены через диэлектрические слои сверх яркие светодиоды, а сама пластина зачернена для эффективного отвода тепла от кристалла. Разработчиками проводились эксперименты по нанесению покрытий на сложные ребристые теплоотводы, эффективность работы которых увеличивалась в разы! Это позволяет существенно экономить, ведь эффективный теплоотвод можно сделать меньшей массы и размеров.

На рисунке 5, представлен внешний вид производственной установки.

Рисунок 5. Внешний вид производственной установки.

Установка достаточно простая и мало отличается от гидролизной ванны. Самое важное заключается в режимах обработки и составе электролита. Электролит не содержит тяжелых металлов, ионов хрома, сильных кислот и цианидов. Само производство вполне экологично. Использованный электролит легко утилизируется - ведь в нем практически не остается химических веществ. Все они переходят в материал керамики на поверхности металла, а сама керамика уже не представляет никакой опасности - ведь это спеченная структура, которая подверглась действию микродуг. При этом в начальный момент времени дуги не видны глазом. Яркое свечение возникает постепенно и становится видным, когда покрытие становиться достаточно толстым. Обрабатываемые детали ограничены лишь размером ванны. К примеру, ванны могут достигать до 2-х метров. Данная технология не требует много затрат по электроэнергии.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Суминов И.В., Белкин П.Н., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов А.М. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. М.: Техносфера, 2011. 464 с.

2. Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов А.М. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование). М.: ЭКОМЕТ, 2005. 368 с.

3. Жуков С.В., Кантаева О.А., Желтухин Р.В. и др. Исследование физико-механических свойств, структуры и фазового состава покрытий, полученных методом микродугового оксидирования. М.: Приборы, 2008. №4. С. 28-32.