CC BY
39УДК 544.653.2: 621.79
А. С. Андреев, А. А. Снежко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ, СФОРМИРОВАННЫХ НА ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ МИКРОДУГОВЫМ ОКСИДИРОВАНИЕМ
Обсуждаются составы электролита, используемые при микродуговом оксидировании титановых сплавов, и влияние концентрации составляющих электролита на структуру и эксплуатационные характеристики (пористость, твердость, толщину) покрытий, сформированных микродуговым оксидированием на титановых сплавах.
Микродуговое оксидирование (МДО) - это сравнительно новый вид поверхностной обработки и упрочнения главным образом металлических материалов, происходящий от традиционного анодирования и относящийся к электрохимическим процессам.
МДО-покрытие формируется двухслойно в результате протекания двух параллельных процессов: микродугового синтеза, осуществляемого за счет переноса вещества через каналы пробоя (твердый слой) и электрохимического анодирования на свободной от зарядов поверхности (преимущественно рентгеноаморфный слой с относительно невысокой твердостью) [1].
Практический аспект МДО достаточно изучен для формирования оксидных покрытий на алюминиевых сплавах. Интерес к созданию защитных покрытий на других вентильных металлах, в частности титана и сплавов на его основе, возник не так давно в связи с их ограниченным применением по сравнению с алюминиевыми сплавами из-за относительно высокой себестоимости.
Тем не менее создание защитных МДО-покрытий на титановых сплавах, широко применяемых в самолетостроении (обшивка, силовой набор, детали крепления, шасси, механизация крыла, пилоны, гидроцилиндры) и ракетостроении (твердотопливные и жидкостные ракетные двигатели, обшивки, корпуса пороховых двигателей, трубчатые конструкции стыковых отсеков), позволило бы повысить ресурс работы деталей в условиях экстремальных нагрузок [2].
Влияние состава электролита на качество оксидных покрытий до сих пор активно обсуждается, о чем свидетельствует большинство публикаций [1; 3-9]. Согласно литературным данным при микродуговом оксидировании титановых сплавов, в основном, используют растворы кислот [5] (от 20 г/л до 25 % Н3Р04), в которых получаются мелкопористые и тонкие покрытия, солевые (60 г/л №2НР04), силикатно-щелочные (30 г/л КОН; 50 г/л Ка2БЮ3), в которых формируются покрытия с меньшей пористостью, чем в кислотных [6] и комбинированные (25% Н3РО4 + Са^РО^О^) [5].
Фосфатные и кальцийфосфатные электролиты [5; 6], являющиеся дорогостоящими, применяются обычно для медицинских целей. Поэтому при формировании защитных (антифрикционных, коррозионностойких и т. д.) МДО-покрытий на титановых сплавах для промышленного применения целесообразно использовать электролиты другого состава, а именно силикатно-щелочные.
Ряд авторов [3; 7; 8] работают преимущественно с силикатным электролитом - раствором жидкого стекла. Данные, приведенные в работе [4], показывают, что с повышением жидкого стекла в электролите уменьшается объемная доля твердой фазы, а значит, снижается и твердость, что косвенно указывает на формирование покрытия преимущественно за счет ионной проводимости, а не микродугового синтеза [1].
В то же время, как утверждают авторы [9], которые использовали силикатно-щелочной электролит, с увеличением содержания БЮ32- (продукта диссоциации жидкого стекла при электролизе) уменьшается лишь время формовки, но даже значительное увеличение концентрации жидкого стекла в растворе мало повышает его проводимость. Повышение концентрации щелочи при фиксированном содержании силиката натрия, как и повышение обеих концентраций, приводит к уменьшению формовочного напряжения и длительности процесса, так как щелочь повышает проводимость электролита. Сокращение длительности процесса при высоком содержании жидкого стекла, связано с тем, что разряды перестают динамично перемещаться по оксидируемой поверхности и подолгу горят на одном месте, где в итоге возникают «нагары». При малой концентрации жидкого стекла этого не наблюдается. В случае большой концентрации щелочи отдельные участки покрытия оплавляются до стекловидного состояния, становится хрупкими и теряют адгезию. В местах «нагаров» и оплавлений покрытие отслаивается [7].
На основании данных ранних исследований [1] и литературных источников для создания качественного защитного покрытия на титановых спла-
Решетневские чтения
вах можно рекомендовать следующим состав электролита: 1 г/л щелочи, например, КОН и 10 г/л N828103.
Библиографический список
1. Гордиенко, П. С. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов / П. С. Гордиенко, С. В. Гнеденков. Владивосток : Дальнаука, 1997.
2. Голенкова, А. А. Совершенствование технологии формирования износостойких покрытий на алюминиевых сплавах микродуговым оксидированием : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.08 / А. А. Голенкова. Красноярск, 2006.
3. Черненко, В. И. О свойствах покрытий, полученных на алюминии и его сплавах из щелочных электролитов в искровом разряде / В. И. Черненко, А. Г. Крапивный, Л. А. Снежко. Киев, 1980.
4. Федоров, В. А. Формирование упрочненных поверхностных слоев методом микродугового оксидирования в различных электролитах и при изменении токовых режимов / В. А. Федоров, В. В. Бе-лозеров, Н. Д. Великосельская // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 1. С. 87-93.
5. Ботаева, Л. Б. Разработка технологии изготовления металлокерамических изделий для медицины на основе титана с оксидными и каль-цийфосфатными покрытиями : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.17.11 / Л. Б. Ботаева. Томск, 2005.
6. Мамаев, А. И. Адгезия и пластичность покрытий, полученных микроплазменным оксидированием титана / А. И. Мамаев, Т. И. Дорофеева,
B. А. Мамаева и др. // Технология металлов. 2008. № 3. С. 33-37.
7. Черненко, В. И. Электролиты для формовки керамических покрытий на алюминии в режиме искрового разряда / В. И. Черненко, Л. А. Снежко,
C. Б. Чернова // Защита металлов. 1984. Т. 20. № 3. С. 454-458.
8. Снежко, Л. А. Анодный процесс при формовке силикатных покрытий / Л. А. Снежко, С. Г. Павлюс, В. И. Черненко // Защита металлов. 1984. Т. 20. № 2. С. 292-295.
9. Слонова, А. И. О роли состава силикатного электролита в анодно-катодных микродуговых процессах / А. И. Слонова, О. П. Терлеева, Г. А. Марков // Защита металлов. 1997. Т. 33. № 2. С. 208-212.
A. S. Andreev, A. A. Snezhko Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
THE INFLUENCE OF ELECTROLYTE COMPOSITION ON THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF OXIDE COATINGS FORMED ON TITANIUM ALLOYS BY MICROARC OXIDATION
The paper is dedicated to the electrolyte composition and the influence of the electrolyte concentration components on the structure and operating characteristics (porosity, hardness, thickness) coatings formed on titanium alloys by microarc oxidation.
© Андреев А. С., Снежко А. А., 2009
УДК 658.512.24
Л. А. Бабкина, И. Я. Шестаков, А. С. Квасов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
О РЕЗУЛЬТАТАХ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВУМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ ПОЛИРОВАНИИ
Рассматривается задача моделирования двумерного электростатического поля при электрохимическом полировании на основе биполярного электрода. Проводится сравнительный анализ результатов численного моделирования в программном комплексе COSMOS/M и пакете математических вычислений Maple.
Электрохимическое полирование (ЭХП) широко применяется в производстве деталей летательных аппаратов и занимает ведущее место в доводочных операциях [1].
В прикладной электрохимии широко используется биполярный электрод (БПЭ), позволяю-
щий улучшить равномерность распределения тока по электроду. Биполярный метод электрохимической обработки применяется при полировке труб, снятии заусенцев, прошивке отверстий, в технологических процессах травления, обезжиривания и др. [2].
