CC BY
7ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
УДК 621.664:669.715
ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ ГИДРОКСИДА КАЛИЯ И МЕТАСИЛИКАТА НАТРИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ МДО-ПОКРЫТИЯ
В Н. Логачев
ФГБОУ ВО «Орловский Государственный Аграрный университет имени Н.В.
Парахина»
Аннотация. Представлены результаты исследований влияния содержания в электролите гидроксида калия и метасиликата натрия на микротвердость покрытий, сформированных микродуговым оксидированием (МДО) на пластически деформированных алюминиевых сплавах АО3-7 и АК-7ч, из которых изготавливают втулки и корпуса шестеренных насосов типа НШ-У. Результаты экспериментальных исследований показали, что, изменяя содержание компонентов в электролите и режимы МДО, микротвердость покрытий, сформированных способом МДО на пластически деформированных сплавах, можно варьировать в широких пределах. Что дает возможность использовать данные МДО-покрытия для упрочнения рабочих поверхностей деталей из алюминиевых сплавов, которые функционируют в различных условиях. В работе подобрано оптимальное содержание компонентов электролита и режимов МДО, при котором достигается максимальная микротвердость получаемых покрытий.
Ключевые слова: гидроксид калия, метасиликат натрия, микродуговое оксидирование, микротвердость покрытий, алюминиевый сплав, шестеренный насос.
Введение. В работе представлены результаты исследований влияния содержания гидроксида калия и метасиликата натрия на микротвердость МДО-покрытий, сформированных на пластически деформированных алюминиевых сплавах АО3-7 иАК-7ч.
Основная часть. Микротвердость МДО-покрытий, зависит от количественного содержания в них прочных высокотемпературных фаз оксидов алюминия а - А1203 и у -А1203 и оказывается одной из их важнейших характеристик. Увеличение концентрации КОН в составе электролите выше 3 г/л способствует уменьшению микротвердости упрочненного слоя МДО-покрытия (рисунок 1). Это связано с тем, что наличие в электролите избытка щелочи приводит к изменению состава и структуры коллоидных мицелл, которые являются исходными частицами для формирования покрытия [1, 2, 5].
ИМ. ГПа
16
Скон, г/п
1 3 5 7 9
Рисунок 1 - Влияние содержания КОН в электролите на микротвердость покрытия при ДТ=25 А/дм2; Т=2
ч; С№2БЮз=14 г/л; 1=20оС. Упрочняемый пластически деформированный сплав: 1 - АО3-7; 2 - АК7ч Увеличение содержания №2БЮз в электролите способствует уменьшению микротвердости получаемого покрытия (рисунок 2). Это связано с тем, что в его структуре покрытий начинают преобладать фазы муллита 3Л1 203х2БЮ2 и оксида кремния SiO2, что согласуется с исследованиями других авторов [1-5].
Им, ГПа
20 16 12 8 4
■ и- ,/1
_____ I— _ ^-----А
2/
С№гЗЮ„ Г/П
2 6 10 14 18
Рисунок 2 - Влияние содержания №2БЮ3 в электролите на микротвердость покрытия при ДТ=25 А/дм ; Т=2 ч; СКОН=3 г/л; 1=20оС. Упрочняемый пластически деформированный сплав: 1 - АО3-7; 2 - АК7ч
Им. ГПа
15
12
Внутренний
0 20 Sд
Упрочненый слой
Внешний
, 1
\ 2
8, МкМ
40
60
80
100 120
Рисунок 3 - Изменение микротвердости по толщине покрытия при ДТ=25 А/дм ; Т=2 ч; СКОН=3 г/л; С№ 2БЮз=14 г/л; 1=20оС. Упрочняемый пластически деформированный сплав: 1 - АО3-7; 2 - АК7ч
9
6
Экспериментальные исследования изменения величины плотности тока на значения микротвердости МДО-покрытий не проводились, так как в научных работах некоторых авторов [1-3, 5] отмечено, что с увеличением значений плотности тока микротвердость МДО-покрытий возрастает. Однако, поднятие плотности тока при оксидировании выше 30 А/дм приводит к переходу процесса в дуговой режим, что приводит к порче и последующему разрушению покрытия. Поэтому нами была выбрана плотность тока 25 А/дм , т. к. при этом значении МДО-покрытия формируются на поверхностях деталей с наибольшей скоростью и наименьшей продолжительностью.
Вид кривой изменения значений микротвердости по толщине МДО-покрытия для двух сплавов одинаков (рисунок 3) и различаются лишь абсолютными значениями. Из рисунка 3 видно, что область с наивысшими значениями Нц находится на глубине 20...30 мкм в зоне действительного размера образца (Бд). Остальная область покрытия, около 70.80% от всей толщины, имеет микротвердость Нц=10.. .12 ГПа в зависимости от марки упрочняемого пластически деформированного алюминиевого сплава. Микротвердость МДО-покрытий, полученных на режимах и составе электролита рекомендованных Коровиным А. Я., составляет 7,0.10,6 ГПа [5]. Покрытия, полученные на установленных нами рациональных режимах МДО и составе электролита, имеют большие значения микротвердости, чем покрытия, рекомендуемые в работе [5] и превосходят их на 15.30%. Причем, упрочненный слой покрытия на алюминиевом сплаве АО3-7 имеет более высокую микротвердость, чем на сплаве АК7ч, так как имеет в своем химическом составе меньший процент содержания кремния. Это, в тоже время, связано с образующимся фазовым составом покрытия, то есть, с количеством фаз а и у - А1203, которые и обуславливают большие значения микротвердости МДО-покрытий [1, 3-7].
Экспериментальные исследования показали, что, меняя содержание компонентов в электролите и плотность тока, микротвердость МДО-покрытий, полученных на пластически деформированных сплавах, можно варьировать в широких пределах. Что дает возможность использовать данные МДО-покрытия для упрочнения изношенных поверхностей деталей из алюминиевых сплавов, которые работают в различных условиях и сопряжениях.
Вывод. Проведенные исследования позволили установить рациональные режимы МДО и состав электролита для оксидирования пластически деформированных литейных и антифрикционных алюминиевых сплавов следующие: плотность тока - 25 А/дм , продолжительность оксидирования - 2 ч, температура электролита - 20°С, КОН - 3 г/л; Ма2БЮз - 14 г/л. Микротвердость покрытий полученных на данном режиме и составе электролит составляет на сплаве АК7ч - 10 ГПа, а на АО3-7 - 12 ГПа. Восстановление втулок и корпусов шестеренного насоса типа НШ-У пластическим деформированием с последующим упрочнением микродуговым оксидированием позволит в 2,0.2,5 раза увеличить ресурс отремонтированных шестеренных насосов по сравнению с новыми изделиями.
Список использованных источников
1. Восстановление и упрочнение деталей из алюминиевых сплавов микродуговым оксидированием: учеб. пособие / А.Н. Новиков, А.Н. Батищев, Ю.А. Кузнецов. А.В. Коломейченко. Орёл: ОрёлГАУ, 2001. - 99 с.
2. Восстановление деталей транспорта пластическим деформированием с упрочнением плазменным электролитическим оксидированием / Логачев В.Н., Алмосов
А.С. // Мир транспорта и технологических машин. 2016. № 4 (55). С. 3-8.
3. Комбинированный способ упрочнения и восстановления деталей механохимическим оксидированием с комбинированно статико-импульсной обработкой / Макаров И.Д., Кузнецов Ю.А., Селеменев М.Ф., Яковлев Д.Д. // В сборнике: Физика и современные технологии в АПК. материалы XI Всероссийской молодежной конференции молодых ученых, студентов и школьников с международным участием. Орел, 2020. - С. 450-454.
4. Микродуговое оксидирование как способ повышения ресурса деталей машин при их производстве или восстановлении / Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Титов Н.В., Кравченко И.Н. // Техника и оборудование для села. - 2014. - №4. - С. 30-35.
5. Технология восстановления и упрочнения деталей гидравлических шестеренных насосов типа НШ-У микродуговым оксидированием: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. Я. Коровин. - Орел: ОрёлГАУ, 2003. - 20 с.
6. Технологии восстановления и упрочнения деталей сельскохозяйственной техники микродуговым оксидированием. Учебное пособие / Коломейченко А.В., Титов
H.В., Логачев В.Н., Чернышев Н.С. - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2013. - 131 с.
7. Технологические аспекты определения температуры в металле при формировании покрытий методом гетерофазного переноса и микродугового оксидирования / Кузнецов Ю.А., Марков М.А., Кравченко И.Н., Красиков А.В., Величко С.А., Чумаков П.В., Кулаков К.В. // Электронная обработка материалов, 2021. - Т. 57. - №
I. - С. 70-74.
Логачев Владимир Николаевич, кандидат технических наук, доцент, доцент, Россия, г. Орел, ФГБОУ ВО «Орловский Государственный Аграрный университет имени
Н.В. Парахина», logvovan@mail.ru
INFLUENCE OF POTASSIUM AND SODIUM METASILICATE IN ELECTROLYTE HYDROC-SIDA ON MICRO-HARDNESS OF MDO COATING
Annotation. The results of studies of the effect of the content of potassium hydroxide and sodium metasilicate in the electrolyte on the microhardness of coatings formed by microarc oxidation (MAO) on plastically deformed aluminum alloys AO3-7 and AK-7ch, from which the sleeves and casings of gear pumps of the NSh type are made. -We. The results of experimental studies have shown that by changing the content of components in the electrolyte and MAO modes, the microhardness of coatings formed by the MAO method on plastically deformed alloys can be varied within wide limits. That makes it possible to apply these coatings to harden the working surfaces of parts made of aluminum alloys, which function in different conditions. In the work, the optimal content of electrolyte components and MAO modes was selected, at which the maximum microhardness of the resulting coatings is achieved.
Key words: potassium hydroxide, sodium metasilicate, micro-arc oxidation, microhardness of coatings, aluminum alloy, gear pump.
Logachev Vladimir Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences, dotsent, dotsent, Russia, Orel, FGBOU VO «Oryol State Agrarian University named after N.V. Parakhina»,
logvovan@mail.ru.
