Анализ электролитов применяемых в технологии микродугового оксидирования

Процесс микродугового оксидирования ведется в слабощелочных электролитах при подаче импульсного или переменного тока. Перед нанесением покрытия не требуется трудоемкой подготовки поверхности [1]. Особенность процесса состоит в использовании энергии электрических микроразрядов, которые беспорядочно перемещаются по оксидируемой поверхности. Микроразряды оказывают на покрытие и электролит плазмохимическое и термическое воздействие. Экспериментально установлено, что оксидный слой на 70 % формируется вглубь подложки металла, а остальные 30 % покрытия находятся на поверхности изделия.

Толщина покрытий, полученных МДО-методом может достигать до 250 мкм. Температура электролита при нанесении покрытия находится в интервале от 15 до 400°С, она не оказывает сильного влияния на протекание процесса [2].

При выборе вида и состава электролита для создания покрытий на деталях методом микродугового оксидирования (МДО) необходимо учитывать следующие требования:

• –    Электролит должен обеспечивать возможность получения на деталях покрытий с требуемыми и стабильными физико-механическими свойствами;

• –    Свойства получаемых покрытий должны находиться в строгом соответствии с заданными режимами электролиза и варьироваться в широких пределах;

• –    Получение покрытия должно быть максимально производительным;

• –    Электролит должен быть экологически безопасным;

• –    Применяемые для приготовления электролита материалы должны быть не дорогими и недефицитными;

• –    Способы контроля и корректировки состава электролита должны быть просты и эффективны.

Выделяют четыре основных группы электролита для МДО-процесса [3]:

–Растворы, в которых упрочненный слой образуется за счет окисления металла (растворы кислот и щелочей);

• -    Растворы, в которых покрытие создается за счет анионов электролита (растворы жидкого стекла);

• -    Растворы, в которых покрытие формируется за счет окисления металла и за счет анионов электролита (смеси растворов первого и второго типов);

• -    Растворы, содержащие мелкодисперсные частицы.

В электролитах первой группы покрытие формируется за счет протекания процесса окисления алюминия. В электролитах второй и третьей групп происходит не только окисление алюминия, но и включение в состав покрытия вещества из электролита. В электролитах четвертой группы покрытие формируется в основном из материала, присутствующего в них в виде мелкодисперсных частиц Ввиду того, что процесс протекает в условиях искрового разряда на поверхности оксидируемой детали при локальных температурах в зоне реакции от 260°С до 750°С, мелкодисперсные частицы, находящиеся в электролите в виде порошков, сплавляются с другими компонентами покрытия, образуя прочный композит аналогичный керамическому покрытию. Применение электролитов этой группы позволяет формировать покрытия оксида алюминия, оксида титана и других материалов [4].

Составы наиболее распространенных электролитов, используемых в МДО-процессе, формируемые в них толщины и назначения покрытий представлены в таблице 1 [4].

Таблица 1 – Состав электролитов, формируемые в них толщины покрытий и назначения покрытий [4]

В настоящее время наибольшее применение получили электролиты первой группы. Одним из самых простых и признанных электролитов этой группы стал раствор гидроксида калия, который дает возможность получать качественные, отвечающие высоким требованиям покрытия. Так же применяются растворы некоторых кислот (серная, фосфорная, щавелевая, лимонная и др.), наибольшее применение нашла серная кислота. Её используют в концентрированном виде, в связи с тем, что разбавленная кислота не способна пассивировать покрытия из алюминия.

При использовании электролитов первой группы геометрические размеры обрабатываемых деталей изменяются незначительно. Упрочненный слой формируется с внутренней стороны, то есть на границе раздела "металл-пленка" [4]. В этом случае покрытие углубляется в металл, а наружный действительный размер детали меняется в пределах 10 % от толщины сформированной пленки на величину внешнего слоя покрытия, который при последующей окончательной механической обработке полностью убирается.

Электролиты 2-ой и 3-ей группы образовывают покрытия за счет катионов раствора, к ним относятся растворы силикатов щелочных металлов.

При использовании электролитов 4-ой группы формируются толстослойные покрытия (до 400 мкм). Однако данным покрытиям, свойственна низкая адгезионная прочность и износостойкость.