Влияние технологических режимов микродугового оксидирования на пористость и коррозионную стойкость сплава системы Al-Mg-Sc

Введение. Алюминиевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, так как способны легко пассивироваться, образуя на своей поверхности оксидную пленку толщиной до 20 мкм [1–7]. Однако эксплуатация изделий ракетно-космической техники (РКТ) проходит в экстремальных условиях в присутствии агрессивных сред, поэтому с целью повышения коррозионной стойкости алюминиевых изделий их поверхность модифицируют защитными покрытиями, которые обеспечивают требуемые эксплуатационные характеристики. В ракетно-космической технике все более широко применяется алюминиевый сплав 01570, содержащий в своем химическом составе легирующий элемент скандий, который в растворах или парах солей имеет низкую коррозионную стойкость. На данном этапе развития предприятий данной отрасли актуальным направлением является применение современных методов нанесения защитных покрытий, к которым можно отнести микродуговое оксидирование (МДО). Это процесс модификации поверхности металла в высоковольтном режиме, находящегося в электролите, позволяющий получать многофункциональные покрытия с уникальными физико-механическими свойствами, толщиной более 100 мкм [3–9]. Проведенные ранее металлографические исследования выявили, что покрытия для металлов вентильной группы, полученные при различных режимах МДО-обработки, состоят из следующих слоев: тонкого переходного, прилегающего к металлу и основного рабочего с максимальной твердостью и минимальной пористостью. Тонкий слой обеспечивает высокую адгезионную прочность покрытия с основой, рабочий слой в основном состоит из смеси α-А1 2 О 3 , γ-А1 2 0 3 и наружного технологического, обогащенного алюмосиликатами [7]. Были определены количественные характеристики химического состава покрытия, сформированного на поверхностях образцов из сплава 01570, а также выявлено влияние технологических режимов процесса МДО на толщину оксидного слоя [10–12].

Экспериментальная часть. В данной работе формирование МДО-покрытия проводилось на образцах из алюминиевого сплава 01570 в силикатнощелочном электролите, при фиксированном значении времени оксидирования и плотности тока на установке ИАТ-Т. Регулируемым технологическим параметром процесса являлось значение соотношения катодной и анодной составляющих тока, которое варьировалось в диапазоне от 0,8 до 1,2.

В связи с тем, что коррозионная стойкость и физикомеханические характеристики покрытий являются основополагающими при использовании их в про- мышленности, определяющим исследованием является определение структуры поверхностных слоев покрытия, его пористости и коррозионной стойкости.

Проведенные ранее исследования МДО-покрытий алюминиевых сплавов показывают, что им присуще изменение структуры, с увеличением соотношения катодной и анодной составляющих тока с 0,8 до 1,2. Прослеживается изменение размера и количества пор: их становиться меньше, но их площадь увеличивается. Наличие катодной составляющей тока приводит к разогреву внутренней части покрытия и образованию в этой области высокотемпературных фаз оксидов и оплавлению поверхности слоя, что обеспечивает низкую пористость, повышение физико-механических характеристик и коррозионной стойкости формируемых оксидных структур [13–15].

Алюминиевым сплавам свойственна питтинговая коррозия, переходящая со временем в межкристаллитную. Во избежание проникновения активной коррозионной среды по сквозным порам МДО-покрытия до поверхности самого алюминиевого сплава необходимо получать покрытия с минимальной пористостью. Следовательно, чем меньшее число сквозных пор присутствует в покрытии, тем выше коррозионная стойкость изделия в целом. Для решения данной задачи требуется отработка технологических режимов процесса нанесения покрытий. Исследование пористости покрытий проводили с полученных микрофотографий морфологии при помощи программного обеспечения Siams 700, для чего с кадров микрофотографий морфологии полученных образцов производили визуальный подсчет пор «кратеров» методом выделения каждой области темного цвета на фоне общей светлой площади образца. В табл. 1–3 представлены результаты по динамике изменения пористости и зависимость от технологических режимов процесса МДО.

Для определения коррозионной стойкости сформированных покрытий проводились ускоренные лабораторные испытания согласно ГОСТ 9.308–85 (метод 9). Суть данного метода заключается в том, что процесс коррозионного разрушения искусственно ускоряется за счет чередования погружения образцов в условия, имитирующие морскую среду, с последующей сушкой при комнатной температуре. Испытания проводились в течение 336 часов. Образцы до и после коррозионных испытаний показаны на рис. 1, 2.

При визуальном осмотре образцов на поверхностях обнаружено отложение солей в виде кристаллов (рис. 2). Повреждений, связанных с воздействием коррозионной среды, не наблюдается. Покрытие сохранило свою целостность, что свидетельствует о его высокой коррозионной стойкости в условиях, имитирующих морскую среду.

В работе использовался количественный анализ с применением гравиметрического метода определения скорости коррозии, сущность которого заключается в измерении веса образца до проведения испытаний и после удаления продуктов коррозии. По полученным значениям масс образцов проводили расчет глубинного показателя коррозии. Из расчетов скорости коррозии определено, что с увеличением соотношения составляющих тока от 0,8 до 1,2 скорость коррозии снижается, защитные свойства повышаются. Зависимость изменения скорости коррозии от соотношения катодной и анодной составляющих тока представлена на рис. 3.

Таблица 1

Пористость МДО-покрытий на сплаве 01570 Ik/Iа = 0,8

	Число пор	Минимальное значение, мкм2	Максимальное значение, мкм2	Среднее значение, мкм2
Площадь	1509	0,26	487,61	20,99
Периметр	1509	1,43	308,22	21,57

Таблица 2

Пористость МДО-покрытий на сплаве 01570 Ik / Iа = 1

	Число пор	Минимальное значение, мкм2	Максимальное значение, мкм2	Среднее значение, мкм2
Площадь	1484	0,30	344	13,09
Периметр	1484	1,55	209,5	14,90

Таблица 3

Пористость МДО-покрытий на сплаве 01570 Ik / Iа = 1,2

	Число пор	Минимальное значение, мкм2	Максимальное значение, мкм2	Среднее значение, мкм2
Площадь	1357	0,28	700,59	14,49
Периметр	1357	1,51	432,4	16,10

Рис. 1. Образцы сплава 01570 с МДО-покрытием до проведения коррозионных испытаний

Рис. 2. Образцы сплава 01570 с МДО-покрытием после коррозионных испытаний

Рис. 3. Зависимость скорости коррозии МДО-покрытий на сплаве 01570 от соотношения катодной и анодной составляющих тока

Покрытия, полученные на алюминиевом сплаве 01570, относятся к группе совершенно стойких в условиях, имитирующих морскую среду. Оценка покрытий по отношению к группам коррозионной стойкости осуществлялась по результатам расчета глубинного показателя коррозии согласно ГОСТ 5275–68 [16].

Заключение. В ходе проведения экспериментальных исследований установлено:

– для достижения минимальной пористости и высокой коррозионной стойкости покрытия вести процесс МДО целесообразнее при соотношении катодной и анодной составляющих тока Ik/Iа от 1 до 1,2;

– МДО-покрытия, формируемые на сплаве 01570, обладают высокими защитными характеристиками от воздействия агрессивных сред.

Применение технологии микродугового оксидирования для получения покрытий на сплаве 01570 с высокими антикоррозионными свойствами актуально для предприятий оборонно-промышленного комплекса, изготавливающих изделия, эксплуатируемые в экстремальных условиях.