Нанесение упрочняющих покрытий на изделия из вентильных металлов, Новосибирск

Принципы микродугового оксидирования (МДО) и термоэлектрохимического оксидирования (ТЭХО) состоят в электрохимическом окислении алюминия на поверхности детали с дальнейшей трансформацией полученного оксида при высоких температурах в кристаллическую α-фазу (корунд), обладающую высокой твердостью и прочностью.

При МДО на поверхности оксидируемой детали за счет электрического пробоя образуется множество небольших разрядов (микродуг, микроплазменных разрядов), в которых при температуре несколько тысяч градусов и происходит модификация структуры поверхности. По мере роста толщины покрытия разряды становятся реже, но мощнее. Процесс прекращается при возникновении опасности разрушения покрытия. После шлифовки покрытых поверхностей коэффициент трения «покрытие по покрытию» составляет 0,02-0,04.

Однако, даже идеально отшлифованная поверхность покрытия неоднородна, она состоит из участков с более высокой и менее высокой микротвердостью. При определенных условиях происходит сцепление твердых «зерен» одной поверхности с твердыми «зернами» другой (они проминают более мягкие участки), и коэффициент трения резко возрастает. Причина аномалии трения — разряды, создающие неоднородности микротвердости в покрытии.

Нами предложен режим ТЭХО, который является дальнейшим развитием МДО. Подбор электролитов и режимов оксидирования позволили перейти к процессу, когда разрядов практически нет, а оксидирование продолжается. Так как разрядов нет, в этом режиме удается наращивать твердое покрытие до значительной толщины без существенных неоднородностей по микротвердости. При качественной шлифовке коэффициент трения «покрытие по покрытию» не превышает 0,01. В качестве эффективной смазывающей и охлаждающей жидкости в таких парах трения может использоваться вода. По износостойкости получаемые покрытия превосходят твердые сорта стали. Их микротвердость по Виккерсу достигает 2500-3000 Hv.

Эти свойства позволяют изготавливать из таких сплавов пары трения различного назначения, превосходящие по ряду параметров традиционные стальные пары трения.

Технология расширяет сферу применения легких металлов благодаря новым свойствам, создаваемым покрытиями;

Существует мировая тенденция по переходу с тяжелых на легкие металлы для снижения веса продукции, энергопотребления, снижения выбросов СО2 и пр.;

Ужесточение требований по экологии стимулирует производителей к переходу на более «чистые» технологии

Возрастающие требования к технологичности производства и снижению занимаемых площадей.

Отсутствие необходимости специальной предварительной подготовки обрабатываемой поверхности;

Неагрессивность и экологичность электролитов;

Отработанный электролит может быть скорректирован;

Возможность покрытия деталей со сложной поверхностью;

Минимальное количество технологических операций.

Толщина износостойкого внутреннего слоя наносимого покрытия от 50 нм до 400 мкм;

Толщина наносимого покрытия с внешним теплозащитным слоем до 1000 мкм;

Максимальная микротвердость покрытия (для внутреннего слоя на алюминии) 3500 кг/мм2;

Коэффициент трения «покрытие по покрытию» (для алюминия после шлифовки внутреннего слоя покрытия) 0,01;

Пробойное напряжение слоя покрытия без пропитки до 3кВ;

Коррозионная стойкость покрытия для алюминия (при испытании в водно-соляном тумане при 35°С) не менее 10000ч;

Коррозионная стойкость покрытия для магния (при испытании в водно-соляном тумане при 35°С) не менее 3000ч;

Абсолютная радиационная стойкость;

Износостойкость, превосходящая износостойкость твердых сортов стали;

Термостойкость до температур 2000°С

Высокая теплопроводность: 10Вт/(м⋅К)

Отсутствие выделения вредных веществ при нагреве

Пары трения с низким коэффициентом трения, превосходящие по прочности традиционные стальные пары трения. В качестве смазывающей и охлаждающей жидкости в таких парах может использоваться вода (подшипники скольжения, пары «поршень цилиндр» двигателей, гидравлика с водой в качестве рабочей жидкости);

Детали, работающие в условиях воздействия абразивных материалов (турбины насосов, лопасти вентиляторов и т.д.);

Защита от коррозии деталей, работающих в агрессивных средах;

Электрическая изоляция проводов для обмоток трансформаторов, дросселей, электродвигателей;