Микродуговое оксидирование алюминия

Микродуговое оксидирование

Микродуговое оксидирование (МДО) –метод получения многофункциональныхоксидных слоев. Микродуговое оксидированиеберет свое начало от традиционногоанодирования. Позволяет наносить слоис высокими защитными, коррозионными,теплостойкими, изоляционными, декоративными свойствами. По внешнему виду покрытие,полученное микродуговым способом, оченьнапоминает керамику.

Сейчас это один из самых перспективныхи востребованных способов нанесенияоксидных слоев, т.к. позволяет наноситьсверхпрочные покрытия с уникальнымихарактеристиками.

Процесс микродугового оксидированияведется, в большинстве случаев, вслабощелочных электролитах при подачеимпульсного либо переменного тока.Перед нанесением покрытия не требуетсяособой подготовки поверхности.

Особенностью процесса является то, чтоиспользуется энергия от электрических микроразрядов, которые хаотичнопередвигаются по обрабатываемойповерхности. Эти микроразряды оказываютна покрытие и электролит плазмохимическоеи термическое воздействие.

Оксидныйслой приблизительно на 70 % формируетсявглубь основного металла. Только 30 %покрытия находится полностью снаружиизделия.

Толщина покрытий, полученных микродуговымспособом, составляет около 200 – 250 мкм(достаточно толстое). Температура электролита может колебаться от 15 до400 °С, и это не оказывает на процессособого влияния.

Рассеивающая способность используемыхэлектролитов высока, что позволяетполучать покрытия даже на сложнорельефныхдеталях.

Микродуговое оксидирование применяетсядля формирования покрытий в основном на магниевых и алюминиевых сплавах.

Оксидирование алюминия и алюминиевых сплавов

Для эффективной защиты алюминия откоррозии наилучшим способом являетсясоздание на его поверхности оксидныхслоев. Для этого применяют:

химическое,

электрохимическое либо

микродуговое оксидирование.

Анодирование (анодное оксидирование) алюминия

Покрытие может применяться каксамостоятельная защита от атмосфернойкоррозии алюминия и его сплавов, илиже, как основа под покраску. Оксиднаяпленка легок растворима в щелочах, нообладает достаточно высокой стойкостьюв некоторым минеральным кислотам иводе.

Состав защитного слоя на алюминии:

аморфный оксид алюминия,

кристаллическая γ-модификация Al2O3.

Твердость оксидного слоя: на техническомалюминии — порядка 5000 – 6000 МПа, на сплавахалюминиевых от 2000 до 5000 МПа.

Слои, полученные методом оксидировании,отличаются хорошими электроизоляционнымисвойствами. Удельное электросопротивлениесоставляет 1014 – 1015 Ом·м.

Анодированием можно получать на алюминиислои с различными заранее заданнымисвойствами. Можно получать твердые имягкие защитные слои, безпористые,пористые, эластичные, хрупкие. Различныесвойства получают при варьированиисоставом электролита и режимамиэлектролиза.

При оксидировании алюминия в нейтральныхили кислых электролитах (в большинстверастворов) поверхность алюминия почтимоментально покрывается толстым слоемоксидов.

При электрохимическом оксидировании сначала образуется тонкий слой окислов,а потом кислород, проникает сквозь этотслой, упрочняя и утолщая его. Окисныйслой достигает толщины около 0,01 – 0,1мкм и прекращает свой рост. Этот слойназывается барьерным. Для продолженияроста окислов необходимо увеличитьнапряжение на ванне.

Некоторые электролиты способны растворятьоксид алюминия. Если электролит нерастворяет оксидную пленку – онадостигает толщины, отвечающей заданномунапряжению. Это около 1 — 2 мкм. Такиепленки используются при производствеэлектрических конденсаторов, т.к. онине имеют пор, обладают хорошимиэлектроизоляционными свойствами.

— растворения пленки под воздействиемэлектролита;

— электрохимического окисления металлау основания пор.

Если скорость окисления алюминия вышескорости растворения окислов, топроисходит утолщение окисного слоя. Вначале процесса оксидирования скоростьокисления больше, скорости растворения,но с течением процесса увеличиваетсяскорость растворения оксидов. Ростпленки прекращается, когда эти двескорости уравниваются.

Толщина оксидной пленки, полученнойпри анодировании алюминия, зависит отрастворяющей способности электролита.А она, в свою очередь, определяетсяконцентрацией кислоты, температурой идругими факторами.

Толщина оксидного покрытия зависиттакже от состава алюминия и его сплавов.Химически чистый алюминий легчеанодировать, чем его сплавы. С увеличениев составе сплава различных добавоктруднее получить пленки с хорошимихарактеристиками.

На алюминиевыхсплавах, содержащих марганец, медь,железо, магний, покрытие получаетсяшероховатым, неровным.

Это объясняетсявысокой скоростью растворенияинтерметаллических соединений, в видекоторых эти металлы присутствуют валюминиевом сплаве.

Оксидные пленки на алюминии, полученныеметодом анодирования, состоят из двухслоев: первый слой, на границе с металлом,беспористый барьерный в толщину от 0,01до 0,1 мкм; второй слой пористый и достаточнотолстый (от 1 мкм до нескольких сотенмкм.). Рост окисного слоя происходит засчет утолщения внешнего слоя.

Источник: https://StudFiles.net/preview/6811900/page:2/

Перспективы использования высоковольтного электрохимического оксидирования алюминия

Электрохимическое оксидирование или анодирование – процесс нанесение оксидной пленки на поверхность металлов, сплавов, полупроводников. Пленка защищает изделие от коррозии, обладает электроизоляционными свойствами, служит хорошим основанием для лакокрасочных покрытий, используется в декоративных целях.

Оксидная пленка может быть выращена на различных металлах: алюминии, ниобии, тантале, титане, цирконии и т.д. Для каждого из этих металлов существуют свои условия проведения процесса. Толщина и свойства пленки зависят от конкретного металла.

Алюминий уникален в своем роде, так как в дополнение к тонкому оксидному слою, сплавы алюминия в определенных кислотных электролитах образуют толстые оксидные пленки, имеющие высокопористую структуру.

Большинство существующих технологий используют при оксидировании алюминия и его сплавов постоянный или импульсный ток с длительностью импульса в несколько миллисекунд. Данные процессы позволяют формировать пленки оксида алюминия толщиной в 20 мкм приблизительно за 60 мин [1, 2].

Наиболее популярным и широко исследуемым методом оксидирования является микродуговое оксидирование (МДО) [3, 4]. МДО можно проводить на постоянном и переменном токах.

На постоянном токе необходимо повышать напряжение с течением времени, так как в зону разряда не привносятся дополнительные электроны, но по этой же причине процесс МДО, осуществляемый на постоянном токе занимает более длительное время.

Основными недостатками МДО являются:

• высокое энергопотребление, так как при получении толстых покрытий применяется либо большая плотность переменного тока, либо увеличенная длительность процесса, что значительно снижает экономическую эффективность данного метода;
• сложность получения гладких и равномерных, с требуемыми толщиной и функциональными свойствами, покрытий на всю или заданную поверхность изделий сложной геометрической формы.

В последнее время всё чаще рекомендуется использовать при анодировании импульсную подачу тока [6]. Подобная схема дает особые преимущества в случаях, когда требуется использование тока высокой плотности или при обработке сплавов с высоким содержанием меди.

Покрытия, полученные при анодировании с использованием импульсного тока, обладают повышенной коррозийной стойкостью и сопротивлением истиранию. На практике подобные источники тока позволяют применять ток большей плотности без риска разрушения формируемого оксидного слоя.

Разрушение в данном случае означает неконтролируемый разрыв, возникновение микродуг, и растворение покрытия, вызванное высокой локальной температурой электролита и большим электрическим током, и может представлять большую проблему при осуществлении таких процессов, как твёрдое анодирование. Разрушение происходит тогда, когда становится возможным локализованное нагревание.

Оно начинается, когда напряжение элемента достигает критического значения, которое зависит от типа, состава и температуры электролита. Пороговая толщина плёнки и время анодирования, при которых происходит разрушение, снижаются при использовании тока более высокой плотности [7].

Экспериментальные результаты

Нами разработаны технология и источник питания предназначенные для проведения высоковольтного электрохимического оксидирования при импульсно-периодическом напряжении 200–500 В. Частота следования импульсов длительностью 1–3 мс составляет 100–300 Гц.

Это позволяет получать твердые, износостойкие пленки оксида алюминия толщиной до 70 мкм. Следует заметить, что высокое напряжение за счет импульсной подачи энергии не приводит к возникновению разрушения покрытия, как это происходит при использовании иных технологий, а также обеспечивает подавление возникновения микродуг.

В таблице приведены сравнительные характеристики наиболее популярных методов оксидирования.

Таблица. Сравнение свойств оксидированного алюминия в зависимости от метода получения

Высоковольтное электрохимическое оксидирование (ВВЭО)	МДО	Твердое анодирование	Электрохимическое оксидирование
Максимальная толщина покрытия, мкм	70	200	60	50
Время обработки, мин	90	120	120	120
Микротвердость, ГПа	8	21	4,6	3,6
Коррозионная стойкость, ч	1200	2000	1000	500
Энергозатраты, кВт/ч	0,26	4,6	0,3	0,12

Использование высокого анодного импульсного напряжения при формировании оксидного слоя позволяет получить пленки микротвердостью более 8 ГПа, с пробивным напряжением до 2500 В. Скорость роста пленки составляет 1–1.5 мкм/мин.

Кроме того, повышенное напряжение формирования оксидной пленки приводит к уменьшению размера и количества пор в покрытии, что позволяет достигнуть коэффициента теплопроводности оксида алюминия 3.5 Вт/м·К.

На рисунке представлена морфология поверхности оксидных пленок полученных различными методами.

Морфология поверхности оксидированного алюминия, полученного методами ВВЭО (а), электрохимического оксидирования (б) и МДО (в)

Как видно из рисунка, поверхность алюмооксидной керамики, сформированной методом ВВЭО, характеризуется глобулярной плотной структурой с малым количеством пор и низкой шероховатостью (0.1–0.3 мкм).

На поверхности присутствуют микронеровности различной природы, при этом поверхность равномерная, без провалов и выступов. Поры в покрытии расположенные хаотично, не образуют четко выраженную матрицу. Размеры пор от 3 до 10 нм, расстояние между порами от 5 нм до 1 мкм.

При формировании методом МДО поверхность получается более шероховатая с порами диаметром до 3 мкм.

Заключение

Таким образом, разработанный метод высоковольтного электрохимического оксидирования можно эффективно использовать для формирования оксидных слоев толщиной до 70 мкм с пробивным напряжением до 2500 В на поверхности алюминия и его сплавов.

Показано, что шероховатость оксидированных слоев составляет 0.1–0.3 мкм, микротвердость превышает 8 ГПа, а теплопроводность достигает 3.5 Вт/м·К.

Метод ВВЭО обеспечивает высокие физико-механические свойства оксидных пленок и характеризуется низким энергопотреблением, что делает его конкурентно способным среди других методов оксидирования алюминия.

Список литературы

1. Богрякова Е.В., Федорова Е.А. Сравнительный анализ оксидных покрытий на сплаве Д16  при микродуговом и электрохимическом оксидировании // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – 2007. –Т. 50, вып. 11. – С. 120–122.
2. Juhl A. Deacon, Burfelt K. and Weldingh P. // Pulse Anodizing in an Existing Anodizing Line. – AAC, Atlanta. – 2004.
3. Ракоч А.Г., Бардин И.В.

   Микродуговое оксидирование легких сплавов // Металлургия. – 2010. – № 6. – С. 58-61.

4. Гордиенко П.С. О кинетике образования МДО-покрытий на сплавах алюминия/  3ащита металлов // 1990. – Т. 6, № 3. – С. 467-470.
5. Ракоч А.Г., Хохлов В.В., Баутин В.А. и др. Модельные представления о механизме микродугового оксидирования металлических материалов и управление этим процессом // Защита металлов. – 2006. –Т. 42, № 2. – С.

    173–184.

6. Lee Woo, Scholz Roland, Gosele Ulrich. A Continuous Process for Structurally Well-Defined Al2O3 Nanotubes Pulse Anodization of Aluminum // Nano letters. – 2008. – V. 8, № 8, – P. 2155-2160.
7. Паршуто А.А., Багаев С.И., Паршуто А.Э. и др.. // VI междунар. науч.-техн. конф. «Современные методы и технологии создания и обработки материалов». – Минск, 2011. – Кн. 2. – С 294-298.

С.И. Багаев, А. А.

Паршуто, С.Е. Сергеенко, И.П. Смягликов

Источник: http://plasmacraft.ru/perspektivy-ispolzovaniya-vysokovoltnogo-elektrohimicheskogo-oksidirovaniya-alyuminiya

Микродуговое оксидирование алюминия в домашних условиях

Технология микродугового оксидирования в части технологических преимуществ позволяет получать покрытие с широким спектром применения и наносить покрытие, как на новые изделия, так и для восстановления покрытий после износа, сокращает время нанесения покрытия, позволяет использовать меньшее количество оборудования, меньшее количество производственных площадей и экономит расход воды. Метод микродугового оксидирования позволяет сформировать покрытия, обладающие разнообразными функциональными свойствами, такие как коррозионностойкие, износостойкие, термостойкие, электроизоляционные, защитные и защитно-декоративные. Такая многофункциональность покрытий позволяет применять их в самых разнообразных отраслях промышленности.

Особенности технологии производства

Микродуговое оксидирование – это электрохимический процесс модификации (окисления) поверхности вентильных металлов и их сплавов (например, сплавы Al, Mg, Ti и др.) в электролитной плазме с целью получения оксидных слоев (покрытий).

Процесс этот берет свое начало от анодирования, однако проводится при большем напряжении, за счет чего происходят микродуговые разряды в точках пробоя барьерного слоя на поверхности.

В области пробоя резко повышаются температура и давление, часть металла переходит в раствор, где присутствует в виде ионов.

Другая часть расплавленного металла взаимодействует с компонентами электролита и формирует МДО-покрытие. Благодаря этому покрытие формируется не только на поверхности, но и вовнутрь изделия.

Помимо этого, высокие температуры в зоне пробоя приводят к формированию градиентного переходного слоя на границе металл-покрытие.

Этот слой обеспечивает прочное сцепление МДО-покрытия с подложкой, что в свою очередь обеспечивает адгезию полимерных покрытий наносимых на поверхность детали.

Технология МДО реализуется на оборудовании аналогичном гальваническому оборудованию. Аппаратурное оформление для МДО ближе всего к процессу анодирования алюминия. Их принципиальные различия состоят в используемых источниках питания и электролитах, являющихся собственными разработками. Это отличает технологию не только от анодирования и гальваники как таковой, но и от МДО реализуемого на других предприятиях.

Технические характеристики

Основными техническими характеристиками МДО-технологии являются:

• высокая производительность;
• применение надежных источников питания, позволяющих получать покрытие за более короткое время и с меньшими энергозатратами (0,12 кВт/м2 по сравнению с МДО других организаций);
• возможность покрытия сложнопрофильных деталей;
• возможность получения покрытия различного функционального назначения;
• высокая скорость формирования покрытия – от 1 до 1,5 мкм/мин;
• экологическая безопасность.

Потребительские свойства

Можно сравнивать технологию микродугового оксидирования с процессом анодирования, так как начальная стадия микроплазменного процесса в растворах протекает примерно по схожему механизму.

Однако возникновение микроплазменных разрядов после образования оксидной барьерной пленки приводит к резкому увеличению скорости процесса формирования покрытия, что является важным аргументом в пользу МДО, в плане производительности.

Скорость нанесения покрытия в нашем случае превосходит скорость нанесения при анодировании.

МДО-технология также отличается от МДО-технологий других компаний. Практически все участники рынка МДО-технологий предлагают покрытия, которые требуют дополнительной механической обработки после МДО-процесса, что также увеличивает стоимость конечного продукта – покрытия.

Применение ИП, разработанных нашими специалистами позволяют получать покрытия, которые имеют широкое применение – от подслоя под полимерные материалы до износостойких и коррозионностойких, работающих при высоких механических нагрузках (в узлах трениях при скоростях вращения до 60000 об-1) и температурах (до 320°С).

Таким образом, процесс микродугового оксидирования имеет существенные преимущества: отсутствие предварительной обработки, высокая скорость нанесения покрытий, безопасность применяемых слабощелочных растворов электролитов, варьируемая толщина покрытия, возможность нанесения на сложнопрофильные изделия.

• КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ – декоративная отделка и защита от износа, коррозии элементов катеров, яхт, водных мотоциклов, лодок и др.
• АВТО-МОТО ТЮНИНГ – декоративная отделка и защита от износа, коррозии деталей из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов.
• МАШИНОСТРОЕНИЕ – пары трения, подшипники скольжения, зубчатые передачи, поршни, цилиндры, торцевые уплотнения для двигателей внутреннего сгорания, станков и машин различного назначения в судостроении, авиационной промышленности, детали для сельскохозяйственной техники
• МЕДИЦИНА – защита хирургических эндопротезов

• возможность создания сверхпрочных покрытий, уступающих по прочности только алмазам
• возможность нанесения покрытий на внешних и внутренних поверхностях деталей любой конфигурации
• возможность получения разных цветов покрытий без дополнительной покраски
• отсутствие необходимости в предварительной обработке поверхностей
• высокое сопротивление коррозионной усталости (высокий предел выносливости).

Технические характеристики МДО покрытий на сплавах

Характеристика	Алюминиевые сплавы	Магниевые сплавы
Толщина покрытия	10-300 мкм	10-300 мкм
Микротвердость	800-1950 HV	650-950
Коэффициент трения	0,01-0,02	0,01-0,02
Напряжение пробоя	до 4500 В	600 В

Структура МДО покрытий на а) алюминиевых (АД31) и б) магниевых (МЛ5) сплавах.

Свойства покрытий достигаются за счет формирования на поверхности изделий керамических оксидных пленок, в частности –  Al2O3 (корунд), позволяющих многократно повысить износостойкость и коррозионную стойкость деталей, придав им красивый декоративный вид.

Сплав	Цвет покрытия
Цвет покрытия, обусловленный самим сплавом
Д16	чёрный, коричневый
В95	розовый
АМг5	бежевый
Алюминиевый сплав с титаном	голубой
МЛ5	бежевый, серый
АК12	серый
Цвета покрытий, получаемые на любом сплаве
1. бурый
2. черный
3. коричневый
4. синий
5. белый

Условия оплаты:

• 50 % – аванс;
• 20 % – после извещения о готовности оборудования к отправке и принятия ее заводских испытаний на площадке Изготовителя;
• 20 % – после поставки оборудования на склад предприятия Заказчика;
• 10 % – после ввода оборудования в эксплуатацию.

Сроки:

• сроки изготовления оборудования – 6 месяцев с момента получения авансового платежа;
• сроки поставки – 4 недели;
• сроки монтажа – 3 недели.

По согласованию с Заказчиком могут быть установлены иные сроки и условия оплаты.

Источник: https://respect-kovka.com/mikrodugovoe-oksidirovanie-alyuminiya-v-domashnih-usloviyah/

Анодирование алюминия — способы выполнения технологии

Анодирование алюминия (анодное оксидирование) – это процесс, в результате которого на поверхности металла образуется оксидное покрытие.

Основная задача оксидного покрытия – защитить поверхность алюминия от окисления, возникающего из-за взаимодействия этого металла с воздухом.

Анодирование призвано не уничтожать пленку, образовавшуюся при окислении (она выполняет защитную функцию), а сделать ее более прочной. В этом отношении анодирование похоже на такой метод, как воронение окислением.

Технология анодного оксидирования используется для укрепления не только алюминия и его сплавов, но и других металлов. К примеру, оксидные покрытия используются для защиты титана и магния.

Помимо укрепления поверхностного слоя, анодирование преследует следующие цели:

• сглаживание различных дефектов поверхности (сколов, царапин и т.п.);
• повышение адгезивных качеств материала (краска значительно лучше сцепляется с оксидной пленкой, чем с голым металлом);
• улучшение внешнего вида металла;
• придание металлу различных декоративных эффектов (к примеру, можно создать имитацию золота, серебра, жемчуга).

Технология анодирования

Процесс анодирования можно разделить на три части:

• подготовительный процесс;
• химическую обработку;
• закрепление.

Источник: https://ccm-msk.com/mikrodugovoe-oksidirovanie-alyuminiya-v-domashnih-usloviyah/

Технология микродугового оксидирования (МДО-покрытия) и покрытия на ее основе

Технология микродугового оксидирования в части технологических преимуществ позволяет получать покрытие с широким спектром применения и наносить покрытие, как на новые изделия, так и для восстановления покрытий после износа, сокращает время нанесения покрытия, позволяет использовать меньшее количество оборудования, меньшее количество производственных площадей и экономит расход воды. Метод микродугового оксидирования позволяет сформировать покрытия, обладающие разнообразными функциональными свойствами, такие как коррозионностойкие, износостойкие, термостойкие, электроизоляционные, защитные и защитно-декоративные. Такая многофункциональность покрытий позволяет применять их в самых разнообразных отраслях промышленности.