Микродуговое оксидирование

В городском водохозяйстве МДО-покрытия нашли применение для защиты деталей водяных и погружных насосов (корпус, крыльчатка, крышка, ротор, статор и т.д.) и запорной арматуры водопроводных кранов - для защиты от износа и коррозии.

В медицинской промышленности возможным применением является изготовление неотторгаемой биокерамики на базе титана и циркония для имплантантов в стоматологии, искусственных суставов и позвонков, для костной реконструкции и т.п., а также в качестве тонких фильтров для плазмы крови.

В машиностроении в  качестве примеров использования можно  привести быстровращающиеся детали погружных водяных и вакуумных безмасляных насосов и компрессоров, а также высокопроизводительных измельчителей-дезинтеграторов, изготавливаемых из алюминиевых и титановых сплавов с последующим оксидированием взамен легированной стали, для работы в тяжелых триботехнических условиях, литейные формы и стержни высокого качества, облегченные дорны - оправки для формования изделий из стеклоткани с улучшенным сходом изделий. Помимо кратного увеличения износостойкости и наработки на отказ, использования алюминиевых сплавов с МДО-покрытиями существенно облегчает работу движущихся деталей (почти в 3 раза), что значительно улучшает динамические характеристики узлов.

Для инструментальной промышленности перспективны калибры (вместо твердосплавных) и притиры  из дуралюминов с износостойким МДО-покрытием, а также оксидированные диски из алюминиевых сплавов для заправки твердосплавного инструмента взамен алмазных.

В текстильной промышленности успешно применяются изготовленные  из алюминиевых сплавов с износостойкими МДО-покрытиями веретена для скручивания натуральной нити, втулки и тарелочки натяжных приборов, пары и крючки контрольно-очистительных приборов мотальных и тростильных машин, а также раскладочные ролики, требующие повышенной износостойкости, теплостойкости и определенной степени шероховатости при производстве лавсанового волокна.

В производстве строительных конструкций в качестве защитно-декоративных могут быть использованы цветные  светостойкие МДО-покрытия как для наружного, так и для внутреннего архитектурного оформления зданий и сооружений. Кроме того, МДО-покрытия, обладая соответствующей пористостью, как нельзя лучше подходят для последующего нанесения лака, краски, тефлона, изолирующего материала и др., т.е. в качестве грунта. Перечисленное может быть эффективно использовано при изготовлении приборных панелей.

Применение МДО-покрытий в производстве товаров бытового назначения также достаточно перспективно. Так, при нанесении их на подошвы утюгов из алюминиевого сплава, помимо декоративного эффекта, достигается повышение поверхностной твердости в 5-6 раз при снижении коэффициента трения приблизительно в 1,5 раза и улучшении антипригарных свойств. Декоративные МДО-покрытия на алюминиевых вязальных спицах и корпусах велосипедных насосов предотвращают их пачкающий эффект.

Многочисленные лабораторные, стендовые и натурные промышленные испытания вышеперечисленных изделий  с покрытиями в соответствующих  условиях эксплуатации показали их универсальную  многофункциональность и высокую  защитную способность, что позволяет  рекомендовать их к широкому применению в различных отраслях промышленности.  

Основные  достижения по направлению  МДО за последние  годы

Процесс микродугового оксидирования активно развивается на кафедре износостойкости машин и оборудования и технологии композиционных материалов под руководством проф. д.т.н. Малышева В.Н. за период с 2002 по настоящее время. Основным отличием процесса микродугового оксидирования является использование энергии электрических разрядов, мигрирующих по обрабатываемой поверхности, погруженной в электролит, которые оказывают специфическое термическое, плазмохимическое и гидродинамическое воздействие на металл основы, само покрытие и электролит, в результате чего формируются керамикоподобные покрытия с регулируемыми в широком диапазоне элементным и фазовым составом, структурой и свойствами. К другим технологическим отличиям можно отнести то, что процесс ведется при рабочих напряжениях на один-два порядка выше - до 1000 В, причем чаще используется не постоянный, а переменный и импульсный токи, а электролиты применяются не кислотные, а, в основном, слабощелочные.

К характерным особенностям процесса МДО можно также отнести  высокие температуры в разрядных  каналах и, как следствие, формирование высокотемпературных фаз в покрытиях (для алюминиевых сплавов это  твердый корунд a-Al₂O₃); деструкцию воды с образованием атомарного и ионизированного кислорода; локальное увеличение концентрации электролита и специфические плазмохимические реакции в зоне разряда; локальную последовательную переработку в разряде оксидов, формирующихся электрохимическим путем.

Основными преимуществами процесса МДО являются: отсутствие необходимости специальной предварительной  подготовки обрабатываемой поверхности; неагрессивность и экологичность электролитов; возможность получения толстых (до 300-400 мкм) покрытий без применения сложного и экологически опасного холодильного оборудования и; достижение уникально высокой твердости (до 2000-2500 кг/мм²) и износостойкости МДО-покрытий.

Структура и состав оксидных слоев, помимо природы обрабатываемого  металла и других менее значащих внутренних факторов, определяются внешними условиями их формирования и, прежде всего, составом электролита, компоненты которого могут входить в покрытие структурно, временем и задаваемыми источником технологического тока параметрами режима обработки, определяющими термические, временные и другие характеристики микроразрядов.

Многофункциональность МДО-покрытий способствует их применению в самых различных отраслях промышленности, причем номенклатура обрабатываемых деталей постоянно увеличивается.

За 2002-2007 годы на кафедре  выполнялись научно-исследовательские  работы по хозяйственным договорам  с ОАО «Газпром». В 2006-2007 гг. с НПО «Гелиймаш».

На основании проведенных  испытаний разработан технологический  регламент нанесения керамического  покрытия методом микродугового оксидирования на опытную партию рабочих колес турбодетандеров, который приведен в документе «Временный технологический регламент нанесения керамического покрытия методом микродугового оксидирования на опытную партию рабочих колес турбодетандеров».

Проведенные поисковые  исследования показали, что на деталях  турбодетандеров – рабочих колесах, выполненных из алюминиевого сплава АК-6, методом микродугового оксидирования возможно формировать высокоизносостойкое керамическое покрытие, отвечающее требованиям, предъявляемым к поверхности рабочих колес. При этом, наряду с хорошей адгезией покрытия к основе, которая обеспечивает отсутствие сколов его на острых углах рабочих поверхностей в условиях резкого перепада температур (рабочие температуры – температуры жидких газов), покрытие надежно защищает поверхность от кавитационного, эрозионного и других видов износа. Однако, следует отметить, что на данном этапе работа еще не завершена и требует дальнейшего продолжения. С цель получения оптимального по составу и толщине покрытия, обеспечивающего необходимые рабочие характеристики, необходимо проведение дальнейших исследований по выбору оптимального электролита, разработке технологического регламента.