5.10.Эксплуатационные свойства высокоресурсных комбинированных оксидных покрытий

5.10.1. Влияние сплошности гидрооксидной пленки на качество и ресурс ВиХМОП

С учетом сложности процессов, происходящих в зоне соударений при механическом воздействии, а также значений пор при формировании оксидного покрытия сделана попытка определить влияние виброволнового воздействия на плотность оксидной пленки и объем пор в покрытии.

Паличне пор играет большое значение не только при формировании покрытия, но и в дальнейшем, например при впитывании органических и неорганических материалов, адгезии лакокрасочных покрытий и др. Пористость тесно связана с адсорбционной способностью покрытия. Она также влияет на коррозионную стойкость покрытия.

Однако пористость не должна превышать определенный предел, выше которого уменьшаются защитные свойства пленки.

Пористость может меняться от 8 до 30% в зависимости от условий получения покрытия.

Пористость образуется в результате растворения пленки в оксидирующем растворе и зависит от рабочих условий и применяемого раствора. На пористость может влиять структура металлической поверхности. Пористость анодных покрытий уменьшается с уменьшением шероховатости поверхности. Термическая обработка тоже влияет на пористость покрытия. Покрытия на отожженных деталях более пористы, чем покрытия на закаленных алюминиевых сплавах.

Пористость оксидной пленки определялась на образцах из АД 0 после 5 и 20 минут обработки.

Плотность покрытия определялась по формуле

где Pnk - плотность покрытия, г/см³; m - масса единицы поверхности, г/см²; 5 - толщина покрытия (0,0005 см).

Масса единицы поверхности ВиХМОП на алюминиевых образцах, полученного за 20 минут обработки, составила 0,00122 г/см2 при толщине покрытия 5 мкм. Для сравнения, масса единицы поверхности покрытия, полученного в стационарной ванне за 20 минут оксидирования, равна 0,00118 г/см2 при той же толщине покрытия.

Расчет показал, что плотность ВиХМОП составляет 2,48 г/см3, а оксидной пленки, полученной в стационарной ванне, - 2,36 г/см3.

Определенная таким образом плотность покрытия не является плотностью чистого оксида, а представляет собой кажущуюся плотность, что обусловлено наличием в покрытии множества пор.

Объем пор вычислялся по кажущейся плотности из уравнения

I

где Un- объем пор, %; Р¹- плотность оксида без пор (2,8 г/см²).

В результате подстановки конкретных величин вычислены значения объема пор для оксидной пленки, полученной в условиях ВиХМО, равные 11⁰%. Для сравнения, в стационарной ванне - 16⁰%.

Таким образом, можно отметить, что виброволновое воздействие способствует уплотнению оксидной пленки, что в конечном итоге сказывается на повышении коррозионной стойкости покрытия. Подтверждающие этот вывод данные получены при изучении маслоемкости покрытия.

Вместе с тем, уплотнение пленки не ухудшает адсорбционную способность к красителям.

5.10.2.Маслоемкость ВиХМОП

Маслоемкость покрытия определяет ресурсные показатели покрытия находится в прямой зависимости от его пористости. Метод основан на определении количества масла, адсорбированного покрытием.

Определение маслоемкости производилось на образцах из листового алюминиевого сплава марки АД 016AM размером 30?40?l мм. Образцы с вибрационным химико-механическим оксидным покрытием взвешивались на аналитических весах в течение 20 минут в количестве 5 штук, погружались в цилиндровое масло №2, нагретое до температуры400 К, и выдерживались в нем до снижения температуры до293 К. Затем образцы извлекались, избыток масла удалялся фильтровальной бумагой и образцы вторично взвешивались.

Для сравнения аналогичным образом определялась маслоемкость оксидного покрытия, полученного в стационарной ванне. Маслоемкость (М), мг/мм², вычислялась по формуле

где m - масса образца после погружения в масло, мг; m 1 - масса образца до погружения в масло, мг; S - площадь поверхности образца, мм2 .

В результате эксперимента получены следующие данные: маслоемкость ВиМХОП составляет 0,014 мг/мм² (среднее значение из 5 измерений); маслоемкость оксидного покрытия, полученного в стационарной ванне - 0,017 мг/мм2. Этот эксперимент подтверждает снижение количества и объема пор в покрытии.

5.10.3.Микротвердость поверхностного слоя химико-механического оксидного покрытия

Исследования микротвердости ВиХМОП проводили на образцах из алюминия марки АДО. Микротвердость замеряли до обработки и после формирования ВиХМОП и сравнивали с покрытием, полученным в том же растворе в стационарной ванне. Замеры производились в отмеченной зоне на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор 10 г, а также Nanotest 600 platform 2.

Обработка образцов производилась при амплитуде колебаний A_a= 2 мм, частоте колебаний /=33,3 Гц, продолжительности т = 20 мин..

Замеры микротвердости поверхности образцов алюминия АДО на приборе ПМТ-3 показали следующие результаты:

- исходное состояние - 129 Н;

- ВиХМОП - 215 Н;

- традиционным методом - 194 Н.

Анализ полученных результатов показывает, что ВиХМОП сопровождается повышением микротвердости обработанной поверхности на 21 пункт. Повышение микротвердости поверхностного слоя в основном происходит за счет микротвердости оксидной пленки.

Исследование микро/нанотвердости вибрационного механохимического оксидного покрытия имело свою специфику. Опытными образцами являлись пластины из сплава АД 0 размером 10х 10 мм и толщиной 2 мм. Перед нанесением ВиМХОП поверхность образцов полировали до зеркального блеска.

Трехмерное изображение микроотпечатка исходной поверхности представлено на рис.5.53. На поверхности отчетливо виды отпечатки индентора и отсутствие покрытия на поверхности образца.

Рис.5.53. Трехмерное изображение микроотпечатка

На рис.5.54 показаны кривые нагружения и разгрузки и численные показатели твердости исходной поверхности.

Рис.5.54. Исходный образец - алюминиевый сплав АДО.Площадка 500-1000 нм;

твердость 1.65 GPa (кривая «нагружение - разгрузка»).

Интервал времени формирования ВиХМОП составлял 5, 15, и 20 мин. Этим создавались условия для получения морфологически развитого оксидного покрытия с различной толщиной.

После нанесения покрытия в течение 5 минут микротвердость выросла и составила 1,78 GPa. На трехмерном изображении шести микроотпечатков отчетливо видны формирующиеся структуры ВиХМОП в виде светло-желтых участков неправильной формы (рис.5.55, б).

^а)

б)

Рис. 5.55. Поверхность ВиХМОП на алюминиевом сплаве АДО (площадка 500-1000 нм).а -время 5 мин; твердость 1,78 GPa; б -трехмерное изображение

Увеличение времени формирования оксидного покрытия до 15 мин привело к увеличению толщины оксидной пленки и, соответственно, микротвердости до 2,

03 GPa (рис.5.56).

Рис.5.56. Поверхность ВиХМОП на алюминиевом сплаве АДО; площадка 500-1000 нм: а -время 10 мин; твердость 2,03 GPa; б - трехмерное изображение

Как видно на рис.5.57, при увеличении времени до 20 мин и достижении оксидного покрытия максимальной толщиной 5 мкм, твердость его выросла и составила 2,18 GPa.

Рис. 5.57. Поверхность ВиХМОП на алюминиевом сплаве АДО, площадка 500-1000 нм: а время20 мин; твердость 2,18 GPa; б -трехмерное изображение

Анализ полученных результатов показал, что микротвердость ВиХМОП выше, чем исходного образца (рис.5.58) на 0,54 GPa. При этом максимальный прирост составляет 0,25 GPa в промежутке времени между 5 и 15 мин обработки.

Рис.5.58.

На трехмерном изображении ВиХМОП отмечается небольшое изменение блеска поверхностного слоя. Блеск является весьма важной характеристикой защитно-декоративных оксидных покрытий. В связи с этим были проведены исследования блескообразования на поверхности оксидного покрытия.

Измерение блеска производилось на фотоэлектрическом блескомере ФБ-2, позволяющем измерять количество света, отраженного блестящей поверхностью. Образцы изготавливались из листового алюминиевого сплава марки АДО размером 70?50?l,0 мм.

Для сравнения был измерен блеск оксидного покрытия, полученного в стационарных условиях. Эталоном при измерении блеска служило увиолевое стекло. В результате эксперимента получены следующие данные;: блеск исходных образцов относительно увиолевого стекла - 6%; после обработки в шарах - 15%; после нанесения вибрационного химико-механического покрытия - 35% (рис.5.59). Блеск поверхности после оксидирования в стационарных условиях - 6 %.

Рис. 5.59. Внешний вид вибрационного химико-механического покрытия

Повышение блеска поверхности ВиХМОП свидетельствует о влиянии виброволновых процессов на измельчение зерен гидрооксида. Этому способствует циркуляция оксидирующего раствора, движение деталей, а также полирующая способность полиэтиленовы1х шаров.

В получении блестящих покрытий большое значение приобретает исключение из технологического цикла процесса травления, который всегда сопутствует оксидированию в стационарные ваннах.