Захист металів від корозії. Характеристика та властивості покриттів (стр. 3 из 3)

ПЕРЕВАГА МЕТОДУ ЕЛЕКТРОДУГОВОГО ОКСИДУВАННЯ ПОКРИТТІВ.

Метод електролітичного окислення тонких плівок цирконію дозволяє використовувати високі адгезійні властивості металу до підкладок з різних матеріалів в поєднанні з іншими перевагами процесу електрохімічного анодування. Характерною особливістю цього процесу є високий рівень контролю електричних параметрів (струму або напруги), властивостей електроліту, тривалості анодування. Все це призводить до можливості отримання плівок, однорідних за структурою та фізичним властивостям.

Перевагою методу електродугового оксидування є висока адгезійна міцність синтезованих покриттів в порівнянні з іншими методами нанесення покрить. Наприклад, для покрить, нанесених методом напилення величина механічного зчеплення залежить від морфології поверхні, тобто конфігурації, розміру та густини виступів і впадин. Однак, як показують дослідження, величина сил механічного зчеплення невелика і складає не більше 3-5 МПа. Тоді як при електродуговому оксидуванні покриття утворюється за рахунок хімічної взаємодії електроліту з металом (Zr), тобто відбувається так би мовити нарощування оксидокерамічного покриття, товщина якого сягає близько 100 мкм. Причому покриття приблизно такої ж товщини нарощується і всередині металу. Це і є основною перевагою такого методу нанесення покрить.

ФАЗОВИЙ СКЛАД ОКСИДОКЕРАМІЧНИХ ПОКРИВІВ

Фазовий склад оксидокерамічних покривів визначається маркою сплаву на якому він формується і хімічним складом та концентрацією електроліту. На алюмінії і його сплавах в лужних базових електролітах утворюються ,в основному, a, g, d -фази Al₂O₃ [165, 130, 166, 167, 168]. На сплавах з високим вмістом кремнію або в кремнійвмісних електролітах можливе утворення шпінелей [165, 130], міліту [166, 167], а в електролітах з високим вмістом рідкого скла поверхневий шар містить до 95% SiO₂ [169]. В покривах на складнолегованих сплавах спостерігається незначна доля інтерметалідних сполук [166, 170]. На сплавах легованих літієм і в електролітах, що містять KF , можливо отримати ділянки покриву з твердістю вищою, ніж у природного корунду [165, 130]. Відносний вміст різних фаз Al₂O₃ залежить від хімічного складу сплаву [130, 167], вольт-амперних режимів процесу [168, 170] і змінюється по товщині покриву [165, 171]. Процентний вміст a-Al₂O₃ визначає твердість покриву ,його трибологічні характеристики і між ними є добра кореляція [166].

Наявність в електролітах фосфатів, ванадатів, сульфатів і т.п. може приводити до формування в покривах складних оксидних фаз, комплексних сполук, втілених аніонних або катіонних груп, колоїдних частинок [172, 168, 173, 174, 175]. В кислих електролітах отримуються покриви на основі h-Al₂O₃ з розміром зерен ~100 нм [177]. Фазовий склад оксидокерамічних покривів і деякі їхні властивості на титанових сплавах досліджені в [172, 173, 174, 175, 176], на ніобієвих сплавах в [178], на магнієвих сплавах в [146, 179, 180], на цирконієвих в [181, 182].

ВЛАСТИВОСТІ ТА ЗАСТОСУВАННЯ ОКСИДОКЕРАМІЧНИХ ПОКРИТТІВ.

Розвиток машинобудування, приладобудування, електронної техніки неможливий без використання матеріалів та технологій, що підвищують надійність, довговічність машин та механізмів, збільшують їх експлуатаційні і міжремонтні часи, зменшують вартість ремонту та підвищують безпеку роботи. Одним з методів вирішення цих завдань є створення та використання матеріалів з високими антифрикційними, зносо- та корозійностійкими, жароміцними покриттями. Вищезгаданими властивостями у повній мірі володіють оксидокерамічні покриття на вентильних металах Al, Zr, Ti, Ta, Zn, Fe, Ge, Si та інших [5].

Особливістю оксидної плівки на вентильних металах є її уніполярна провідність в контакті з електролітом. При анодній поляризації на таких металах провідність оксидного шару зменшується в 10³…10⁵ разів порівняно з катодним включенням. Покриття формуються при накладанні зовнішнього електричного поля до системи вентильний метал – електроліт на установці, що складається з джерела струму та ванни з електролітом у якій знаходиться деталь. Важливу роль в формуванні без пористого, пористого, аморфного чи кристалічного оксидного шару відіграють електроліти та режими у яких формуються ці покриття.

Найширше застосовуються на практиці та найкраще висвітлені в літературі способи формування покриттів на сплавах алюмінію.

Широко поширений процес анодування (напруги порядку 100 V, струми 0,1–1 A/m²) для синтезу на металах безпористих, корозійностійких структур, що мають високу адгезією до основи, високу твердість (порівняно з металом основи), високу діелектричну проникність та максимальну товщину в кілька десятків мікрометрів. Використовують їх як підложки для кращої адгезії фарби, як діелектрики в конденсаторних системах та як декоративні захисні покриття на різних виробах [5].

При підвищенні потенціалу системи метал – електроліт, напруженість електричного поля зростає та на поверхні металу виникають іскрові розряди. У них синтезується покриття з високою адгезією до основи, високою мікротвердістю, що дає можливість формування рівномірних покриттів на зовнішніх та внутрішніх поверхнях, на поверхнях зі складним профілем, високі діелектричні властивості, високу циклічну теплостійкість, стійкість [5] від високотемпературного корозійного зношування.

Прикладом успішного застосування матеріалів з такими властивостями є захист днищ поршнів двигунів внутрішнього згоряння від дії високотемпературних теплових потоків та метод зниження градієнта температури між різними частинами поршня [5].

Технологія синтезу оксидокерамічних покрить активно розвивається у ФМІ НАН України. Розроблені процеси формування оксидних покрить на алюмінієвих, магнієвих та цирконієвих сплавах. Максимальна мікротвердість на алюмінієвих сплавах сягає 2900…3200 кГ / мм², на магнієвих сплавах 960–1100 кГ / мм², на цирконієвих 800–1000 кГ / мм². Розроблені умови технологічних процесів утворення робочих поверхонь паперо – протяжних механізмів, ізолюючих клинів фіксаторів обмоток турбогенераторів, плунжерних гільз перекачуючих насосів, гільз поршнів внутрішнього згоряння (рис. 1), прошарки на алюмінієвих та магнієвих виробах перед фарбуванням та ін. [5]. На магнієвих сплавах для формування зносостійких покриттів на поверхнях ниткопротяжних механізмів текстильної промисловості. Формування оксидокерамічних покриттів у кислих електролітах дає можливість створювати товсті пористі плівки. Пори в яких є наскрізними, мають складну розгалужену будову і діаметр у розмірі кількох мікрометрів. Вони знайшли використання як фільтри. Роботи в цьому напрямі ведуться в пошуках режимів синтезу та складу електролітів у яких діаметр пор буде мати найменший розкид та наперед заданий розмір. Вищезгадані технології швидко та активно розвиваються і прогресують у напрямку зменшення енергетичних та матеріальних затрат та використання не шкідливої сировини.

Рис. 1 - Деталі з оксидокерамічними покриттями

МОЖЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ПЛАЗМОВОЇ ТЕХНОЛОГІЇ В МЕДИЦИНІ.

Розроблено портативну плазмову установку, за допомогою якої на поверхню зубного каркаса наносять покриття з різних стоматологічних матеріалів. Показано, що створення ретенційних шарів на поверхні зубного протезу збільшує міцність зчеплення лицювального покриття з основою.

Технологія плазмового напилення розробляється і застосовується в ортопедичній стоматології порівняно недавно- в останні 7-10 років. Застосування плазмових покриттів в різних ортопедичних конструкціях спрямоване на поліпшення ортопедичного лікування в результаті удосконалення технології протезування і підвищення експлуатаційних характеристик протезів і імплантатів.

За кордоном є ряд розробок щодо плазмового напилювання в ортопедичній стоматології. Наприклад, плазмове напилювання на золотовмісні сплави покриттів з оксидів Al, In і Zr сприяло збільшенню міцності зчеплення металокерамічних конструкцій.