Что такое микродуговое окисление?

1. Управляющее резюме

Микродуговое оксидирование (Мао) — также известное как плазменно-электролитическое окисление. (ПЭО) или искровое анодирование — электрохимически-плазменная обработка поверхности, при которой на «вентильных металлах» наращивается богатый керамикой оксидный слой. (алюминий, магний, титан и его сплавы) путем подачи высокого напряжения, импульсная электрическая энергия в водном электролите.

Локализованные микроразряды вызывают короткие, интенсивные тепловые явления, которые превращают поверхность металла в твердый, прилипшие оксидные фазы.

Покрытия микродугового оксидирования обычно обеспечивают существенно повышенная твердость (сотни → >1,000 Hv.), значительное улучшение износостойкости (часто на 1–2 порядка по сравнению с голым Al), и повышенная термическая и химическая стабильность.

Микродуговое оксидирование — надежный вариант для требовательных трибологических, биомедицинские и высокотемпературные применения, но это требует жесткого контроля процесса и часто последующей герметизации для достижения оптимальных коррозионных характеристик..

2. Что такое микродуговое оксидирование??

Микродуговое оксидирование (Мао) представляет собой сложную технологию обработки поверхности, объединяющую электрохимию, физика плазмы, и материальная наука, и также известно как микроплазменное окисление. (МПО) или анодно-искровое осаждение (АСД) в различных областях применения.

Ее основной принцип заключается в: принимая заготовку из вентильного металла в качестве анода, а электролитическую ячейку в качестве катода., погружение обоих в специально разработанный неорганический электролит., и применения высоковольтного импульсного источника питания (300–1000 В) для запуска микродугового разряда на поверхности детали.

Мгновенная высокая температура и высокое давление, создаваемые разрядом, заставляют поверхность металла и электролит подвергаться серии сложных физических и химических реакций., включая окисление, таяние, спекание, и начисление процентов, тем самым на месте выращивания керамического покрытия на металлической поверхности..

По сравнению с традиционными технологиями обработки поверхности, такими как анодное окисление и гальваническое покрытие., МАО имеет существенное отличие:

керамическое покрытие не «прикрепляется снаружи», а образуется в результате окисления и трансформации самой металлической подложки, реализация металлургической связи между покрытием и подложкой, что принципиально решает проблему плохой силы сцепления традиционных покрытий.

Толщина МДО-керамических покрытий может регулироваться в диапазоне 5–100 мкм., скорость роста 1–10 мкм/ч., а состав покрытия состоит в основном из оксидов металлов (из подложки) и сложные оксиды (из электролита), который имеет отличные комплексные свойства.

3. Физические и химические механизмы (как работает микродуговое оксидирование)

Микродуговое оксидирование представляет собой тесно связанный электрохимический процесс., плазменный и термический процесс.

Понимание механизма проясняет, почему покрытия имеют такую ​​микроструктуру и почему параметры процесса имеют значение..

1. Первоначальное электрохимическое окисление. При умеренных напряжениях тонкий барьерный оксид растет на поверхности металла электрофоретическим способом., как при обычном анодировании.
   Этот тонкий слой является электроизолирующим и создает локальное электрическое поле поперек себя по мере увеличения толщины..
2. Пробой диэлектрика и микроразряды. Как только локальная напряженность электрического поля превышает порог разрушения оксида (функция толщины, состав и дефекты), происходят микроскопические пробой диэлектрика.
   Они производят микроплазменные каналы - краткий, высоко локализованные разряды, обычно длящиеся микросекунды, которые локально плавят подложку и оксид.
3. Местная реакция, плавление и закалка. Во время разряда мгновенная температура в канале может быть чрезвычайно высокой..
   Расплавленный металл и оксид реагируют с частицами электролита., затем быстро гасить, когда разряд погаснет.
   Быстрое охлаждение блокирует неравновесные кристаллические фазы. (например, α-Al₂O₃ на алюминиевых подложках) и образует смешанную керамическую матрицу.
4. Наращивание слоев повторяющимися событиями. Миллионы микроразрядов в течение процесса создают слоистую структуру.: внутренний плотный барьер, обеспечивающий адгезию;
   середина, богатый керамикой слой, обеспечивающий твердость и износостойкость; и внешний более пористый повторно затвердевший слой с разрядными каналами и шероховатостью поверхности..
5. Введение и адаптация электролита. Ионные частицы в электролите (силикаты, фосфаты, кальций, фторид, и т. д.) включаются в растущий оксид, возможность химической адаптации — для устойчивости к коррозии, биосовместимость или трибологическое поведение.

4. Технологическая система микродугового оксидирования и ключевые параметры, влияющие на нее

Микродуговое оксидирование реализовано как интегрированная технологическая цепочка, в которой тесно взаимодействуют четыре подсистемы.: субстрат, электролит, источник питания (и его контроль формы сигнала), и вспомогательный завод (танк, охлаждение, фильтрация и фиксация).

Оптимальная структура и характеристики покрытия — и, следовательно, срок службы — достигаются только тогда, когда эти элементы рассчитаны на совместную работу, а их критические параметры контролируются в пределах проверенных окон..

Основные элементы технологической системы

Субстрат (заготовка) материал

Этот процесс применим в первую очередь к так называемым вентильным металлам — металлам, образующим электроизолирующие оксиды в водных электролитах.. Типичные субстраты::

• Алюминий сплавы (НАПРИМЕР., 6061, 7075, 2024): наиболее распространенное коммерческое использование; Покрытия на этих сплавах используются в автомобильной промышленности., аэрокосмические и электронные компоненты для износостойкости и термостойкости.
• Магниевые сплавы (НАПРИМЕР., AZ31, Az91d): легкие субстраты, которые обладают оксидным барьером и улучшенными трибологическими свойствами после обработки.
  Магний требует тщательного контроля параметров из-за его высокой реакционной способности..
• Титан сплавы (НАПРИМЕР., TI-6AL-4V, бета-сплавы): используется там, где требуется биосовместимость или высокотемпературная стабильность; оксидные слои, полученные на титане, можно адаптировать для содействия интеграции кости.
• Другие вентильные металлы (Zr, Hf, и т. д.): используется в специализированных отраслях (ядерный, химический) где их оксидная химия выгодна.

Субстратная металлургия, состояние поверхности (шероховатость, загрязняющие вещества), и предварительная термообработка влияют на динамику роста оксидов и свойства конечного покрытия.;
поэтому, Спецификация подложки и предварительная обработка являются важными частями проектирования процесса..

Электролит

Электролит является основной средой реакции МАО., отвечает за проведение электричества, предоставление реакционных ионов, регулирование процесса выделения, и определение состава и структуры покрытия .

По значению pH, его можно разделить на три типа:

• Щелочной электролит (pH 9–14): Наиболее часто используемая система, в основном состоит из силикатов, фосфаты, и гидроксиды.
  Он имеет преимущества стабильной разрядки, равномерное покрытие, и низкая коррозия основания. Например, система силикат-фосфат натрия широко применяется при МДО алюминиевых и магниевых сплавов. .
• Кислый электролит (pH 1–3): В основном состоит из серной кислоты, фосфорная кислота, или фторборная кислота, подходит для МДО титановых сплавов.
  Он может образовывать пористое керамическое покрытие с хорошей биосовместимостью., который широко используется при модификации медицинских имплантатов .
• Нейтральный электролит (PH 6–8): Состоит из боратов, карбонаты, и т. д., с мягкими условиями реакции и низким воздействием на окружающую среду, подходит для модификации поверхности прецизионных деталей.

Добавки и взвешенные наночастицы (Zro₂, Sio₂, карбонаты, предшественники кальция/фосфата) часто используются для регулирования прочности покрытия., износостойкость, коррозионное поведение или биофункциональность.

Проводимость электролита, стабильность pH, необходимо контролировать и контролировать температуру и уровень загрязнения, поскольку они напрямую влияют на поведение разряда и состав покрытия..

Источник питания

Источник питания является источником энергии процесса МДО., а его тип и параметры напрямую влияют на форму микродугового разряда и качество покрытия .

В настоящий момент, Основными источниками питания, используемыми в промышленном производстве, являются импульсные источники питания. (включая импульс постоянного тока, импульс переменного тока, и двунаправленный импульс), которые имеют преимущества регулируемых параметров, стабильный разряд, и энергосбережение.

По сравнению с традиционными источниками питания постоянного тока, импульсные источники питания позволяют избежать концентрации точек разряда, уменьшить возникновение трещин покрытия, и улучшить однородность и плотность покрытия.

Вспомогательное оборудование

Вспомогательное оборудование в основном включает в себя электролизеры., Системы охлаждения, системы перемешивания, и зажимные устройства.

Электролитическая ячейка обычно изготавливается из коррозионностойких материалов. (такие как нержавеющая сталь, пластик);

система охлаждения используется для контроля температуры электролита (обычно 20–60 °C) во избежание чрезмерной температуры, влияющей на стабильность разряда и характеристики покрытия; система перемешивания обеспечивает однородность концентрации и температуры электролита;

зажимное устройство обеспечивает хороший электрический контакт между заготовкой и источником питания и предотвращает коррозию заготовки электролитом .

Ключевые параметры процесса и их влияние

Все параметры процесса взаимодействуют; однако, наиболее влиятельными группами являются электрические параметры, параметры электролита и время лечения.

Каждый из них должен быть скорректирован с учетом побочных эффектов..

Электрические параметры

• Приложенное напряжение: устанавливает начало и интенсивность микроразрядов.
  При напряжении ниже порога пробоя образуются только обычные анодные пленки.; напряжения, значительно превышающие его, увеличивают скорость роста покрытия, но также имеют тенденцию к увеличению разрядных каналов и увеличению пористости внешнего слоя и термического напряжения..
  Типичными промышленными диапазонами являются технологические процессы.- и субстрат-зависимый; необходимы эксперименты по параметризации.
• Плотность тока: более высокая плотность тока обычно ускоряет образование оксидов и увеличивает толщину, но рискует неравномерным разрядом, если не сочетается с соответствующим контролем формы сигнала..
• Частота импульса & рабочий цикл: более высокая частота импульсов с коротким временем включения приводит к получению более тонких, более равномерно распределенные микроразряды; увеличенный рабочий цикл увеличивает среднюю потребляемую энергию и, следовательно, тепловую нагрузку, что может увеличить риск растрескивания.
  Типичные рабочие циклы, используемые на практике, сильно различаются. (от однозначного процента до нескольких десятков процентов) в зависимости от оборудования и целей.

Параметры электролита

• Концентрация и проводимость: влияют на распределение и стабильность разрядов;
  низкая проводимость может предотвратить образование стабильной микроплазмы, в то время как чрезмерная ионная сила может способствовать агрессивному воздействию субстрата или неконтролируемому разряду..
• pH и состав: определить, какие ионные виды доступны для включения и какие оксидные фазы являются термодинамически предпочтительными (НАПРИМЕР., силикатные частицы способствуют образованию кремнийсодержащих стеклообразных фаз.; поставка фосфатов P для биоактивных покрытий).
• Температура: повышенные температуры электролита увеличивают кинетику реакции, но снижают диэлектрическую прочность и могут дестабилизировать структуру разряда.; поэтому контроль температуры необходим для воспроизводимых покрытий..

Время обработки и кинетика роста

Толщина покрытия и микроструктура меняются со временем.. Скорость роста обычно высока в первые минуты и замедляется по мере развития диэлектрического барьера и изменения характеристик разряда..

Чрезмерное время обработки может увеличить толщину покрытия за счет более высокого остаточного напряжения и риска растрескивания.; недостаточное время дает тонкие покрытия с неполным развитием фазы.

Типичное время производства варьируется от нескольких минут до десятков минут в зависимости от толщины мишени и удельной мощности..

5. Структура и основные свойства керамических покрытий микродугового оксидирования

Оксидный слой, полученный микродуговым оксидированием, представляет собой непростую задачу., гомогенная пленка; это мультизона, композитная структура, характеристики которой зависят от фазового состава, плотность и морфология.

Архитектура покрытия (трехзонное описание)

Внутренний (интерфейс) зона — плотный связующий слой

• Типичная толщина: ~ 1–10 мкм (процесс- и субстрат-зависимый).
• Микроструктура и состав: относительно плотный, оксид с низкой пористостью образовался в самых ранних, микрособытия с наивысшей энергией.
  На алюминии эта зона обычно содержит фазы оксида алюминия. (включая более компактные полиморфы), на титане преобладают рутил/анатазные фазы.
  Потому что оксид растет на месте и быстро затвердевает., эта зона обеспечивает металлургический контакт с подложкой, а не механическое или клеевое соединение..
• Функция: основная несущая и антикоррозионная роль; этот слой контролирует прочность адгезии и ограничивает перенос ионов из подложки в агрессивную среду..
  Его непрерывность и низкая пористость имеют решающее значение для эффективности барьера..

Середина (масса) керамическая зона — функциональный слой

• Типичная толщина: от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров (распространенные промышленные диапазоны для алюминия: ~5–40 мкм).
• Микроструктура и состав: смесь кристаллических керамических фаз и стекловидного/дисперсного материала, образованная в результате многократного локализованного плавления и быстрой закалки.
  Точная фазовая сборка зависит от химического состава субстрата и типа электролита. (НАПРИМЕР., Al₂o₃, смешанные силикаты, фазы фосфатов или диоксида титана).
  Могут существовать закрытая пористость и микротрещины., но эта зона обеспечивает большую часть твердости и износостойкости.
• Функция: основной поставщик твердости, устойчивость к истиранию и термическая/химическая стабильность.
  Баланс между кристаллическими жесткими фазами и стекловидными компонентами определяет ударную вязкость и остаточное напряжение..

Внешний (поверхность) зона — пористая, повторно затвердевший слой

• Типичная толщина: часто от нескольких микрометров до ~ 10–20 мкм; в агрессивных режимах разряда внешняя зона может быть толще и неравномернее..
• Микроструктура: сильно текстурированный, содержащие выпускные каналы, повторно затвердевшие капли и открытые поры. Формы пор различаются (сферический, удлиненные каналы) и их распределение связано с размером и плотностью разряда..
• Функция: увеличивает шероховатость поверхности (что может быть полезно для удержания смазки или вторичного сцепления),
  обеспечивает большую площадь поверхности для прикрепления биологических клеток к имплантатам, но также создает пути для агрессивных сред, если покрытие не герметично..

Практическое замечание по толщине и однородности:

Толщина покрытия контролируется за счет энергозатрат. (Напряжение, текущий, импульсный режим) и время.

Обеспечение однородности в сложных геометрических формах является сложной задачей.: края и острые детали концентрируют выделения и часто показывают более толстые, более шероховатые покрытия, кроме креплений, используется компенсация формы волны или движения.

Основные функциональные свойства и их происхождение

Преимущества покрытий микродугового оксидирования обусловлены химическим составом керамики и слоистой архитектурой, описанной выше..

Ниже приведены ключевые свойства, типичные диапазоны, наблюдаемые на практике, и физические причины, стоящие за ними.

Твердость и износостойкость

• Типичная твердость поверхности (Виккерс) диапазоны: грубо ≈ 400–1700 ВН для покрытий на основе алюминия по общепринятым промышленным рецептам.
  Оксиды, полученные из титана, и высокоэнергетические рецептуры могут иметь одинаковые или несколько разные диапазоны в зависимости от содержания фаз..
  Магниевые подложки обычно дают меньшую абсолютную твердость, но все же значительно увеличиваются по сравнению с необработанным сплавом..
• Механизм: образование твердых кристаллических оксидов (например глинозем корундового типа) а плотная керамическая матрица обеспечивает высокую стойкость к вдавливанию и низкую пластичность верхнего слоя..
• Трибологические характеристики: во многих испытаниях на диск и на абразивную обработку обработанные поверхности показывают 10× до >100× снижение объемного износа по сравнению с необработанными легкими сплавами; точный коэффициент зависит от материала контрлица, нагрузка и окружающая среда.
  Включение твердых наночастиц (Zro₂, Sic, Туалет) в электролит может дополнительно улучшить стойкость к абразивному износу за счет введения дисперсных твердых фаз в матрицу покрытия..
• Компромиссы: более высокая твердость часто коррелирует с большей хрупкостью и склонностью к микротрещинам при ударных или тяжелых контактных нагрузках.; оптимальная конструкция сочетает в себе твердость и достаточную прочность для применения.

Коррозионная стойкость

• Драйверы производительности: коррозионная стойкость системы определяется, прежде всего, сплошностью и плотностью внутреннего межфазного слоя и состоянием герметизации внешней пористой зоны..
  Плотный, внутренний слой с ограниченными порами препятствует транспорту ионов; незапечатанная пористая поверхность допускает локализованное проникновение электролита и может привести к атаке под пленкой.
• Практическая производительность: хорошо спроектированные и герметизированные покрытия микродугового оксидирования на алюминиевых сплавах могут показать существенно более высокие характеристики в нейтральном солевом тумане и электрохимических испытаниях по сравнению с необработанным материалом.,
  в некоторых подтвержденных случаях время работы в ускоренном солевом тумане достигает от сотен до тысяч часов при применении этапа герметизации.
  Для магниевых и титановых сплавов, улучшения также наблюдаются, хотя абсолютные характеристики зависят от химического состава покрытия и последующей обработки..
• Механистическое предостережение: сама керамика химически стабильна, но стойкость к макроскопической коррозии требует внимания к макропористости и любой гальванической связи, создаваемой включенными добавками или герметиками..

Электрическая изоляция (диэлектрические свойства)

• Типичное электрическое сопротивление: плотные оксидные участки обладают очень высоким удельным сопротивлением. (порядок величины 10⁹–10¹² Ом·см во многих случаях),
  а пробойная прочность плотных областей может быть порядка кВ/мм (конкретные значения сильно зависят от толщины, пористость и фазовая чистота).
• Инженерное использование: когда внутренний слой сплошной и достаточно толстый, Покрытия микродугового оксидирования могут обеспечить полезную поверхностную изоляцию электронных компонентов и устройств, работающих под высоким напряжением..
  Для надежной работы при высоком напряжении необходимо свести к минимуму пористость и дефекты..

Термическая стабильность и поведение при термическом ударе

• Термическая стойкость: керамические компоненты (глинозем, Титания, силикаты) термически устойчивы к высоким температурам — часто до нескольких сотен °C, а в некоторых случаях >800 °C при кратковременном воздействии, но композитное покрытие и интерфейс необходимо оценить на предмет длительного воздействия и циклической термической нагрузки..
• Рекомендации по термическому удару: несоответствие теплового расширения между оксидом и подложкой плюс остаточные напряжения из-за быстрого затвердевания могут привести к образованию микротрещин, если покрытие слишком толстое или если деталь подвергается быстрому затвердеванию., большие перепады температуры.
  Правильно спроектированные покрытия, с ограниченной толщиной и соответствующим фазовым составом, может переносить значительные температурные отклонения, но требуется проверка для конкретного приложения.

Биосовместимость и биоактивность (титановые подложки)

• Химия поверхности & морфология: для применения в имплантатах пористый внешний слой может быть намеренно легирован кальцием и фосфатами с использованием соответствующих составов электролитов..
  В результате образуются поверхности, которые поддерживают зарождение гидроксиапатита и усиливают прикрепление и пролиферацию остеобластов..
• Функциональное воздействие: обработанные титановые сплавы с контролируемой пористостью и включением Ca/P показали улучшенную смачиваемость и поверхностную энергию, способствующую биологической интеграции.;
  однако, клиническая приемка требует тщательного тестирования на биосовместимость. (in vitro и in vivo) и контроль химического состава фаз во избежание выброса вредных ионов.

6. Общее промышленное применение микродугового оксидирования

Покрытия микродугового оксидирования используются там, где легкая подложка требует твердости., износостойкий, термически стабильная или функционально активная керамическая поверхность.

Аэрокосмическая промышленность

• Поверхности скольжения и опоры на компонентах планера и исполнительном оборудовании, где снижение веса имеет решающее значение, но необходимо продлить срок службы..
• Детали конструкции и щитки, подвергающиеся термическому воздействию, где стабильность керамической поверхности при повышенных температурах повышает долговечность.
• Применения для защиты от удара молнии и изоляции в сочетании с проводящей или изолирующей последующей обработкой..

Автомобильная промышленность & транспорт

• Легкие компоненты двигателя (поршневые коронки, детали клапанного механизма, гильзы цилиндров гибридных/легких двигателей) которые требуют улучшенной стойкости к истиранию и термической способности..
• Компоненты тормозной системы, муфты или кулачки, где возникают высокие контактные напряжения и колебания температуры..
• Поверхности износа на корпусах двигателей электромобилей, где необходима электрическая изоляция и рассеивание тепла..

Биомедицинский & зубные имплантаты

• Имплантаты из титана и титановых сплавов (ортопедический, стоматологический) с пористым, Поверхностные слои, легированные кальцием/фосфатом, способствуют росту кости и зарождению гидроксиапатита.
• Несущие нагрузку поверхности имплантатов, где требуется сочетание износостойкости и биологической активности.; Микродуговое оксидирование можно адаптировать для улучшения адгезии клеток при сохранении механической целостности..

Энергия, масло & газовое и промышленное оборудование

• Коррозионно-износостойкие покрытия на легких компонентах насосов., клапаны и сепараторы — особенно там, где выгодна экономия массы.
• Термозащитные слои на компонентах систем генерации электроэнергии или выхлопных систем.; полезно там, где выгодны свойства керамического теплового барьера.

Инструмент, пресс-формы и производственное оборудование

• Алюминиевые инструменты для литья под давлением, экструзия, литье под давлением и холодная штамповка, где повышенный срок службы увеличивает срок службы инструмента и сокращает время простоя..
• Формовочные стержни и вставки с твердыми оксидными поверхностями, которые уменьшают истирание и улучшают разделительные свойства..

Электроника и электроизоляция

• Радиаторы, корпуса и шины на алюминиевых подложках, требующие диэлектрических покрытий для электрической изоляции или для изменения коэффициента излучения поверхности..
• Высоковольтные изоляторы и вводы, в которых плотный внутренний оксид обеспечивает надежную диэлектрическую прочность..

7. Преимущества & ограничения

Ниже приводится сбалансированное представление основных преимуществ и практических ограничений, которые инженеры и отделы закупок должны учитывать при оценке технологии..

Преимущества микродугового оксидирования

Металлургическая связь и долговечность

Покрытие растет из подложки и закрепляется металлургически, а не механически..

Эта связка роста снижает риск расслоения во многих условиях эксплуатации и обеспечивает очень хорошую адгезию по сравнению со многими покрытиями, нанесенными напылением или клеем..

Высокая твердость и стойкость к износу

Керамические фазы, сформированные in situ (например глинозем на алюминии) обеспечивают существенное увеличение твердости поверхности и значительное снижение абразивного и адгезионного износа..

Это делает процесс привлекательным для скольжения., уплотняющие и абразивные среды.

Функциональная возможность настройки

Химический состав электролитов и контроль формы электрических сигналов позволяют включать функциональные виды. (силикаты, фосфаты, кальций, фторид, наночастицы) для адаптации коррозионного поведения, биологическая активность, трение или смазывающая способность.

Термическая и химическая стабильность

Компоненты керамического оксида по своей природе более стабильны, чем органические покрытия, при повышенных температурах.; поэтому покрытия микродугового оксидирования расширяют возможности легких сплавов при высоких температурах..

Электрическая изоляционная способность

Когда внутренний плотный оксид непрерывен, покрытие обеспечивает полезную диэлектрическую прочность, которую можно использовать для изоляции или высоковольтных компонентов..

Преимущества экологического регулирования

В некоторых случаях износа и коррозии микродуговое оксидирование является экологически предпочтительной альтернативой хромированию, поскольку оно позволяет избежать химического воздействия шестивалентного хрома.; однако, утилизация отходов ванны по-прежнему необходима.

Одноэтапная обработка поверхности легких сплавов

Микродуговое оксидирование превращает поверхность подложки в функциональную керамику за одну ванну., избежание многоэтапных последовательностей осаждения во многих случаях использования.

Ограничения микродугового окисления

Пористость поверхности и требования к герметизации

Внешний слой имеет характерную пористость.. Для чувствительных к коррозии применений покрытие обычно требует этапа герметизации. (органическая/неорганическая пропитка, золь-гель, ПВД колпачок) для предотвращения проникновения агрессивных сред. Герметизация усложняет процесс и увеличивает стоимость..

Хрупкость и ограниченная прочность

Керамические оксиды твердые, но хрупкие.. Толстые покрытия или очень твердые, кристаллические слои могут растрескиваться под ударами или тяжелыми циклическими нагрузками.

Это ограничивает толщину покрытия и требует проверки конструкции для условий динамической нагрузки и усталости..

Чувствительность и неоднородность геометрии

Острые края, тонкие ребра и сложные элементы концентрируют микроразряды и часто становятся более толстыми., более грубые покрытия, известные как краевые эффекты.

Достижение равномерного покрытия сложных деталей требует продуманного крепления., движение части, проектирование формы сигнала или несколько ориентаций во время обработки.

Высоковольтное оборудование и безопасность

Процесс протекает при напряжении в несколько сотен вольт и требует надежных систем безопасности., квалифицированные операторы и режимы технического обслуживания. Силовая электроника и система управления увеличивают капитальные и эксплуатационные накладные расходы..

Энергопотребление и время цикла

По сравнению с простым анодированием, процесс потребляет больше электроэнергии на единицу площади, а время обработки может варьироваться от нескольких минут до десятков минут в зависимости от целевой толщины..

При планировании пропускной способности необходимо учитывать время обработки и последующей обработки..

Воспроизводимость процесса & проблемы масштабирования

Воспроизводимые режимы разряда для партий и деталей различной геометрии нетривиальны..

Масштабирование от прототипа до производства часто требует инвестиций в разработку процесса. (МО), системы мониторинга и контроля (регистрация напряжения/тока, аналитика ванны).

Не универсально применим ко всем металлам.

Микродуговому оксидированию поддаются только клапанные металлы, образующие подходящие изолирующие оксиды.. Сталь, сплавы никеля и меди, как правило, не поддаются прямой обработке..

8. Сравнительный анализ: Микродуговое оксидирование по сравнению с другими технологиями обработки поверхности

Интерпретация:

Микродуговое оксидирование уникальным образом сочетает в себе керамическую твердость и металлургическое соединение легких сплавов.;

он конкурирует с жестким анодированием и хромированием по износостойкости, но предлагает другие компромиссы (пористость против. твердость, Экологический след, экономия веса подложки).

Термическое напыление отлично подходит для очень толстых слоев, но ему не хватает связи для роста, как при оксидных методах..

9. Заключение

Микродуговое оксидирование – это преобразующий процесс., экологически безопасный метод поверхностной инженерии, сочетающий в себе электрохимию, плазменные микроразряды и быстрая кристаллизация для выращивания керамических пленок in situ на вентильных металлах и их сплавах.

Полученные оксидные системы металлургически связываются с подложкой и обеспечивают пакет ценных свойств — повышенную твердость., значительно улучшенная износостойкость,

повышенная коррозионная и термическая стабильность, хорошая диэлектрическая прочность и, где сформулировано, биологическая активность — этого трудно достичь с помощью одного традиционного лечения.

Внедрение в отрасли охватывает аэрокосмическую отрасль, Автомобиль, электроника, биомедицинской и инструментальной промышленности, поскольку микродуговое оксидирование сочетает в себе высокую производительность с возможностью покрытия сложной геометрии и позволяет избежать некоторых опасных химических веществ, используемых при обычном гальванопокрытии..

В то же время, практические ограничения остаются: этот метод в основном ограничен клапанными металлами., Равномерность покрытия на больших или сложных деталях может быть сложной задачей,

контроль дефектов и управление ваннами повышают стоимость процесса, и энергопотребление выше, чем при простом анодировании.

Постоянное развитие — более разумное управление формой сигнала мощности, композитные и дуплексные покрытия, улучшенная фурнитура и автоматизация, переработка ванны и варианты процессов с более низким энергопотреблением — быстро расширяют возможности применения и снижают затраты и воздействие на окружающую среду..

По мере того, как эти разработки созревают, Микродуговое оксидирование имеет все шансы стать основной технологией обработки поверхности для высокопроизводительных, легкое и устойчивое производство.

Часто задаваемые вопросы

Какие металлы можно обрабатывать микродуговым оксидированием??

В первую очередь алюминий и его сплавы., сплавы магния и сплавы титана — металлы, образующие электроизолирующий оксидный слой, пригодный для пробоя диэлектрика и образования микроразрядов..

Насколько толсты и тверды покрытия микродугового оксидирования??

Типичные промышленные покрытия варьируются от 5 к 60 мкм по толщине; Твердость поверхности обычно колеблется от 400 к 1,700 Hv., зависит от энергии процесса, фазовый состав и химический состав электролита.

Заменяет ли микродуговое оксидирование твердое хромирование??

Он может заменить твердый хром в некоторых случаях износа на легких основах., особенно в тех случаях, когда экологические или нормативные вопросы вызывают беспокойство.

Однако, хромирование по-прежнему предлагает очень плотное, поверхности с низкой пористостью на многих основаниях; лучший выбор зависит от функциональных требований.

Требуется ли последующая обработка покрытий, полученных после микродугового оксидирования??

Часто да. Потому что внешняя поверхность пористая., запечатывание (органический или неорганический), пропитка смазками, или тонкий слой (Pvd) обычно используется для повышения коррозионной стойкости и уменьшения трения..