Що таке мікродугове оксидування?

1. Резюме

Мікродугове оксидування (Мао) — також відомий як плазмове електролітичне окислення (PEO) або іскрове анодування — це електрохімічно-плазмова обробка поверхні, яка нарощує насичений керамікою оксидний шар на «клапанних металах» (алюміній, магній, титан і його сплави) шляхом подачі високої напруги, імпульсна електрична енергія у водному електроліті.

Локалізовані мікророзряди виробляють короткі, інтенсивні термічні події, які перетворюють поверхневий метал на твердий, зчеплені оксидні фази.

Мікродугові окислювальні покриття зазвичай забезпечують істотно підвищена твердість (сотні → >1,000 HV), істотне підвищення зносостійкості (часто 1–2 порядки величини проти голих Al), і підвищена термічна та хімічна стабільність.

Мікродугове окислення є надійним варіантом для вимогливої ​​трибології, біомедичне та високотемпературне застосування, але це вимагає суворого контролю процесу та часто післязапечатування для оптимальної ефективності проти корозії.

2. Що таке мікродугове оксидування?

Мікродугове оксидування (Мао) це комплексна технологія інженерії поверхні, яка об’єднує електрохімію, фізика плазми, і матеріалознавство, і також відомий як мікроплазмове окислення (МПО) або анодне іскрове осадження (РАС) в різних сферах застосування.

Її основний принцип полягає в тому: взявши заготовку з вентильного металу в якості анода, а електролізера в якості катода, занурення обох у спеціально розроблений неорганічний електроліт, і застосування високовольтного імпульсного джерела живлення (300–1000 В) для ініціювання мікродугового розряду на поверхні заготовки.

Миттєва висока температура та високий тиск, створювані розрядом, змушують металеву поверхню та електроліт зазнавати низки складних фізичних та хімічних реакцій., включаючи окислення, плавлення, спікання, і компаундування, тим самим вирощуючи на місці керамічне покриття на поверхні металу.

У порівнянні з традиційними технологіями обробки поверхні, такими як анодне окислення та гальванічне покриття, МАО має істотну відмінність:

керамічне покриття не «прикріплене ззовні», а утворюється шляхом окислення та перетворення самої металевої підкладки, здійснення металургійного з’єднання між покриттям і підкладкою, що принципово вирішує проблему поганої сили зчеплення традиційних покриттів.

Товщина керамічних покриттів МАО регулюється в діапазоні 5–100 мкм., швидкість росту 1–10 мкм/год, а композиція покриття складається переважно з оксидів металів (з підкладки) і складні оксиди (від електроліту), який має відмінні комплексні властивості.

3. Фізичні та хімічні механізми (як працює мікродугове оксидування)

Мікродугове окислення - це тісно зв'язана електрохімічна речовина, плазмовий і термічний процес.

Розуміння механізму пояснює, чому покриття мають таку мікроструктуру та чому параметри процесу важливі.

1. Початкове електрохімічне окислення. При помірних напругах тонкий бар’єрний оксид росте на поверхні металу електрофоретичним способом, як при звичайному анодуванні.
   Цей тонкий шар є електроізоляційним і підвищує локальне електричне поле через себе зі збільшенням товщини.
2. Діелектричний пробій і мікророзряди. Як тільки локальна напруженість електричного поля перевищує поріг пробою оксиду (функція товщини, склад і дефекти), виникають мікроскопічні пробої діелектрика.
   Ці виробляють мікроплазматичні канали — короткий, дуже локалізовані розряди, які зазвичай тривають мікросекунди, які локально розплавляють субстрат і оксид.
3. Місцева реакція, плавлення і загартування. Під час розряду миттєва температура в каналі може бути надзвичайно високою.
   Розплавлений метал і оксид реагують з електролітами, потім швидко загасіть, коли розряд згасне.
   Швидке охолодження блокує нерівноважні кристалічні фази (наприклад, α-Al₂O3 на алюмінієвих підкладках) і утворює змішану керамічну матрицю.
4. Нарощування шару повторюваними подіями. Мільйони мікророзрядів протягом процесу створюють шарувату структуру: внутрішній щільний бар'єр, що забезпечує адгезію;
   середина, насичений керамікою шар, який забезпечує твердість і зносостійкість; і зовнішній більш пористий повторно затверділий шар з розрядними каналами та шорсткістю поверхні.
5. Включення електроліту та підгонка. Іонні види в електроліті (силікати, фосфати, кальцій, фтор, тощо) включаються в зростаючий оксид, можливість хімічного пошиття — для стійкості до корозії, біосумісність або трибологічна поведінка.

4. Система процесу мікродугового окислення та ключові параметри впливу

Мікродугове оксидування реалізовано як інтегрований технологічний ланцюг, у якому тісно взаємодіють чотири підсистеми: підкладка, електроліт, джерело живлення (і керування формою хвилі), і допоміжний завод (танк, охолодження, фільтрація та фіксація).

Оптимальна структура покриття та продуктивність — і, отже, термін служби — досягаються лише тоді, коли ці елементи призначені для спільної роботи, а їхні критичні параметри контролюються в межах перевірених вікон.

Основні елементи технологічної системи

Підкладка (заготовка) матеріал

Процес застосовний насамперед до так званих вентильних металів — металів, які утворюють електроізоляційні оксиди у водних електролітах. Типовими підкладками є:

• Алюміній сплави (Напр., 6061, 7075, 2024): найбільш поширене комерційне використання; Покриття на цих сплавах застосовуються в автомобілебудуванні, аерокосмічні та електронні компоненти для зносу та термічної стабільності.
• Магнійні сплави (Напр., AZ31, AZ91D): легкі підкладки, які мають оксидні бар’єри та покращені трибологічні властивості після обробки.
  Магній вимагає ретельного контролю параметрів через його високу реакційну здатність.
• Титан сплави (Напр., TI-6AL-4V, бета-сплави): використовується там, де необхідна біосумісність або стійкість до високих температур; оксидні шари, виготовлені на титані, можна адаптувати для сприяння інтеграції кісток.
• Інші вентильні метали (ZR, HF, тощо): використовується в спеціалізованих галузях (ядерний, хімічний) де їх хімічний склад оксидів є вигідним.

Підкладна металургія, стан поверхні (шорсткість, забруднення), і попередня термообробка впливають на динаміку росту оксиду та кінцеві властивості покриття;
отже, Специфікація субстрату та попередня обробка є важливими частинами проектування процесу.

Електроліт

Електроліт є основним середовищем реакції МАО, відповідальний за проведення електрики, забезпечення реакції іонів, регулювання процесу розряду, і визначення складу і структури покриття .

За значенням pH, її можна розділити на три види:

• Електроліт лужний (pH 9–14): Найбільш часто використовувана система, в основному складається з силікатів, фосфати, і гідроксиди.
  Він має переваги стабільного розряду, рівномірне покриття, і низька корозія основи. Наприклад, силікатно-фосфатна натрій система широко використовується в МАО алюмінієвих і магнієвих сплавів .
• Кислий електроліт (pH 1–3): В основному складається з сірчаної кислоти, фосфорна кислота, або фтороборна кислота, підходить для MAO титанових сплавів.
  Він може утворювати пористе керамічне покриття з хорошою біосумісністю, який широко використовується при модифікації медичних імплантів .
• Нейтральний електроліт (pH 6–8): Складається з боратів, карбонати, тощо, з м'якими умовами реакції та низьким впливом на навколишнє середовище, підходить для модифікації поверхні точних компонентів.

Добавки та зважені наночастинки (Zro₂, Sio₂, карбонати, прекурсори кальцію/фосфату) часто використовуються для налаштування міцності покриття, Опір зносу, корозійна поведінка або біофункціональність.

Провідність електроліту, Стабільність pH, температуру та рівень забруднення необхідно контролювати та контролювати, оскільки вони безпосередньо впливають на поведінку розряду та склад покриття.

Живлення

Джерелом енергії процесу МАО є джерело живлення, а його тип і параметри безпосередньо впливають на форму мікродугового розряду і якість покриття .

В даний час, основними джерелами живлення, які використовуються в промисловому виробництві, є імпульсні джерела живлення (включаючи імпульс постійного струму, Імпульс змінного струму, і двонаправлений пульс), які мають переваги регульованих параметрів, стабільний розряд, та енергозбереження.

У порівнянні з традиційними джерелами живлення постійного струму, імпульсні джерела живлення можуть уникнути концентрації точок розряду, зменшити появу тріщин на покритті, і поліпшити однорідність і щільність покриття.

Допоміжне обладнання

Допоміжне обладнання в основному включає електролізери, Системи охолодження, системи перемішування, і затискні пристрої.

Електролітична комірка зазвичай виготовляється з корозійностійких матеріалів (наприклад, нержавіюча сталь, пластик);

система охолодження використовується для контролю температури електроліту (зазвичай 20-60 °C) щоб уникнути впливу надмірної температури на стабільність розряду та ефективність покриття; система перемішування забезпечує рівномірність концентрації і температури електроліту;

затискний пристрій забезпечує хороший електричний контакт між деталлю та джерелом живлення та запобігає корозії деталі електролітом .

Основні параметри процесу та їх вплив

Всі параметри процесу взаємодіють; однак, найбільш впливовими групами є електричні параметри, параметри електролітів і час лікування.

Кожен з них має бути скоригований з усвідомленням вторинних ефектів.

Електричні параметри

• Прикладена напруга: встановлює початок і інтенсивність мікророзрядів.
  Напруги нижче порогу пробою створюють лише звичайні анодні плівки; напруги, що значно перевищують його, збільшують швидкість росту покриття, але також мають тенденцію до розширення каналів розряду та збільшення пористості зовнішнього шару та теплової напруги.
  Типові промислові діапазони є технологічними- і залежно від субстрату; необхідні експерименти параметризації.
• Щільність струму: вища щільність струму зазвичай прискорює утворення оксиду та збільшує товщину, але створює ризик нерівномірного розряду, якщо не поєднується з відповідним контролем форми хвилі.
• Частота пульсу & робочий цикл: вища частота імпульсів із коротким часом увімкнення має тенденцію виробляти тонше, більш рівномірно розподілені мікророзряди; збільшення робочого циклу підвищує середнє споживання енергії і, отже, теплове навантаження, що може збільшити ризик розтріскування.
  Типові робочі цикли, які використовуються на практиці, сильно відрізняються (від однозначних відсотків до кількох десятків відсотків) залежно від обладнання та цілей.

Параметри електролітів

• Концентрація і провідність: впливають на розподіл і стабільність розрядів;
  низька провідність може перешкодити стабільній мікроплазмі, тоді як надмірна іонна сила може сприяти агресивній атаці на субстрат або неконтрольованому розряду.
• pH і склад: визначити, які іонні види доступні для включення та які оксидні фази є термодинамічно кращими (Напр., силікатні види сприяють утворенню Si-вмісних склоподібних фаз; фосфатні види постачання P для біоактивних покриттів).
• Температура: підвищена температура електроліту збільшує кінетику реакції, але знижує діелектричну міцність і може дестабілізувати схеми розряду; тому контроль температури є важливим для відтворюваних покриттів.

Тривалість обробки та кінетика росту

Товщина покриття та мікроструктура змінюються з часом. Швидкість зростання, як правило, висока в перші хвилини і повільна в міру розвитку діелектричного бар'єру і зміни характеристик розряду..

Надмірний час обробки може збільшити товщину покриття за рахунок більшої залишкової напруги та ризику розтріскування; недостатній час дає тонкі покриття з неповним розвитком фази.

Типовий час виробництва коливається від кількох хвилин до десятків хвилин залежно від товщини мішені та потужності.

5. Структура та основні властивості керамічних покриттів мікродугового окислення

Оксидний шар, отриманий за допомогою мікродугового оксидування, не є простим, однорідна плівка; це багатозонний, композиційна структура, продуктивність якої залежить від фазового складу, щільність і морфологія.

Архітектура покриття (тризонний опис)

Внутрішній (інтерфейс) зона — щільний сполучний шар

• Типова товщина: ~ 1–10 мкм (обробка- і залежно від субстрату).
• Мікроструктура і склад: відносно щільний, низькопористий оксид, що утворюється в найран, мікроподії з найвищою енергією.
  На алюмінії ця зона зазвичай містить фази оксиду алюмінію (включаючи більш компактні поліморфи), на титані переважають фази рутил/анатаз.
  Тому що оксид росте на місці та швидко застигає, ця зона встановлює металургійний контакт із підкладкою, а не механічне чи клейове з’єднання.
• Функціонування: головна несуча і антикорозійна роль; цей шар контролює міцність адгезії та обмежує транспортування іонів із підкладки в агресивне середовище.
  Його суцільність і низька пористість є критичними для ефективності бар’єру.

Середній (масовий) керамічна зона — функціональний шар

• Типова товщина: від кількох мікрометрів до кількох десятків мікрометрів (загальні промислові діапазони для алюмінію: ~5–40 мкм).
• Мікроструктура і склад: суміш кристалічних керамічних фаз і склоподібного/дисперсного матеріалу, утвореного повторним локалізованим плавленням і швидким загартовуванням.
  Точна збірка фаз залежить від хімічного складу субстрату та виду електроліту (Напр., Al₂o₃, змішані силікати, фосфати або фази оксиду титану).
  Можуть існувати закрита пористість і мікротріщини, але ця зона забезпечує більшу частину твердості та зносостійкості.
• Функціонування: основний постачальник твердості, стійкість до стирання та термо/хімічна стабільність.
  Баланс між кристалічними жорсткими фазами та склоподібними компонентами визначає міцність і залишкову напругу.

зовнішній (поверхні) зона — пориста, повторно затверділий шар

• Типова товщина: часто від кількох мікрометрів до ~10–20 мкм; в агресивних режимах розряду зовнішня зона може бути більш товстою і нерегулярною.
• Мікроструктура: високотекстурований, що містить розрядні канали, повторно затверділі краплі та відкриті пори. Форма пор різна (сферичний, подовжені канали) і їх розподіл пов'язаний з розміром і щільністю розряду.
• Функціонування: збільшує шорсткість поверхні (що може бути корисним для утримання мастила або вторинного зчеплення),
  забезпечує велику площу поверхні для прикріплення біологічних клітин до імплантатів, але також створює шляхи для корозійних середовищ, якщо покриття не герметично.

Практична замітка щодо товщини та однорідності:

Товщина покриття регулюється витратою енергії (напруга, поточний, імпульсний режим) і час.

Однорідність у складних геометріях є складною справою: краї та гострі деталі зосереджують виділення та часто виявляються густішими, шорсткіші покриття, крім кріплення, використовується компенсація форми хвилі або руху.

Основні функціональні властивості та їх походження

Ефективні переваги покриттів Micro-Arc Oxidation випливають із хімічного складу кераміки та багатошарової архітектури, описаних вище.

Нижче наведено основні властивості, типові діапазони, що спостерігаються на практиці, і фізичні причини, що стоять за ними.

Твердість і зносостійкість

• Типова твердість поверхні (Вікри) діапазони: грубо ≈ 400–1700 HV для покриттів на основі алюмінію за загальнопромисловими рецептами.
  Оксиди, отримані з титану, і високоенергетичні рецепти можуть показувати подібні або дещо різні діапазони залежно від вмісту фази.
  Магнієві підкладки зазвичай дають нижчу абсолютну твердість, але все одно різко збільшуються порівняно з чистим сплавом.
• Механізм: утворення твердих кристалічних оксидів (наприклад глинозем корундового типу) а щільна керамічна матриця створює високу стійкість до вдавлення та низьку пластичність верхнього шару.
• Трибологічна продуктивність: у багатьох випробуваннях на дисках і на абразиві видно оброблені поверхні 10× до >100× зменшення об'ємного зносу порівняно з необробленими легкими сплавами; точний коефіцієнт залежить від матеріалу протилежної поверхні, навантаження та середовище.
  Містить тверді наночастинки (Zro₂, SIC, WC) в електроліт може додатково підвищити стійкість до абразивного зношування шляхом введення дисперсних твердих фаз у матрицю покриття.
• Компроміси: вища твердість часто корелює з більшою крихкістю та сприйнятливістю до мікротріщин під ударом або великими контактними навантаженнями; оптимальна конструкція врівноважує твердість і достатню міцність для застосування.

Корозійна стійкість

• Драйвери продуктивності: корозійна стійкість системи контролюється головним чином суцільністю та щільністю внутрішнього шару розділу та станом ущільнення зовнішньої пористої зони.
  Щільний, внутрішній шар, обмежений порами, перешкоджає транспорту іонів; негерметична пориста поверхня дозволяє локально проникати електроліт і може сприяти пошкодженню під плівкою.
• Практичне виконання: добре спроектовані та герметичні мікродугові окислювальні покриття на алюмінієвих сплавах можуть демонструвати суттєво покращені характеристики в нейтральному соляному спреї та електрохімічних випробуваннях порівняно з оголеним матеріалом,
  у деяких валідованих випадках досягає від сотень до тисяч годин у прискореному соляному спреї, коли застосовано етап герметизації.
  Для магнієвих і титанових сплавів, також видно покращення, хоча абсолютна продуктивність залежить від хімічного складу покриття та подальшої обробки.
• Механічне застереження: сама кераміка є хімічно стійкою, але макроскопічна стійкість до корозії вимагає уваги до макропористості та будь-якого гальванічного зв’язку, який вводять вбудовані види або герметики.

Електроізоляція (діелектричні властивості)

• Типовий питомий електричний опір: щільні ділянки оксиду демонструють дуже високий питомий опір (порядок величини 10⁹–10¹² Ω·см у багатьох випадках),
  і міцність на прорив щільних областей може бути порядку кВ/мм (конкретні значення сильно залежать від товщини, пористість і фазова чистота).
• Інженерне використання: коли внутрішній шар суцільний і достатньо товстий, Покриття мікродугового окислення можуть забезпечити корисну поверхневу ізоляцію електронних компонентів і пристроїв високої напруги.
  Пористість і дефекти повинні бути зведені до мінімуму для надійного високовольтного обслуговування.

Термічна стійкість і поведінка при термічному ударі

• Термічна витривалість: керамічні компоненти (глинозем, титанія, силікати) термічно стійкі до високих температур — часто кілька сотень °C, а в деяких випадках >800 °C для короткочасного впливу — але композитне покриття та межа розділу повинні бути оцінені для тривалого впливу та для циклічного теплового навантаження.
• Тепловий удар: невідповідність теплового розширення між оксидом і підкладкою, а також залишкові напруги від швидкого затвердіння можуть спричинити мікротріщини, якщо покриття занадто товсте або якщо частина зазнає швидкого, великі коливання температури.
  Правильно розроблені покриття, з обмеженою товщиною та відповідним фазовим складом, може переносити значні температурні екскурсії, але потрібна перевірка для конкретної програми.

Біосумісність і біоактивність (титанові підкладки)

• Хімія поверхні & морфологія: для застосування імплантатів пористий зовнішній шар може бути навмисно легований кальцієм і фосфатом за допомогою відповідних електролітних складів.
  Це призводить до утворення поверхонь, які підтримують зародження гідроксиапатиту та посилюють прикріплення та проліферацію остеобластів.
• Функціональний вплив: оброблені титанові сплави з контрольованою пористістю та введенням Ca/P продемонстрували покращену змочуваність та поверхневу енергію, що сприяє біологічній інтеграції;
  однак, клінічне визнання вимагає суворого тестування на біосумісність (in vitro та in vivo) і контроль хімічного складу фаз, щоб уникнути несприятливого вивільнення іонів.

6. Загальні промислові застосування мікродугового оксидування

Покриття мікродугового окислення використовуються скрізь, де легка підкладка потребує твердості, зносостійкий, термічно стабільна або функціонально активна керамічна поверхня.

Аерокосмічний

• Поверхні ковзання та опори на компонентах планера та привідному обладнанні, де економія ваги є критичною, але термін служби має бути подовжений.
• Конструкційні частини та екрани, що піддаються впливу тепла, де стабільність керамічної поверхні при підвищених температурах покращує довговічність.
• Застосування для захисту від удару блискавки та ізоляції в поєднанні з електропровідними або ізоляційними обробками.

Автомобільний & транспортування

• Легкі компоненти двигуна (поршневі вінці, частини клапанного механізму, гільзи циліндрів на гібридних/полегшених двигунах) які потребують підвищеної стійкості до стирання та термічної здатності.
• Компоненти гальмівної системи, зчеплення або кулачки, де виникають високі контактні напруги та температурні відхилення.
• Поверхні зносу на корпусах двигунів електромобілів, де потрібна електрична ізоляція та розсіювання тепла.

Біомедичний & зубні імплантати

• Імплантати з титану та титанових сплавів (ортопедичні, стоматологічний) з пористими, поверхневі шари, леговані кальцієм/фосфатом, для сприяння росту кісток і зародження гідроксиапатиту.
• Несучі поверхні імплантів, де потрібна комбінована зносостійкість і біоактивність; Мікродугове окислення можна налаштувати для сприяння адгезії клітин, зберігаючи механічну цілісність.

Енергія, нафта & газові та промислові машини

• Корозійно-стійкі/зносостійкі покриття на легких компонентах насосів, клапани та сепаратори — особливо там, де економія маси є перевагою.
• Теплозахисні шари на компонентах систем виробництва електроенергії або вихлопних систем; корисний там, де корисні властивості термічного бар’єру кераміки.

Інструментарія, прес-форми та виробниче обладнання

• Алюмінієвий інструмент для лиття під тиском, екструзія, лиття під тиском і холодне формування, де підвищений термін служби подовжує термін служби інструменту та скорочує час простою.
• Липові стрижні та вставки з твердими оксидними поверхнями, які зменшують задирання та покращують властивості вивільнення.

Електроніка та електроізоляція

• Тепловоліки, корпуси та шини на алюмінієвих підкладках, які вимагають діелектричних покриттів для електричної ізоляції або зміни поверхневої випромінювальної здатності.
• Високовольтні ізолятори та прохідні отвори, де щільний внутрішній оксид забезпечує надійну діелектричну міцність.

7. Переваги & обмеження

Нижче наведено збалансовану презентацію основних переваг і практичних обмежень, на які інженери та групи із закупівель повинні зважити, оцінюючи технологію.

Переваги мікродугового оксидування

Металургійне зчеплення та довговічність

Покриття зростає з підкладки та закріплюється металургійним шляхом, а не механічно.

Цей зв'язок зменшує ризик розшарування за багатьох умов експлуатації та забезпечує дуже хорошу адгезію порівняно з багатьма напиленими або наклеєними покриттями.

Висока твердість та зношування

Керамічні фази утворюються на місці (наприклад глинозем на алюміній) забезпечують значне збільшення твердості поверхні та різке зниження абразивного та адгезивного зношування.

Це робить процес привабливим для ковзання, ущільнення та абразивні середовища.

Функціональна настроюваність

Хімічний склад електроліту та контроль форми електричного сигналу дозволяють включати функціональні види (силікати, фосфати, кальцій, фтор, наночастинки) адаптувати корозійну поведінку, біоактивність, тертя або змащування.

Термічна та хімічна стабільність

Складові керамічного оксиду за своєю суттю більш стабільні, ніж органічні покриття при підвищених температурах; отже, покриття з мікродугового окислення розширюють високотемпературну здатність легких сплавів.

Електроізоляційна здатність

Коли внутрішній щільний оксид безперервний, покриття забезпечує корисну діелектричну міцність, яку можна використовувати для ізоляції або високовольтних компонентів.

Екологічні регуляторні переваги

У деяких випадках зносу та корозії мікродугове окислення є екологічно кращою альтернативою хромуванню, оскільки воно уникає хімії шестивалентного хрому.; однак, утилізація відходів у ванній все ще потрібна.

Одноетапне перетворення поверхні на легких сплавах

Технологія Micro-Arc Oxidation перетворює поверхню підкладки на функціональну кераміку за одну ванну, уникнення багатоетапної послідовності осадження в багатьох випадках використання.

Обмеження мікродугового оксидування

Вимоги до пористості поверхні та ущільнення

Зовнішній шар має характерну пористість. Для застосувань, чутливих до корозії, покриття зазвичай потребує етапу ущільнення (органічне/неорганічне просочення, золь-гель, PVD кришка) для запобігання проникненню корозійних середовищ. Ущільнення ускладнює процес і підвищує вартість.

Крихкість і обмежена в'язкість

Керамічні оксиди тверді, але крихкі. Товсті або дуже тверді покриття, кристалічні шари можуть тріскатися під впливом ударів або великих циклічних навантажень.

Це обмежує товщину покриття та вимагає валідації конструкції для динамічних навантажень і втомних середовищ.

Чутливість і нерівномірність геометрії

Гострі краї, тонкі ребра і складні риси концентрують мікророзряди і часто стають товщі, шорсткіші покриття, відомі як краєві ефекти.

Досягнення рівномірного покриття на складних частинах вимагає продуманого кріплення, рух частини, розробка форми сигналу або кілька орієнтацій під час обробки.

Високовольтне обладнання та безпека

Процес працює під напругою кілька сотень вольт і вимагає надійних систем безпеки, кваліфіковані оператори та режими обслуговування. Силова електроніка та контроль додають капітальних і експлуатаційних витрат.

Споживання енергії та час циклу

У порівнянні з простим анодуванням, процес споживає більше електроенергії на одиницю площі, а час обробки може коливатися від кількох хвилин до десятків хвилин залежно від товщини мішеней.

Планування пропускної здатності повинно враховувати час обробки та пост-обробки.

Відтворюваність процесу & проблеми масштабування

Відтворювані режими розряду для партій і різних геометрій деталей нетривіальні.

Масштабування від прототипу до виробництва часто вимагає інвестицій у розробку процесу (DOE), системи моніторингу та контролю (реєстрація напруги/струму, ванна аналітика).

Не є універсальним для всіх металів

Тільки вентильні метали, які утворюють відповідні ізоляційні оксиди, реагують на мікродугове окислення. Сталь, сплави нікелю та міді зазвичай не можна обробляти безпосередньо.

8. Порівняльний аналіз: Мікродугове окислення проти інших технологій обробки поверхні

Інтерпретація:

Мікродугове оксидування унікальним чином поєднує твердість кераміки та металургійне з’єднання легких сплавів;

він конкурує з твердим анодуванням і хромуванням для зношування, але пропонує інші компроміси (пористість vs. твердість, Екологічний слід, економія ваги підкладки).

Термічний спрей чудово підходить для дуже товстих конструкцій, але йому не вистачає зв’язку росту, характерного для оксидних методів.

9. Висновок

Мікродугове оксидування є трансформаційним, екологічно сприятливий метод інженерії поверхні, який поєднує в собі електрохімію, плазмові мікророзряди та швидке затвердіння для вирощування керамічних плівок in situ на вентильних металах та їх сплавах.

Отримані оксидні системи металургійно з’єднуються з підкладкою та забезпечують пакет високоцінних властивостей — підвищену твердість, різко підвищена зносостійкість,

підвищена корозійна і термічна стійкість, хороша діелектрична міцність і, де сформульовано, біоактивність — якої важко досягти однією традиційною обробкою.

Прийняття промисловості охоплює аерокосмічну промисловість, автомобільний, електроніка, секторі біомедичної та інструментальної промисловості, оскільки мікродугове окислення поєднує високу продуктивність із можливістю нанесення покриття складної геометрії та уникнення деяких небезпечних хімікатів, які використовуються під час звичайного нанесення покриттів.

Одночасно, залишаються практичні обмеження: техніка в основному обмежена вентильними металами, однорідність покриття на великих або складних частинах може бути складною,

контроль дефектів і управління ванною збільшують вартість процесу, і споживання енергії вище, ніж для простого анодування.

Постійні досягнення — розумніше керування формою хвилі потужності, композитні та дуплексні покриття, покращена фіксація та автоматизація, переробка ванни та варіанти процесів з меншим енергоспоживанням — швидко розширюють сферу застосування та зменшують витрати та вплив на навколишнє середовище.

У міру дозрівання цих подій, Micro-Arc Oxidation має хороші можливості для того, щоб стати основною технологією розробки поверхонь для високої продуктивності, легке та довговічне виробництво.

Поширені запитання

Які метали можна обробляти мікродуговим оксидуванням?

В першу чергу алюміній і його сплави, магнієві та титанові сплави — метали, які утворюють електроізоляційний оксидний шар, придатний для діелектричного пробою та утворення мікророзрядів.

Наскільки товстими та твердими є покриття, нанесені мікродуговим оксидуванням?

Типові промислові покриття варіюються від 5 до 60 мкм в товщину; твердість поверхні зазвичай коливається від 400 до 1,700 HV, залежить від енергії процесу, фазовий склад і хімічний склад електроліту.

Чи замінює мікродугове оксидування тверде хромування?

Він може замінити твердий хром для деяких застосувань на легких основах, особливо там, де є проблеми з навколишнім середовищем або нормативно-правові акти.

Однак, хромування ще пропонує дуже щільне, поверхні з низькою пористістю на багатьох підкладках; найкращий вибір залежить від функціональних вимог.

Чи потребують покриття з мікродугового оксидування додаткової обробки?

Часто так. Оскільки зовнішня поверхня пориста, ущільнювач (органічні або неорганічні), просочення мастилами, або тонке накладення (PVD) зазвичай використовується для підвищення стійкості до корозії та зменшення тертя.