Микродуговое оксидирование

Лаборатория микродугового оксидирования выполняет следующие виды работ:


- разрабатывает технологии упрочнения деталей различного назначения,

- выполняет упрочнение опытных партий,   

- разрабатывает и изготавливает оборудование и приспособления для создания участков МДО на предприятиях Заказчика.

Микродуговое оксидирование позволяет получать многофункциональные керамикоподобные покрытия с уникальным комплексом свойств, в том числе износостойкие, коррозионностойкие, теплостойкие, электроизоляционные и декоративные покрытия, характеризующиеся высокими эксплуатационными показателями. Суть метода заключается в формировании на поверхности детали в условиях воздействия микродуговых разрядов высокопрочного износостойкого покрытия (МДО-покрытия), состоящего преимущественно из a-AlO (корунда) и других окислов алюминия.

Основным отличием процесса микродугового оксидирования является использование энергии электрических разрядов, мигрирующих по обрабатываемой поверхности, погруженной в 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 до 1000 В, причем чаще используется не постоянный, а переменный и импульсный токи, а электролиты применяются не кислотные, а, в основном, слабощелочные.

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, достижение уникально высокой твердости (до 2000-2500 кг/мм²) и износостойкости МДО-покрытий.

Структура и состав оксидных слоев, помимо природы обрабатываемого металла, 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 (аэрокосмической, приборостроении, электронной, химической, нефтегазовой, автомобильной, инструментальной, текстильной, медицинской, машиностроении, производстве строительных конструкций, товаров бытового назначения и т.д.), в различных узлах (запорная арматура, детали насосов и компрессоров, пресс-оснастка, детали двигателей внутреннего сгорания и т.д.) для повышения износостойкости, коррозионнозащитных свойств, диэлектрических, теплозащитных и декоративных характеристик.

Перечень деталей, которые можно подвергать МДО-обработке достаточно широк и включает всевозможные детали, выполненные из алюминиевых и титановых сплавов.

Образцы деталей, обработанных методом микродугового оксидирования


Специалисты Центра разработали технологию упрочнения рабочих колес турбодетандеров, выполненных из алюминиевого сплава АК-6. При этом показано, что 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.

На основе выполненных исследований разработан технологический регламент, который приведён в документе "Временный технологический регламент нанесения керамического покрытия методом микродугового оксидирования на опытную партию рабочих колёс турбодетандеров".

В авиационном и автомобильном двигателестроении нанесение покрытий на цилиндро-поршневую группу позволяет защитить ее от высокотемпературной газовой эрозии и снизить температуру металла основы примерно в 1,5 раза. Это относится также к лопаткам турбин и соплам движителей.

В приборостроении, электротехнической и электронной промышленности МДО-покрытия применяются в качестве антидиффузионных слоев нагревательных систем, используемых в производстве чипов; диэлектрических слоев теплоотводов интегральных микросхем; матированных - дающих диффузное рассеяние и черных - поглощающих (до 96-98% в диапазоне волн 370-600 нм) слоев, - работающих в качестве абсорберов радиаторов.

Применение МДО для формовки танталовых анодов электролитических конденсаторов позволяет увеличить их объемную удельную емкость в 2-5 раз при сокращении времени процесса на два порядка.

В нефтехимической и газовой промышленности хорошо показали себя коррозионно-износостойкие МДО-покрытия на алюминии и двухслойные покрытия (напыленный алюминий - МДО) на стали - для плунжеров насосов, торцевых уплотнений (вместо силицированного графита и твердого сплава), шиберов задвижек, многократно повышая их срок службы в сероводородсодержащих средах.

Имеются наработки по оксидированным алюминиевым бурильным трубам и сведения об использовании МДО-покрытий в качестве катализаторов для оксидного катализа.


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 МДО 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, использование алюминиевых сплавов с МДО-покрытиями существенно облегчает работу движущихся деталей.

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.

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.

Оборудование для микродугового оксидирования


Специалисты Центра имеют опыт разработки и создания источников питания и комплектующих для установки микродугового оксидирования.

По заказу некоторых предприятий были изготовлены несколько источников питания, а также выполнена комплексная разработка участка формирования МДО-покрытий общей мощностью до 150 кВА. Участок пущен в эксплуатацию в 2012  году.

Установка для микродугового оксидирования (УМДО) имеет блочную конструкцию и состоит из следующих основных частей:


• ванны электролитической с системами крепления деталей, охлаждения, борбатирования и вентиляции;

• источника питания (блока усилителя), включающего:

- силовой блок,

- блок коммутации,

- блок управления и сигнализации;

• защитного ограждения ванны с системой блокировки.






Основные технические характеристики УМДО


Наименование показателей,

Значение величины

единицы измерения

1

Питающая сеть:

 

 

• напряжение номинальное, В

380±40

 

• число фаз

3

 

• частота, Гц

50±1

2

Общая потребляемая мощность, не более, КВА

50

3

Емкость конденсаторной батареи источника питания, мкф

2000

4

Максимальная амплитуда напряжения, развиваемая на источнике, В

760

5

Номинальная величина рабочего тока, А

60

6

Ток короткого замыкания, А

100

7

Число ступеней регулирования тока

5

8

Объем электролитической ванны, л

450; 60

9

Температура электролита, К (°С)

293 – 333 (20 – 60)

10

Габаритные размеры, мм:

 

 

• ванны электролитической

910х1200х850

 

• источника питания

500х2000х1700

 

• защитного ограждения

1000х1800х2400

11

Общая масса, кг, не более

950