25.01.2020

Микродуговое оксидирование алюминия в домашних условиях

Микродуговое оксидирование – технология модификации поверхности металла

Микродуговое оксидирование – технология модификации поверхности металла.

Микродуговое оксидирование позволяет получать покрытия различного назначения: термостойкие, электроизоляционные, декоративные, коррозионностойкие и защищающие от фреттинг-коррозии в частности, износостойкие, а также являющиеся подслоем для нанесения полимерных материалов.

Описание:

Микродуговое оксидирование – один из самых перспективных методов поверхностной обработки поверхности металлов за счет ее (поверхности) модификации. Микродуговое оксидирование позволяет получать покрытия различного назначения: термостойкие, электроизоляционные, декоративные, коррозионностойкие и защищающие от фреттинг-коррозии в частности, износостойкие, а также являющиеся подслоем для нанесения полимерных материалов.

Сущность метода заключается в том, что при пропускании тока большой плотности через границу раздела металл-электролит создаются условия, когда напряженность на границе раздела становиться выше ее диэлектрической прочности и на поверхности электрода возникают микроплазменные разряды с высокими локальными температурами и давлениями. Результатом действия микроплазменных разрядов является формирование слоя покрытия, состоящего из окисленных форм элементов металла основы и составляющих электролита. В зависимости от режима микроплазменного оксидирования и состава электролита можно получать керамические покрытия с уникальными характеристиками и широчайшим спектром применения.

Модификация поверхности и структурирование переходного слоя достигается реализацией последовательности из серий периодических формующих электрических импульсов особой формы. Посредством управления амплитудой, длительностью, фронтами и срезами, фазовым соотношением, позиционным комбинированием и частотой импульсов происходит генерация плазменных разрядов. Они синтезируют твердые структуры металлокерамических соединений (композитов) высокотемпературных полиморфных модификаций из элементов материала основы с определенной избирательностью, зависящей от состава нормально-активирующей или нормально-пассивирующей среды (рН и состав электролита).

Разработаны технологические процессы нанесения покрытия на основе оксида алюминия, диоксида кремния и пр.

Микродуговое оксидирование в научной литературе имеет и другие названия: плазменно-электролитный синтез оксидных слоев, плазменно-электролитическое оксидирование, оксидирование в электролитной плазме, поверхностная обработка в электролитной плазме, микроплазменное электролитическое оксидирование, анодно-искровое оксидирование.

Преимущества:

– возможность создания сверхпрочных покрытий с уникальными характеристиками,

– получение нескольких защитных характеристик в комплексе,

– практически бесконечный срок службы электролита,

– возможность обработки сложнопрофильных деталей, в том числе и внутренней поверхности труб,

– высокая рассеивающая способность электролита (покрытие наносится в отверстия и полости с минимальными затруднениями),

– нет необходимости в специальной подготовке поверхности перед нанесением покрытия и механообработке после нанесения покрытия,

– получение разных покрытий на одном материале,

– экологическая чистота производственного процесса ,

– низкая себестоимость покрытия,

– отсутствие вредных газообразных выбросов в атмосферу,

– придание поверхности одновременно нескольких видов функциональных характеристик,

– наличие возможности встроить новое МДО оборудование в уже существующие технологические линии,

– не требуется специальной подготовки поверхности,

– поверхность обрабатываемых деталей – от нескольких квадратных миллиметров до метров.

Линия для микродугового оксидирования:

Производственная линия для микродугового оксидирования состоит из:

– силового оборудования – специализированных источников питания,

– ванн, в которых проводиться подготовка поверхности, обработка и промывка,

– манипулятора для перемещения подвески с деталями (в случае серийного производства),

– металлоконструкций для размещения ванн и манипулятора,

– вспомогательного оборудования – дистиллятора, насоса -фильтра для очистки и перекачки растворов, резервных емкостей, приборов контроля качества покрытия и состояния электролита.

От источников питания на клеммы ванн подаются импульсы тока определенной формы, при этом деталь выполняет роль анода, в качестве катода служит ванна или дополнительные электроды, как правило, из нержавеющей стали.

Линия для микродугового оксидирования отличается:

– сравнительно невысоким энергопотреблением,

– высокой производительностью,

– небольшой производственной площадью,

– простотой обслуживания и минимальным количеством персонала,

– экологической безопасностью производства,

– доступность реактивов и других используемых расходных материалов.

Количество необходимых технологических операций при микродуговом оксидировании существенно меньше, чем при традиционных процессах анодирования. Это следует из отсутствия многочисленных подготовительных операций и экологичности применяемых растворов. Оно включает следующие операции: загрузка, обезжиривание, промывка, нанесение МДО покрытия, улавливание, промывка, выгрузка. После загрузки-монтажа деталей на подвеску проводится обезжиривание, после чего детали поступают на обработку. При больших масштабах производства после ванны нанесения покрытия ставят ванну улавливания для более рационального использования химикатов и промывной воды.

использование технологии микродугового оксидирования при разработке двс
микродуговое оксидирование алюминия в домашних условиях мдо санкт петербург обзор chm оборудование поршней и гильз теория технология оборудование титана цилиндро поршневой группы в двс
метод генератор электрические схемы установок технология установка обобщенная модель микродугового оксидирования алюминиевых сплавов михеев тип а371 517

Чернение алюминия в домашних условиях: средства, методы, порядок действий, советы

27 Ноября, 2018
Разное
Тамила Гресько

Ввиду того, что большинство марок стали подвержено коррозии, при контакте с водой они начинают ржаветь. Также это может произойти, если изделие находится в помещении с повышенной влажностью воздуха. Конечно, коррозийный процесс можно предотвратить, если каждый раз стальную поверхность вытирать насухо. Преимущественно на металлические изделия наносят при помощи кисточки или путем напыления антикоррозийную краску.

Однако это не решение проблемы, если в конструкции предусмотрены резьбовые соединения или имеются подвижные детали. Оптимальным вариантом в таких случаях станет процесс воронения. Несмотря на то что ржавчина на алюминии не образуется, судя по отзывам, бывает, что владелец хочет этот металл зачернить. Для этой цели также можно посоветовать данную процедуру. Ее еще называют синением. Но если придерживаться технической терминологии, то этот процесс правильнее называть оксидированием. Как зачернить алюминий? Что для этого понадобится? Информацию о том, как выполнить чернение алюминия в домашних условиях, вы найдете в данной статье.

В чем суть процедуры?

Прежде чем приступить к чернению алюминия в домашних условиях, следует разобраться, в чем же заключается смысл данного процесса. Как утверждают специалисты, его суть в том, чтобы создать такие условия, в которых на металлической поверхности образовалась бы пленка из окиси железа. В зависимости от того, какой способ воронения алюминия был выбран, толщина ее может составлять от 1 до 10 мкм. Воздействовать на металл можно тремя способами. Следовательно, чернение алюминия в домашних условиях бывает термическим, кислотным и щелочным. В первом случае изделие подвергается нагреву, а в двух остальных оно обрабатывается в соответствующем растворе. В ходе воронения на поверхности будут меняться цвета побежалости. Мастеру достаточно лишь определиться с нужным цветом окисления и вовремя остановить процесс.

Читать еще: Как очистить алюминий до блеска

О хлористом железе

Судя по отзывам, некоторые домашние умельцы вытравливают печатные платы и получают таким образом жидкость для чернения алюминия. Далее в эту отработку опускают на определенное время блестящие металлические детали. Тем, кто интересуется, как выполнить чернение алюминия в домашних условиях, можно посоветовать не усложнять процесс вытравливанием плат, а сразу обзавестись хлорным железом для изготовления нужного раствора. Работать данным методом можно как с алюминием, так и с дюралью, сталью и латунью.

Судя по отзывам, лучше всего чернятся алюминиевые поверхности. С дюралевыми дело обстоит несколько хуже. Стальные, как утверждают мастера, практически не чернятся. Однако на них образуется специфический налет, который можно спутать с ржавчиной. Тем не менее стальная поверхность уже не так блестит и смотрится гораздо лучше. Латунные изделия после обработки в хлористом железе также черными не становятся, но приобретают матовый красноватый оттенок.

Как воронить хлористым железом? С чего начать?

Если обработке подлежат алюминиевые изделия небольших размеров, то можно ограничиться 15-20 граммами этого вещества. Чернение алюминия в домашних условиях посредством хлористого железа состоит из нескольких этапов. Прежде всего следует все подготовить к работе. Сначала хлористое железо разводится водой. Важно, чтобы смесь было удобно намазывать. Чтобы она была густой и не растекалась, воды нужно брать небольшое количество. Далее раствору необходимо дать время настояться. За это время можно подготовить к воронению непосредственно само изделие: с его поверхности счищают грязь и пыль, а далее обезжиривают. Судя по отзывам, его достаточно помыть под краном с мылом.

Ход работы

Если раствор приготовлен, а алюминиевая поверхность очищена, можно приступать непосредственно к воронению. Работать придется палочкой с намотанной на одном конце ватой.

Этой палочкой зачерпывают смесь и наносят на нужный участок. При этом нужно следить, чтобы она не растекалась, а оставалась на месте. После изделие на некоторое время следует оставить, не мешать химической реакции. Чтобы она протекала быстрее, хлористое железо специалисты рекомендуют разводить теплой водой. Как утверждают домашние умельцы, алюминий почернеет уже через 10 минут. Дюралевые изделия придется воронить дольше – химическая реакция займет полчаса.

Завершающий этап

В результате воронения хлористым железом поверхность должна получиться темно-серой с матовым оттенком. Несмотря на то что вороненый алюминий уже не дает бликов, может случится так, что сам цвет мастера не устраивает. В таком случае деталь промывается и процедура повторяется снова. Можно попробовать раствор подержать подольше. В конце изделие снова моют в воде и сушат.

Как чернить оливковым маслом и яичным белком?

Суть данного метода в следующем. Сначала деталь из алюминия тщательно полируется мелкозернистой наждачной бумагой. Далее обезжиривается в содовом растворе. Затем на изделие наносят оливковое масло и нагревают при помощи спиртовой лампы. Очень важно, чтобы пламя не давало копоти. Термообработку следует выполнять до тех пор, пока на поверхности не проступит черный цвет. За это время масло выгорит и его придется нанести повторно. Как утверждают специалисты, намазывать деталь придется часто. После поверхность охлаждается и тщательно вытирается. От данной процедуры практически не отличается метод с использованием яйца. Разница лишь в том, что на поверхность следует наносить не оливковое масло, а сбитый яичный белок. Желательно, чтобы перед воронением он настоялся в теплом месте пару дней. Когда на детали он достаточно подсохнет, ее начинают нагревать до красна. В конце белок должен отстать, а алюминий под ним окрасится в черный цвет.

О меднении

Для окрашивания поверхности предусмотрен гальванический способ. Благодаря медному слою внешне изделие получится более привлекательным. Это объясняет, почему медное гальваническое покрытие используется преимущественно в дизайнерских проектах. Кроме того, слой меди обеспечивает металл высокой электропроводностью. Меднение может быть основным процессом, задача которого – создать поверхностный слой. Также данный гальванический способ используют в качестве промежуточной операции, когда требуется нанести на поверхность другой металлический слой. Например, если нужно выполнить серебрение, хромирование и никелирование.

Что понадобится для работы?

Как утверждают мастера, чернить алюминий данным способом можно дома. Однако прежде нужно обзавестись необходимым оборудованием и материалами. В первую очередь готовят источник электрического тока. Для этой цели вполне подойдет батарейка КБС-Л, рассчитанная на 4,5 вольт. Некоторые умельцы рекомендуют 9-вольтовые батарейки «Крона». Можно также воспользоваться автомобильным аккумулятором или маломощным выпрямителем на 12 вольт.

Чтобы была возможность регулировать и плавно остановить процесс, понадобится реостат. Раствор электролита будет содержаться в нейтральной стеклянной емкости или пластиковой широкой посудине. Подвести ток к раствору можно будет посредством анодов.

Как приготовить раствор?

Для качественной гальваники нужно запастись следующими химическими реактивами:

Медным купоросом. Достаточно будет 20 г.
Соляной или серной кислотой (2-3 мл).

Для приготовления электролитного раствора эти вещества растворяют в дистиллированной воде. Специалисты советуют использовать не менее 1 литра. Подробнее о том, как осуществить в домашних условиях чернение алюминия медным купоросом, – далее.

Описание процесса

Судя по отзывам, процедура пройдет без проблем, если придерживаться следующей очередности действий. Первым делом деталь очищается и обезжиривается. Затем изделие нужно опустить в пустую емкость. Теперь к алюминию можно подключить отрицательную клемму. В отдельной емкости готовится раствор электролита. Далее с одного конца многожильного медного провода снимается изоляция. Должно получиться нечто наподобие кисточки.

Читать еще: Как сварить алюминий инвертором

Вторым концом провод соединяют с положительной клеммой. Процедура чернения состоит в том, что кисточку смачивают в приготовленном растворе, и не касаясь обрабатываемой детали, проводят по ее поверхности. В конце изделие из алюминия моют и сушат.

Микродуговое оксидирование алюминия в домашних условиях

Актуальная задача уменьшения массы машин и механизмов без потери их производительности и механических свойств является причиной поиска и использования новых материалов и композитов. Широко применяемые в авиа- и машиностроении, химической и нефтегазовой промышленности алюминий и алюминиевые сплавы обладают достаточной прочностью и высокой коррозионной стойкостью при малом удельном весе. Однако ряд недостатков алюминиевых сплавов, таких как низкая температура плавления и износостойкость, высокая теплопроводность ограничивают использование данного материала [1].

Одним из наиболее эффективных, экономичных и экологически безопасных способов модифицирования поверхности алюминиевых сплавов, является микродуговое оксидирование. В основе процесса лежит высокотемпературная электрохимическая реакция в виде микродуговых разрядов на поверхности деталей, помещенных в электролит. Результатом реакции является образование покрытия большой толщины (до 400 мкм), обладающего высокой твердостью, прочностью, низкой химической активностью, тепло- и электропроводностью [2, 3]. Механические параметры покрытия регулируются составом электролита и электрическим режимом обработки. Электролит содержит щелочные растворы натрия, калия и других легирующих элементов. Напряжение активации процесса, как правило, составляет 450-500 В [4].

Основой состава МДО-покрытия являются высокотемпературные α- и γ-фазы оксида алюминия (корунд), а также различные химические соединения элементов состава электролита: Al2SiO5 (силлиманит), K(AlSi3O8) (ортоклаз) [5, 6].

Покрытия состоит из трех слоев (рис. 1).

Рис. 1. Схема структуры покрытия при микродуговом оксидировании алюминия.

Основным слоем МДО-покрытия является рабочий слой (2). Технологический слой, как правило, имеет высокую пористость, низкие механические свойства, и поэтому удаляется при обработке или в процессе эксплуатации детали.

Для проведения процесса микродугового оксидирования применяются источники питания конденсаторного или тиристорного типа с рабочим напряжением 400-800 В, которые имеют простую конструкцию, высокую мощность и надежность [7].

Частота работы данных источников питания часто равна частоте промышленной сети, и составляет 50 Гц (в некоторых источниках частота электрического тока процесса равна 300 Гц).

Целью данной работы является исследование особенностей процесса микродугового оксидирования при работе с разными источниками питания, для получения покрытия с повышенными свойствами при снижении энергозатрат процесса.

Методика и проведение исследования

В данной работе рассмотрен процесс микродугового оксидирования детали из алюминиевого сплава Д16 при работе с конденсаторным источником питания. Рабочее напряжение источника питания 450-600 В, регулировка тока ступенчатая (0-20 А), частота 50 Гц.

Условная схема источника питания, регулируемого с помощью изменения емкости конденсаторной батареи, представлена на рис. 2.

Рис. 2. Условная схема конденсаторного источника питания МДО.

При работе такого источника питания, значение электрического тока в системе деталь-ванна напрямую зависит от емкости конденсаторных батарей, и является равным току заряда конденсаторов за один период переменного тока [8].

Так как источники питания работают от промышленной сети (синусоидальный сигнал), процесс заряда конденсаторов начинается еще до достижения напряжения цепи, необходимого для образования микродуговых разрядов. Таким образом, часть электроэнергии затрачивается до начала процесса образования покрытия.

Для детального исследования процесса была применена высокоскоростная видеосъемка процесса МДО с помощью фото-видеокамеры Fujifilm SL1000, скорость съемки составляла 480 кадров в секунду.

В качестве обрабатываемой детали использовался диск из алюминиевого сплава Д16 диаметром 150 мм, толщиной 10 мм. Значение напряжения в системе деталь-ванна составляло 450-500 В., плотности тока j = 12 А/дм2.

На рис. 3 показаны стадии процесса оксидирования, соответствующие определенным значениям времени в одном периоде переменного тока в системе деталь-ванна. В таблице 1 указаны значения времени, соответствующие кадрам на рис. 3.

Рис. 3. Стадии формирования микродуговых разрядов за один период переменного тока, где Ua – амплитудное значение напряжения, Ur – действующее значение напряжения.

Значения времени для стадий формирования разряда при МДО