Функціональне призначення плазмо-електролітних покриттів, синтезованих на різних металах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Функціональне призначення плазмо-електролітних покриттів, синтезованих на різних металах

O. А. Мартинюк¹ - ст. гр. ПМ-41

P. І. Чижевський¹ - ст. гр. ПМс-31

Г.О. Калугіна²

`Луцький національний технічний університет

²Волинський НДЕКЦ МВС України

В даній статті описано вплив складу електроліту на властивості оксидокерамічного покриття. В статті проведено аналіз впливу вмісту електроліту на фізичні та .механічні властивості плазмо-електролітних покриттів.

Постановка проблеми

Деталі сучасних машин працюють у тяжких умовах. Робочі органи землерийних, сільськогосподарських, гірничопрохідницьких машин зазнають посиленого тертя і спрацювання. Міцність і стійкість потрібні інструментам для обробки металів, валам двигунів та верстатів, деталям пресів, металургійного устаткування та іншим машинам. Тертя і спрацювання - головні їх вороги. Тому захист металів від спрацювання та корозії є на сьогодні дуже актуальною проблемою [1].

Сучасність вимагає розробки нових матеріалів або методів їх зміцнення, які б забезпечували високі експлуатаційні властивості конструкцій, механізмів, приладів та ін. Останнім часом інтенсивно розвивається метод плазмо-електролітного оксидування металів, як поверхневий захист деталей та елементів конструкцій від корозії та зношування [2,3].

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Загальноприйнятої моделі процесу утворення конверсійних оксидокерамічних покриттів на металах на даний час немає. Однак, для того аби уникнути або зменшити вплив агресивних середовищ використовують плазмо-електролітне оксидування (ПЕО) вентельних металів (Al, Mg, Ti, Zr, Ta) за рахунок утворення на поверхні оксидокерамічного покриття (ОКП) [2,3]. Синтезовані ОКП мають подібну до керамічних матеріалів, полікристалічну структуру. Відрізняються вони високою адгезією до матриці, корозостійкою стійкістю та твердістю [4].

Метою дослідження є порівняння властивостей синтезованої оксидокераміки на різних сплавах.

Склад електроліту, разом із матеріалом підкладки, режимом і часом обробки, є визначальним чинником процесу плазмо -електролітного оксидування та суттєво впливає на склад, структуру і властивості одержаних покриттів.

Покриття нанесене на поверхні зразка зі сплаву алюмінію марки А5Н в електролітах на основі солей алюмінію та винної кислоти були сформовані поверхневі шари в уніполярному потенціал динамічному режимі з подальшою витримкою. Такі покриття характеризуються підвищеною твердістю і жаростійкою [5].

Проведені дослідження нанесення покритів в електролітах на основі тартрата калія і фторида натрія можна отримувати покриття, які характеризуються підвищеною твердістю (до 7000 МПа) відносно до матеріалу основи і термостабільністю до 800 С° [5].

Отримані покриття характеризують собою густі темно-коричневі плівки. На поверхні зразка після синтезу залишається білий наліт який легко видаляється, складається він з різних фаз гідроксиду алюмінію, згідно даним рентгено-фазового аналізу. Товщина покриття складає 30 мкм.

На основі значень мікротвердості поверхневих шарівв, отриманих при різних режимах формування, можна зробити висновок, що поверхневий шар, сформований в комбованому режимі володія найбільшою мікротвердістю (21 ГПа) порівнюючи його з покриттям, сформованих в інших режимах ( не більше 12 ГПа) [5].

Електроліти які використовуються при пламо-електролітному оксидуванні магнію являють собою лужний розчин фосфатів, силікатів, алюміната натрія, фторидів [6].

Встановлено, що при використанні постійно -струмових і імпульсних монополярних режимів плазмового електролітичного оксидування магнію отримують покриття в його складі, яке володіє невисокими захисними властивостями, низькою твердістю (8-12 ГПа), при цьому товщина покриття отриманого в біполярному режимі ПЕО, складає 16 мкм , а для покриттів отриманих в монополярному режимі, вона значно менша, всього 8 -10 мкм [6].

На сьогодні є актуальними дослідження сплавів після обробки методом ПЕО магнієвих сплавів (системи Mg-Mn) в змінно-струмових або імпульсних біполярних режимах, Ці сплави відносяться до важливої групи деформівних середньої міцності. Тому ПЕО-покриття для сплавів системи Mg-Mn є дуже перспективними.

В сучасній медицині широко використовуються штучні матеріали для заміни пошкоджених тканин та органів. В імплантології використовуються переважно титанові сплави - матеріалів з прийнятними (але небездоганними) корозійними та корозійно-механічними властивостями, а саме: ВТ6, ВТ20, ВТ5-1, ОТ4-0 та інші. Ці матеріали не повинні піддаватися корозії і викликати реакцій імунної системи, мають мати характеристики, приближені до механічних характеристик кісткової тканини, інтегруватися з нею і стимулювати процес остеогенезу. Цим вимогам відповідає біоактивна кераміка. Фізичні та хімічні властивості гідроксиапатиту Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ забезпечують ідеальну біосумісність, активно стимулюючи остеогенез та відновлення кісткової тканини [6]. Тому рекомендується використовувати гідроксиапатит, як складову в робочому електроліті.

Покриття, що містять гідроксиапатит, дозволяють покращити біосумісність металічного імплантату з кістковою тканиною і зменшити побічні явища такі як: відторгнення, загнивання, корозія . Покриття, синтезовані на титанових сплавах, характеризуються також: твердістю 6 -10 ГПа., високою адгезію, яка забезпечується після впроваджнення таких імплантів в людський організм. Товщина таких покриттів становить 100 мкм [6]. оксидокерамічне покриття електроліт імплантат

Висновки

Отже, можна стверджувати, що для деталей, які працюють на тертя краще використовувути ПЕО-покриття на алюмінієвих сплавах, за рахунок їх твердості ( 21 ГПа) та товщини (30 мкм), тим часом, як ПЕО покриття мають меншу твердість (8-12 ГПа) та товщину (8-10 мкм), але в імплантології краще себе проявили саме покриття на титанових сплавах, тому що вони біосумісні з людським організмом, не дивлячись на те що їх твердість та товщина менша ніж за синтезу на інших сплавах та інших режимах.

Перелік джерел посилання

1. Y. Cheng, J. Cao, Z. Peng et al., “Wear-resistant coatings formed on Zircaloy-2 by plasma electrolytic oxidation in sodium aluminate electrolytes,” Electrochimica Acta, vol. 116, pp. 453-466, 2014. View at Publisher * View at Google Scholar * View at Scopus

2. LA Snizhko, OA Kalinichenko, DA Misnyankin: Synthesis of calcium phosphates on titanium. Surface Engineering and Applied Electrochemistry 52(3), 257-262 (2016)

3. Oksana Banakh, Lyubov Snizhko, Tony Journot, ...: The Influence of the Electrolyte Nature and PEO Process Parameters on Properties of Anodized Ti - 15Mo Alloy Intended for Biomedical Applications. Metals 8(5) 370 (2018)

4. Высокотемпературное окисление титана и его сплавов / Войтович Р. Ф., Головко Э. И. - Киев :Наук. думка, 1984 - 256 с оксидокерамічних покривів на цирконієвих та титанових сплавах // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2006. - № 2. - С.117--124.

5. В.С. Егоркин, А.В. Пузь, О.А. Хрисанфова, С.Л. Синебрюхов, А.Н. Минаев, Гнеденков С.В. Формирование защитных покрытий на алюминии и стали методом плазменного электролитического оксидирования//Вестник ДГТУ №1(6) . - 2011. - С.60 - 64.

6. В.С. Егоркин, А.В. Пузь, О.А. Хрисанфова, С.Л. Синебрюхов, , С.В. Гнеденков, Д.В. Машталяр, М.В Сидорова, Е.Ф. Волкова. Свойства покрытий, сформированных на магниевом сплаве МА8 методом плазменного электролитического оксидирования// Вестник ДВО РАН №5. - 2010. - С. 36 - 45.

7. С.В.ГНЕДЕНКОВ, Ю.П.ШАРКЕЕВ, С.Л.СИНЕБРЮХОВ,

О.А.ХРИСАНФОВА, Е.В.ЛЕГОСТАЕВА, А.Г.ЗАВИДНАЯ, А.В.ПУЗЬ, И.А.ХЛУСОВ. Кальций-фосфатные биоактивные покрытия на титане 2010// Вестник ДВО РАН №5. - 2010. - С. 48 - 49.

Размещено на Allbest.ru