ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПОКРЫТИЙ, ФОРМИРУЮЩИХСЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПЛАЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОКСИДИРОВАНИЯ СПЛАВА ВТ6, И ИХ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

Исследована кинетика роста покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании (ПЭО) сплава ВТ6 с заданной плотностью 10 А/дм2 в щелочном водном растворе,  содержащем 40 г/л алюмината натрия (NaAlO2). Изучена износостойкость покрытий  различной толщины (30 и 80 мкм), сформированных на сплаве ВТ6, методом «шарик–диск»  с использованием автоматической машины трения «High-temperature tribometer» и  оптического профилометра WYKO NT1100В. Установлены зависимости фазового состава  покрытий от длительности протекания процесса ПЭО, а также износостойкости покрытий от  этого состава. Предложены следующие механизмы роста толщины покрытий, которые  объясняют его кинетические особенности: 1) миграция и диффузия катионов металла к  внешней границе раздела фаз на участках, прилегающих к микроразрядам; 2)  термохимическое преобразование осажденных ионов или полианионов, в частности  тетрагидроксоалюмината; 3) высокотемпературное окисление металлической основы дна  сквозных пор, в которых реализовались плазменные анодные микроразряды. Рассмотренная эквивалентная схема протекания анодной составляющей переменного тока при ПЭО  титанового сплава позволяет понять причины существенного первоначального снижения  скорости роста покрытия при ПЭО сплава ВТ6 без уменьшения анодного напряжения.  Особенностью этой схемы является наличие реостатов, так как сопротивление протеканию  составляющих переменного тока в значительной степени зависит от длительности проведения процесса ПЭО. Показано, что присутствие высокотемпературной  модификации (α-Al2O3) в покрытии, основой которого является шпинель TiAl2O5, позволяет  увеличить износостойкость сплава ВТ6 практически в 6 раз, если толщина покрытия составляет ~80 мкм.

1. Колачев Б.А., Елисеев Ю.С., Братухин А.Г., Талалаев В.Д. Титановые сплавы в конструкциях и производстве и авиационно-конструкторской технике. М.: Изд-во МАИ, 2001.

2. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Буханова А.А. Механические свойства титана и его сплавов. М.: Металлургия, 1974.

3. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский А.М. и др. Физические величины: Справочник / Под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергозатрат, 1991.

4. Глазунов С.Г., Важенин С.Ф., Зюков-Батырев Г.Д., Ратнер Я.Л. Применение титана в народном хозяйстве. Киев: Техника, 1975.

5. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1974.

6. Гордиенко П.С., Гнеденков С.В. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов. Владивосток: Дальнаука, 1997.

7. Yerokhin A.L., Leyland A., Matthews A. Kinetic aspects of aluminiumtitanate layer formation on titanium alloys by plasma electrolytic oxidation // Appl. Surf. Sci. 2002. Vol. 200. P. 172—184.

8. Жуков С.В., Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Желтухин Р.В., Кантаева О.А. Физикo- механические свойства, структура и фазовый состав МДО-покрытий на титане // Вестн. МАТИ. 2007. No. 13 (85). С. 60—66.

9. Sun X.T., Jiang Z.H., Xin S.G., Yao Z.P. Composition and mechanical properties of hard ceramic coating containing α-Al2O3 produced by microarc oxidation on Ti—6Al—4V alloy // Thin Solid Films. 2005. No. 471. Р. 194—199.

10. Cheng Yingliang, Peing Shaomei, Wu Xianguan, Jiu Hui Cao, Sheldon P., Thompson G.E. A comparison of plasma electrolytic onidation of Ti—6AL—4V and Zircaloy-2 alloys in a silicate-hexametaphosphate electrolyte // Elecrochim. Acta. 2015. No. 165. P. 301—313.

11. Yerokhin A.L., Nie X., Leyland A., Matthews A. Characterisation of oxide films produced by plasma electrolytic oxidation of a Ti—6Al—4V alloy // Surf. Coat. Technol. 2000. Vol. 130. P. 195—206.

12. Wang Y.M., Jia D.C., Guo L.X., Lei T.Q., Jiang B.L. Effect of discharge pulsating on microarc oxidation coatings formed on Ti—6Al—4V alloy // Mater. Chem. Phys. 2005. Vol. 90. P. 128—139.

13. Sundararajan G., Rama Krishna L. Mechanisms underlying the formation of thick alumina coatings through the MAO coating technology // Surf. Coat. Technol. 2003. Vol. 167. P. 269—277.

14. Баковец В.В., Полякова О.В., Долговесова И.В. Плазменно-электролитическая анодная обработка металлов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990.

15. Ракоч А.Г., Дуб А.В., Гладкова А.А. Анодирование легких сплавов при различных электрических режимах. Плазменно-электролитическая нанотехнология. М: ООО «Старая Басманная», 2012.

16. Rakoch A.G., Gladkova A.A., Zayar Linn, Strekalina D.M. The evidence of cathodic microdischarges during plasma electrolytic oxidation of light metallic alloys and micro-discharge intensity depending on pH of the electrolyte // Surf. Coat. Technol. 2015. No. 269. P. 138—144.

17. Shelekhov E.V., Sviridova T.A. Programs for X-ray analysis of polycrystals // Met. Sci. Heat Treat. 2000. Vol. 42. No. 8. P. 309—313.

18. Аверьянов Е.Е. Справочник по анодированию. М: Машиностроение, 1988.

19. Мамаев А.И., Мамаева В.А. Сильнотоковые микроплазменные процессы в растворах электролитов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005.

20. Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов А.М. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование). М.: ЭКОМЕТ, 2005.