Уфимский университет науки и технологий, Уфа, Россия

Н. Ю. Дударева, профессор кафедры двигателей внутреннего сгорания, главный научный сотрудник, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: dudareva.nyu@ugatu.su

Л. И. Зайнуллина, доцент кафедры материаловедения и физики металлов, младший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: Zaynullina.LI@yandex.ru

Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ», Москва, Россия
А. В. Коломейченко, заведующий отделом перспективных технологий, Центр сельскохозяйственного машиностроения, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: a.kolomiychenko@nami.ru

Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай¹ ; Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия² ; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия³
В. Б. Деев^*, профессор факультета машиностроения и автоматизации¹, главный научный сотрудник², профессор кафедры обработки металлов давлением³, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: deev.vb@mail.ru

^*Корреспондирующий автор.

Исследовали влияние химического состава алюминиевых сплавов на структуру и свойства покрытий, формируемых методом микродугового оксидирования. Определяли толщину формируемого слоя, пористость и коррозионную стойкость. Все исследования проводили на образцах из алюминиевых сплавов, которые отличаются содержанием кремния: на доэвтектическом сплаве АК4-1 (с содержанием Si 0,4 %) и заэвтектическом сплаве иностранного производства марки М244 (содержание Si 26 %). Процесс микродугового оксидирования осуществляли при одинаковом режиме, в силикатно-щелочном электролите на емкостной установке в течение 2 ч. Исследование структуры покрытий проводили путем анализа изображений, полученных на растровом электронном микроскопе. Пористость покрытий определяли путем обработки изображений в программе ImageJ. Коррозионную стойкость исследовали методом погружения образцов в коррозионно-агрессивный раствор по величине массовой коррозии. Анализ результатов показал, что кремний в алюминиевом сплаве способствует формированию покрытий с высокой пористостью. Установлено, что кремний влияет на характер поведения электрических параметров процесса, увеличивая значение анодного тока в процессе обработки, а на толщину покрытия не влияет. Анализ фотографий микрошлифов показал, что слой покрытия на сплаве АК4-1 более плотный, с низкой пористостью, однако имеет сквозные трещины. Независимо от пористости коррозионная стойкость образцов с покрытием практически одинакова. Наличие такого слоя увеличивает коррозионную стойкость образцов из сплава АК4-1 в 1,72 раза и снижает в 1,2 раза на образцах из сплава М244.

Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках Государственного задания № FEUE-2023-0007 (УУНиТ).

1. Ayatollahi M. R., Mohammadi F., Chamani H. R. Thermomechanical fatigue life assessment of a diesel engine piston // International Journal of Automotive Engineering. 2011. Vol. 1, No. 4. P. 256–266.
2. Caldera M., Massone J. M., Martínez R. A. Failure analysis of a damaged direct injection diesel engine piston // Journal of Failure Analysis and Prevention. 2017. No. 17. P. 979–988. DOI: 10.1007/s11668-017-0327-y
3. Макаров А. Р., Смирнов С. В., Осокин С. В., Пятов И. С. и др. Конструкционные материалы для поршней ДВС // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. № 1. С. 118–125.
4. Myagkov L. L., Mahkamov K., Chainov N. D., Makhkamova I. et al. Conventional and advanced internal combustion engine materials // Alternative Fuels and Advanced Vehicle Technologies for Improved Environmental Performance (Second Edition). Woodhead Publishing. 2022. P. 353–412. DOI: 10.1016/B978-0-323-90979-2.00008-1
5. Kissell J. R., Pantelakis S. G., Haidemenopoulos G. N. Aluminum and aluminum alloys. Handbook of Advanced Materials: Enabling New Designs. 2004. P. 321–463. DOI: 10.1002/0471465186.ch9
6. Григорьева И. О., Дресвянников А. Ф. Анодное поведение алюминия в нейтральных электролитах // Бюллетень Казанского технологического университета. 2010. № 7. C. 153–161.
7. Суминов И. В., Эпельфельд А. В., Людин В. Б. и др. Микродуговое оксидирование: теория, технология, оборудование. — М. : ЭКОМЕТ, 2005. — 368 с.
8. Шандаров Б. В., Морозов Е. М., Жуковский А. В. Основы технологии микродугового оксидирования : учебное пособие. — М. : ИД «Альянс», 2008. — 80 с.
9. Малышев В. Н., Гантимиров Б. М., Вольхин А. М., Ким С. Л. Повышение антифрикционных свойств износостойких МДО-покрытий // Химическая физика и мезоскопия. 2013. Т. 15, № 2. С. 285–291.
10. Dudareva N. Yu., Kolomeichenko A. V., Deev V. B., Sitdikov V. M. Porosity of oxide ceramic coatings formed by microarc oxidation on high-silicon aluminum alloys // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2022. Vol. 16. No. 6. P. 1308–1314. DOI: 10.1134/S1027451022060362
11. Трушкина Т. В., Михеев А. Е., Гирн А. В. Коррозионная стойкость МДО-покрытий в агрессивных средах // Вестник СибГАУ. 2014. № 1. С. 179–184.
12. Kolomeichenko A. V., Chernyshov N. S., Titov N. V., Logachev V. N. Investigation of corrosion resistance of aluminum alloy products with protective coatings formed by plasma electrolytic oxidation // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2017. Vol. 53, No. 4. P. 322–326. DOI: 10.3103/S1068375517040081
13. Dudareva N. Y., Ivashin P. V., Gallyamova R. F., Tverdokhlebov A. Y. et al. Structure and thermophysical properties of oxide layer formed by microarc oxidation on AK12D Al – Si alloy // Metal Science and Heat Treatment. 2021. Vol. 62. P. 701–708. DOI: 10.1007/s11041-021-00625-5
14. Curran J. A., Kalkancı H., Magurova Yu., Clyne T. W. Mulliterich plasma electrolytic oxide coatings for thermal barrier applications // Surface and Coatings Technology. 2007. Vol. 201. P. 8683–8687. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.06.050
15. Liu Y. J., Xu J. Y., Lin W., Gao C. et al. Effects of different electro lyte systems on the formation of micro-arc oxidation ceramic coatings of 6061 aluminum alloy // Reviews on Advanced Materials Science. 2013. Vol. 33. P. 126–130.
16. Орлова Д. В., Трушкина Т. В., Вахтеев Е. В., Алякрецкий Р. В. Исследование пористости оксидных покрытий на алюминиевых сплавах // Труды МАИ. 2013. Вып. № 68. С. 1–7.
17. Curran J. A., Clyne T. W. Porosity in plasma electrolytic oxide coatings // Acta Materialia. 2006. No. 54. P. 1985–1993. DOI: 10.1016/j.actamat.2005.12.029
18. Ивашин П. В., Криштал М. М., Твердохлебов А. Я., Полунин А. В. и др. Разноразмерная пористость и теплопроводность оксидных слоев, сформированных плазменно-электролитическим оксидированием на силумине АК12Д // Frontier Materials & Technologies. 2022. № 4. С. 49–69. DOI: 10.18323/2782-4039-2022-4-49-69
19. Pistons and engine testing / MAHLE Int. GmbH. — Springer Fachmedien Wiesbaden, 2016. — 295 p. DOI: 10.1007/978-3-658-09941-1
20. ГОСТ 4784–97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 01.07.2000.
21. ImageJ. Research Services Branch of the National Institute of Mental Health [Электронный ресурс]. 1997. Режим доступа: https://imagej.nih.gov/ij/
22. ГОСТ 9.904–82. Единая система защиты от коррозии и старения. Сплавы алюминиевые. Метод ускоренных испытаний на расслаивающую коррозию. — Введ. 01.07.1983.
23. Yerokhin A. L., Snizhko L. O., Gurevina N. L., Leyland A. et al. Spatial characteristics of discharge phenomena in plasma electrolytic // Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 177-178. P. 779–783. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2003.06.020
24. Михеев А. Е., Гирн А. В., Вахтеев Е. В., Алексеева Е. Г. и др. Процесс формирования структуры и состава МДО-покрытий на алюминиевых сплавах // Вестник СибГАУ. 2012. № 2/48. C. 206–212.