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

Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ» (ФГУП «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.

В работе представлено исследование влияния структуры покрытий, получаемых методом микродугового оксидирования (МДО) на деформируемом алюминиевом сплаве АК4-1 на коррозионную стойкость образцов. Покрытия формировали при разных технологических режимах, которые определялись тремя факторами: электрической емкостью установки, концентрацией едкого калия и метасиликата натрия в электролите. В качестве параметров выхода выступали толщина и пористость покрытия, а также скорость коррозии образцов. Был спланирован и проведен полный факторный эксперимент типа 23. Структуру покрытия, определяемую его пористостью и толщиной, исследовали по фотографиям шлифов, полученным на сканирующем электронном микроскопе. Оценку пористости проводили по фотографиям образцов с использованием программы обработки изображений ImageJ. Исследование коррозионной стойкости выполняли методом погружения образцов в коррозионно-агрессивный раствор. Оценку выполняли по скорости массовой коррозии образцов. В программе MS Excel проведены регрессионный и корреляционный анализы полученных данных. Корреляционный анализ показал, что скорость коррозии в наибольшей степени зависит от толщины покрытия. Чем толще слой, тем выше скорость коррозии. Предполагается, что материал покрытия не подвергается коррозии, а процесс этот происходит в результате проникновения агрессивного раствора по трещинам к материалу подложки, которая и корродирует. Рост толщины покрытия вызывает увеличение общего числа трещин в нем, вызывая увеличение скорости коррозии. Также установлено, что росту толщины покрытия на сплаве АК4-1 способствует повышение электрической емкости установки. Были получены  уравнениярегрессии, связывающие скорость коррозии с пористостью и толщиной покрытия, а также скорость коррозии, пористость и толщину покрытия с режимами процесса микродугового оксидирования.

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

1. Шандров Б. В., Морозов Е. М., Жуковский Ф. В. Основы технологии микродугового оксидирования : учебное пособие. — М. : ИД Альянс, 2008. — 80 с.
2. Суминов И. В., Белкин П. Н., Эпельфельд А. В., Людин В. Б. и др. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. В 2-х т. — Т. 2. — М. : Техносфера, 2011. — 512 с.
3. Lugovskoy A., Zinigrad M. Plasma electrolytic oxidation of valve metals // Materials Science – Advanced Topics. InTech. 2012. P. 85–102. DOI: 10.5772/54827
4. Yuting D., Zhiyang L., Guofeng M. The research progress on micro-arc oxidation of aluminum alloy // IОР Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 729. P. 12055–12059. DOI: 10.1088/1757-899X/729/1/012055
5. Mi T., Jiang B., Liu Z., Fan L. Plasma formation mechanism of microarc oxidation // Electrochimica Acta. 2014. Vol. 123. P. 369–377. DOI: 10.1016/j.electacta.2014.01.047
6. Rakoch A. G., Khokhlov V. V., Bautin V. A., Lebedeva N. A. et al. Model concepts on the mechanism of microarc oxidation of metal materials and the control over this process // Protection of Metals. 2006. Vol. 42, No. 2. P. 158–169. DOI: 10.1134/S003317320602010X
7. 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.
8. Markov M. A., Bykova A. D., Krasikov A. V., Farmakovskii B. V. et al. Formation of wear- and corrosion-resistant coatings by the microarc oxidation of aluminum // Refractories and Industrial Ceramics. 2018. Vol. 59, No. 2. P. 207–214. DOI: 10.1007/s11148-018-0207-3
9. Krishna L. R., Somaraju K. R. C., Sundararajan G. The tribological performance of ultra-hard ceramic composite coatings obtained through microarc oxidation // Surface and Coatings Technology. 2003. Vol. 163–164. P. 484–490. DOI: 10.1016/S0257-8972(02)00646-1
10. Коломейченко А. В. Технологии повышения долговечности деталей машин восстановлением и упрочнением рабочих поверхностей комбинированными методами с применением микродугового оксидирования : монография. — 2-е изд. — Орел : Изд-во ОрелГАУ, 2013. — 230 с.
11. 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 Electroche mistry. 2017. Vol. 53, No. 4. P. 322–326. DOI: 10.3103/S1068375517040081
12. Dudareva N. Yu., 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, No. 11–12. P. 701–708. DOI: 10.1007/s11041-021-00625-5

13. Sergeev S., Albieri M. S., Yatsenko V., Dubrovina N. Theoretical and practical study of possibility to decrease thermal stress in pistons of internal combustion diesel engine by using galvanic plasma modification // International Journal of Advanced Science and Technology. 2019. Vol. 28, No. 8. P. 550–562. DOI: 10.13140/RG.2.2.32284.44162
14. Curran J. A, Clyne T. W. Thermo-physical properties of plasma electrolytic oxide coatings on aluminium // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 199. P. 168–176. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.09.037
15. Sedelnikova M. B., Ugodchikova A. V, Uvarkin P. V., Chebodaeva V. V. et al. Structural-morphological and adhesive properties of calcium-phosphate coatings formed on a magnesium alloy by microarc oxidation in an electrolyte containing disperse particles // Russian Physics Journal. 2021. Vol. 64. P. 830–837. DOI: 10.1007/s11182-021-02398-z
16. Dudareva N. Yu., Kalschikov R. V., Butusov I. A., Grin R. R. et al. The investigation of the effect of micro-arc oxidation modes on the adhesion strength of coatings // Journal of Engineering Science and Technology Review. 2014. Vol. 7, No. 5. P. 5–8. DOI: 10.25103/jestr.075.02
17. Ying L., Jun G. L., Ming Z. W., Zhen M. et al. Corrosion resistance of the microarc oxidation coatings prepared on magnesium alloy // E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 38. P. 2009–2011. DOI: 10.1051/e3sconf/20183802009
18. Wang R., Xu H., Yao Z., Li Ch. et al. Adhesion and corrosion resistance of micro-arc oxidation/polyurethane composite coating on aluminum alloy surface // Applied Sciences. 2020. Vol. 10, No. 19. 6779. DOI: 10.3390/app10196779
19. Dudareva N., Zaynullina L., Kiseleva S., Abramova M. The influence of alloy microstructure on corrosion resistance and other properties of coatings formed by microarc oxidation // Materials Chemistry and Physics. 2022. Vol. 288. 126379. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2022.126379
20. Davis J. R. Aluminum and aluminum alloys. Alloiyng: Understanding the Basics // Light Metals and Alloys. ASM International. 2001. P. 351–416. DOI: 10.1361/autb2001p351
21. Chen X. W., Cai L. P., Zhang D. F., Li M. L. et al. Microstructure and corrosion behavior of MAO-SG composite coating on 7075 aluminum alloy // Trans Indian Inst. Met. 2022. Vol. 75, No. 11. P. 2931–2938. DOI: 10.1007/s12666-022-02673-8
22. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 01.09.2019.
23. Bolshenko A. V., Pavlenko A. V., Puzin V. S., Panenko I. N. Power supplies for microarc oxidation devices // Life Science Journal. 2014. Vol. 11(1s). P. 263–268.
24. Пономарев И. С., Кривоносова Е. А. Особенности процесса микродугового оксидирования алюминиевых сплавов при работе с типовыми промышленными источниками питания // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. С. 135.
25. Subbotina V., Sobol’ O., Belozerov V., Subbotin A. et al. A study of the phase-structural engineering possibilities of coatings on D16 alloy during microarc oxidation in electrolytes of different types // Eastern-European Journal of Enterprise Techno logies. 2020. No. 4. P. 14–23. DOI: 10.15587/1729-4061.2020.209722
26. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. — М. : Наука, 1976. — 278 с.
27. Lesnevskiy L. N., Lyakhovetskiy M. A., Kozhevnikov G. D., Ushakov A. M. Research of the AK4-1 alloy microarc oxidation modes effect on the composite ceramic coatings erosion resistance // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2019. Vol. 1281. 012048. DOI: 10.1088/1742-6596/1281/1/012048
28. ГОСТ 52381–2005. Материалы абразивные. Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков. Контроль зернового состава. — Введ. 01.07.2006.
29. ГОСТ 9.904–82. Единая система защиты от коррозии и старения. Сплавы алюминиевые. Метод ускоренных испытаний на расслаивающую коррозию. — Введ. 01.07.1983.
30. ImageJ (1997) Research Services Branch of the National Institute of Mental Health. — URL: https://imagej.nih.gov/ij/ (Cited: 25 March 2022).
31. Ершова Н. М. Методика планирования и проведения эксперимента при обработке данных средствами Excel // Вісник ПДАБА. 2009. № 2. С. 7–18.