Пензенские ученые усовершенствовали установку для нанесения оксидных диэлектрических покрытий на детали из металлов и сплавов
Специалисты Пензенского государственного университета (ПГУ) усовершенствовали установку для нанесения оксидных диэлектрических покрытий на детали из вентильных металлов и сплавов, широко применяемых в машино- и приборостроении, авиационной, радиоэлектронной и других отраслях промышленности. Разработка защищена патентом.
Вентильными называют металлы и сплавы, на поверхности которых образуются оксидные пленки, проводимость которых сильно различается в противоположных направлениях. К широко применяемым в промышленности вентильным металлам относятся алюминий, титан, магний.
Для усиления прочности и долговечности их покрывают специальным слоем — оксидным покрытием в конденсаторных установках микродугового оксидирования (МДО). Оксидный слой (МДО-покрытие) при таком способе формируют в гальванической ячейке — емкости, заполненной электролитом. Отличительной особенностью МДО-процесса является наличие микродуговых разрядов, возникающих на поверхности анода. Под действием этих разрядов происходит фазовый переход сформированного аморфного оксида алюминия в кристаллический (корунд). Он придает покрытию специальные свойства.
Авторы разработали способ, при котором можно измерять параметры микродугового покрытия в режиме реального времени, непосредственно в момент технологического процесса. Это позволяет управлять толщиной и пористостью МДО-покрытия — двух главных параметров, зависящих от многих факторов: электрических параметров технологического тока (напряжения, плотности тока, частоты переменного сигнала), времени обработки, состава электролита, его температуры, выработки и др.
«Учесть влияние всех факторов — сложная фундаментальная задача. Базируясь на фундаментальных физико-химических закономерностях, а также на эмпирических данных и сформированных базах знаний, мы разрабатываем и совершенствуем модели взаимосвязи параметров покрытий и влияющих факторов различной природы», — рассказала Екатерина Печерская, один из авторов разработки, заведующая кафедрой «Информационно-измерительная техника и метрология» ПГУ, доктор технических наук.
Толщина и пористость влияют на различные показатели качества. Например, МДО-покрытие для деталей гоночного мотоцикла должно быть толстым и практически беспористым.
«Это связано с тем, что эти детали должны обладать износостойким или жаростойким покрытием. Если же нам нужно обработать медицинский титановый имплант, толщина может быть сравнительно небольшой, а пористость — высокой, причем размер пор должен соответствовать размерам костной ткани», — пояснил еще один участник исследования, доцент той же кафедры Павел Голубков.
Ноу-хау пензенских ученых заключается в том, что определение толщины покрытия происходит на основе измерения импеданса — комплексного электрического сопротивления. Формирование оксидного слоя по способу исследователей ПГУ происходит, как в любой конденсаторной установке. Однако при небольшом нарастании покрытия мощный источник технологического тока отключают, но деталь не вынимают из ванны. Ее подключают к измерителю импеданса, встроенному в микродуговую установку, с помощью реле — устройства, автоматически управляющего электрической цепью.
Процесс измерения занимает 1–2 секунды, после чего включают источник технологического тока и продолжают процесс микродугового оксидирования. Измерение импеданса проводится с определенной периодичностью, например, через каждую минуту. Так удается получать информацию об эволюционных изменениях толщины покрытия в динамике и придавать оксидному покрытию нужные характеристики.
«Предлагаемый нами способ позволяет сэкономить время и электроэнергию, затрачиваемые на подбор технологических режимов и на процесс нанесения покрытий. При этом повышается их качество», — отметила Екатерина Печерская.
Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России по проекту «Фундаментальные основы цифрового двойника технологического процесса формирования оксидных покрытий с заданными свойствами методом микродугового оксидирования».