Розробка двошарового покриття Al–Al2O3 з оксидним шаром, сформованим плазмовим електролітичним оксидуванням алюмінію, для захистів криці від корозії та зношування
Л. Роп’як$^1$, Т. Шіхаб$^{1,2}$, А. Величкович$^1$, О. Дубей$^1$, Т. Тутко$^1$, В. Білінський$^1$
$^1$Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, вул. Карпатська, 15, 76019 Івано-Франківськ, Україна
$^2$Інженерно-технічний коледж, Університет Аль-Баян, Дорога міжнародного аеропорту, поряд з площею Аббаса бін Фірнас, 10070 Багдад–Джадрія, Ірак
Отримано 06.04.2023; остаточна версія — 06.06.2023 Завантажити PDF
Анотація
Проаналізовано технології формування покриттів для захисту деталів машин і обладнання від корозії та зношування в аґресивних середовищах. Розглядається вплив режимів плазмового електролітичного оксидування (ПЕО) вентильних металічних матеріалів на будову, мікроструктуру та фізико-механічні властивості оксидних покриттів. Для вирішення цієї проблеми перспективною є розробка комбінованої технології: нанесення шару алюмінію на поверхню крицевих деталів з подальшим його ПЕО. Метою даної роботи є теоретичне дослідження розподілу температури у крицевому циліндрі, покритому шаром алюмінію, під час ПЕО для обґрунтування товщини шарів двошарового покриття алюміній–оксид Алюмінію. Розроблено установку для ПЕО та технологічний процес формування двошарового покриття Al–Al2O3 на довгомірних деталях. Створено математичну модель нескінченного тришарового циліндра з внутрішнім коаксіальним поверхневим циліндричним джерелом тепла, що рухається з постійною швидкістю в радіальному напрямку вглиб алюмінійового шару циліндра. Модель засновано на розв’язанні крайової задачі теплопровідности з умовою ідеального теплового контакту між шарами. Під час ПEO утворюється твердий оксидний шар, але товщина непрооксидованого шару алюмінію зменшується. Теплофізичні характеристики такого циліндра є функціями радіальної координати циліндра та часу. Під час побудови двошарового покриття доцільно використовувати результати теплових розрахунків для обґрунтування товщини прилеглого до поверхні криці шару неоксидованого алюмінію за умови забезпечення перебігу процесів взаємної дифузії на межі поділу між алюмінієм і крицею для підвищення міцности зчеплення покриття з основою за рахунок нагрівання миттєвими джерелами тепла, спричинених дією іскрових електричних розрядів у процесі ПЕО. Товщина зовнішнього суцільного шару оксиду Алюмінію вибирається з умови забезпечення необхідного терміну служби деталів машин на зношування з певним збереженням. Результати проведених механічних, трибологічних випробувань і випробування на корозійне розтріскування крицевих зразків з розробленим двошаровим покриттям Al–Al2O3 показали високі його експлуатаційні властивості.
Ключові слова: двошарове покриття, алюміній, оксид Алюмінію, криця, математична модель, температура, дифузія.
Citation: L. Ropyak, T. Shihab, A. Velychkovych, O. Dubei, T. Tutko, and V. Bilinskyi, Design of a Two-Layer Al–Al2O3 Coating with an Oxide Layer Formed by the Plasma Electrolytic Oxidation of Al for the Corrosion and Wear Protections of Steel, Progress in Physics of Metals, 24, No. 2: 319–365 (2023); https://doi.org/10.15407/ufm.24.02.319