Дослідження впливу складу електроліту на структуру та властивості МДО-покриттів, сформованих на сплаві АМг6

Автор(и)

  • Valeria Subbotinа Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-3882-0368
  • Oleg Sоbоl Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-4497-4419
  • Valery Belozerov Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-7623-3658
  • Ubeidulla F. Al-Qawabeha Al-Zaytoonah University Queen Alia Airport str., 594, Amman, Jordan, 11733, Йорданія
  • Taha A. Tabaza Al-Zaytoonah University Queen Alia Airport str., 594, Amman, Jordan, 11733, Йорданія
  • Safwan Moh`d Al-Qawabah Al-Zaytoonah University Queen Alia Airport str., 594, Amman, Jordan, 11733, Йорданія
  • Valentin Shnayder Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-2544-4471

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205474

Ключові слова:

мікродугове оксидування, лужний електроліт, силікатний електроліт, комплексний електроліт, фазовий склад, електрична міцність

Анотація

Досліджено вплив умов електролізу при різних складах електроліту на фазоутворення і властивості покриттів, отриманих мікродуговим оксидуванням (МДО) на алюмінієвому сплаві АМг6. Для електролізу використовувалися електроліти трьох типів: лужний електроліт (розчин (КОН) в дистильованої воді), силікатний електроліт (з різним процентним вмістом Na2SiO3 складової) і комплексний лужно-силікатний електроліт з вмістом рідкого скла (1÷12 г/л Na2SiO3) і гідроксиду калію (1÷6 г/л КОН). Аналіз отриманих результатів показав, що вибір типу електроліту і умов протікання процесу мікродугового оксидування дозволяє в широких межах змінювати фазово-структурний стан, товщину і властивості алюмінієвого сплаву АМг6. Критерієм очікуваного в результаті мікродугового оксидування фазово-структурного стану покриттів є повнота протікання процесу γ-Al2O3→α-Al2O3 перетворення при формуванні покриттів. Використання лужного електроліту не дозволяє досягти високої твердості покриття через формування γ-Al2O3 фази і відсутності термодинамічних умови для переходу γ-Al2O3→α-Al2O3. При використанні силікатної електроліту вдається значно підвищити швидкість росту покриття, але при цьому наявність великої питомої концентрації Si стимулює утворення муллиту і аморфноподібної фази. Використання комбінованого лужно-силікатного електроліту (з різним процентним вмістом КОН+Na2SiO3) при малому вмісті (6 г/л) Na2SiO3 в розчині, стимулює утворення муллиту. Це проявляється в найбільшій мірі при найменшому вмісту (1 г/л) КОН складової. При більшому вмісті (2 г/л) КОН складової, стають домінуючими процеси, які характерні для лужного електроліту. Це призводить до незавршенності реакції перетворення і утворення тільки γ-Al2O3 фази. Досягнення термодинамічних умов γ-Al2O3→α-Al2O3 перетворення стало можливим при збільшенні до 12 г/л питомої вмісту Na2SiO3 в розчині електроліту. В цьому випадку формувалися МДО-покриття на сплаві АМг6 з найбільшою твердістю 1500 кг/мм2 і високою електричною міцністю 12 В/мкм

Біографії авторів

Valeria Subbotinа, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра матеріалознавства

Oleg Sоbоl, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор фізико-математичних наук, професор

Кафедра матеріалознавства

Valery Belozerov, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра матеріалознавства

Ubeidulla F. Al-Qawabeha, Al-Zaytoonah University Queen Alia Airport str., 594, Amman, Jordan, 11733

PhD, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering

Taha A. Tabaza, Al-Zaytoonah University Queen Alia Airport str., 594, Amman, Jordan, 11733

PhD, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering

Safwan Moh`d Al-Qawabah, Al-Zaytoonah University Queen Alia Airport str., 594, Amman, Jordan, 11733

PhD, Associate Professor, Dean - Faculty of Engineering and Technology

Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering

Valentin Shnayder, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Аспірант

Кафедра матеріалознавства

Посилання

  1. Fedirko, V. М., Pohrelyuk, І. М., Luk’yanenko, О. H., Lavrys’, S. М., Kindrachuk, М. V., Dukhota, О. І. et. al. (2018). Thermodiffusion Saturation of the Surface of VT22 Titanium Alloy from a Controlled Oxygen–Nitrogen-Containing Atmosphere in the Stage of Aging. Materials Science, 53 (5), 691–701. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-018-0125-z
  2. Sobol, O. V., Postelnyk, A. A., Meylekhov, A. A., Andreev, A. A., Stolbovoy, V. A., Gorban, V. F. (2017). Structural Engineering of the Multilayer Vacuum Arc Nitride Coatings Based on Ti, Cr, Mo and Zr. Journal of Nano- and Electronic Physics, 9 (3), 03003-1–03003-6. doi: https://doi.org/10.21272/jnep.9(3).03003
  3. Vereschaka, A., Grigoriev, S., Tabakov, V., Migranov, M., Sitnikov, N., Milovich, F., Andreev, N. (2020). Influence of the nanostructure of Ti-TiN-(Ti,Al,Cr)N multilayer composite coating on tribological properties and cutting tool life. Tribology International, 150, 106388. doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106388
  4. Sobol’, O. V., Andreev, A. A., Gorban’, V. F., Stolbovoy, V. A., Melekhov, A. A., Postelnyk, A. A. (2016). Possibilities of structural engineering in multilayer vacuum-arc ZrN/CrN coatings by varying the nanolayer thickness and application of a bias potential. Technical Physics, 61 (7), 1060–1063. doi: https://doi.org/10.1134/s1063784216070252
  5. Morton, B. D., Wang, H., Fleming, R. A., Zou, M. (2011). Nanoscale Surface Engineering with Deformation-Resistant Core–Shell Nanostructures. Tribology Letters, 42 (1), 51–58. doi: https://doi.org/10.1007/s11249-011-9747-0
  6. Sobol, O. V., Andreev, A. A., Gorban, V. F., Meylekhov, A. A., Postelnyk, H. O., Stolbovoy, V. A. (2016). Structural Engineering of the Vacuum Arc ZrN/CrN Multilayer Coatings. Journal of Nano- and Electronic Physics, 8 (1), 1042-1–1042-5. doi: https://doi.org/10.21272/jnep.8(1).01042
  7. Sobol’, O. V., Meilekhov, A. A. (2018). Conditions of Attaining a Superhard State at a Critical Thickness of Nanolayers in Multiperiodic Vacuum-Arc Plasma Deposited Nitride Coatings. Technical Physics Letters, 44 (1), 63–66. doi: https://doi.org/10.1134/s1063785018010224
  8. Lackner, J., Waldhauser, W., Major, L., Kot, M. (2014). Tribology and Micromechanics of Chromium Nitride Based Multilayer Coatings on Soft and Hard Substrates. Coatings, 4 (1), 121–138. doi: https://doi.org/10.3390/coatings4010121
  9. Sobol’, O. V., Andreev, A. A., Gorban’, V. F. (2016). Structural Engineering of Vacuum-ARC Multiperiod Coatings. Metal Science and Heat Treatment, 58 (1-2), 37–39. doi: https://doi.org/10.1007/s11041-016-9961-3
  10. Veprek, S., Veprek-Heijman, M. G. J., Karvankova, P., Prochazka, J. (2005). Different approaches to superhard coatings and nanocomposites. Thin Solid Films, 476 (1), 1–29. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.10.053
  11. Kim, M. C., Yang, S. H., Boo, J.-H., Han, J. G. (2003). Surface treatment of metals using an atmospheric pressure plasma jet and their surface characteristics. Surface and Coatings Technology, 174-175, 839–844. doi: https://doi.org/10.1016/s0257-8972(03)00560-7
  12. Arrabal, R., Matykina, E., Hashimoto, T., Skeldon, P., Thompson, G. E. (2009). Characterization of AC PEO coatings on magnesium alloys. Surface and Coatings Technology, 203 (16), 2207–2220. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.02.011
  13. Agureev, L., Savushkina, S., Ashmarin, A., Borisov, A., Apelfeld, A., Anikin, K. et. al. (2018). Study of Plasma Electrolytic Oxidation Coatings on Aluminum Composites. Metals, 8 (6), 459. doi: https://doi.org/10.3390/met8060459
  14. Curran, J. A., Kalkancı, H., Magurova, Y., Clyne, T. W. (2007). Mullite-rich plasma electrolytic oxide coatings for thermal barrier applications. Surface and Coatings Technology, 201 (21), 8683–8687. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.06.050
  15. Yerokhin, A. L., Nie, X., Leyland, A., Matthews, A., Dowey, S. J. (1999). Plasma electrolysis for surface engineering. Surface and Coatings Technology, 122 (2-3), 73–93. doi: https://doi.org/10.1016/s0257-8972(99)00441-7
  16. Subbotinа, V., Al-Qawabeha, U. F., Belozerov, V., Sоbоl, O., Subbotin, A., Tabaza, T. A., Al-Qawabah, S. M. (2019). Determination of influence of electrolyte composition and impurities on the content of α-AL2O3 phase in MАO-coatings on aluminum. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (12 (102)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185674
  17. Curran, J. A., Clyne, T. W. (2005). Thermo-physical properties of plasma electrolytic oxide coatings on aluminium. Surface and Coatings Technology, 199 (2-3), 168–176. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.09.037
  18. Belozerov, V., Sоbоl, O., Mahatilova, A., Subbotinа, V., Tabaza, T. A., Al-Qawabeha, U. F., Al-Qawabah, S. M. (2018). Effect of electrolysis regimes on the structure and properties of coatings on aluminum alloys formed by anode­cathode micro arc oxidation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (91)), 43–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121744
  19. Subbotina, V. V., Sobol, O. V., Belozerov, V. V., Makhatilova, A. I., Shnayder, V. V. (2019). Use of the Method of Micro-arc Plasma Oxidation to Increase the Antifriction Properties of the Titanium Alloy Surface. Journal of Nano- and Electronic Physics, 11 (3), 03025-1–03025-5. doi: https://doi.org/10.21272/jnep.11(3).03025
  20. Belozerov, V., Mahatilova, A., Sobol’, O., Subbotinа, V., Subbotin, A. (2017). Investigation of the influence of technological conditions of microarc oxidation of magnesium alloys on their structural state and mechanical properties. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (86)), 39–43. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96721
  21. Subbotina, V. V., Al-Qawabeha, U. F., Sobol', O. V., Belozerov, V. V., Schneider, V. V., Tabaza, T. A., Al-Qawabah, S. M. (2019). Increase of the α-Al2O3 phase content in MAO-coating by optimizing the composition of oxidated aluminum alloy. Functional Materials, 26 (4), 752–758. doi: https://doi.org/10.15407/fm26.04.752
  22. Belozerov, V., Sоbоl, O., Mahatilova, A., Subbotinа, V., Tabaza, T. A., Al-Qawabeha, U. F., Al-Qawabah, S. M. (2017). The influence of the conditions of microplasma processing (microarc oxidation in anode­cathode regime) of aluminum alloys on their phase composition. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (89)), 52–57. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.112065
  23. Clyne, T. W., Troughton, S. C. (2018). A review of recent work on discharge characteristics during plasma electrolytic oxidation of various metals. International Materials Reviews, 64 (3), 127–162. doi: https://doi.org/10.1080/09506608.2018.1466492
  24. Xiang, N., Song, R., Zhuang, J., Song, R., Lu, X., Su, X. (2016). Effects of current density on microstructure and properties of plasma electrolytic oxidation ceramic coatings formed on 6063 aluminum alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 26 (3), 806–813. doi: https://doi.org/10.1016/s1003-6326(16)64171-7
  25. Lee, J.-H., Kim, S.-J. (2016). Effects of silicate ion concentration on the formation of ceramic oxide layers produced by plasma electrolytic oxidation on Al alloy. Japanese Journal of Applied Physics, 56 (1S), 01AB01. doi: https://doi.org/10.7567/jjap.56.01ab01
  26. Javidi, M., Fadaee, H. (2013). Plasma electrolytic oxidation of 2024-T3 aluminum alloy and investigation on microstructure and wear behavior. Applied Surface Science, 286, 212–219. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.049
  27. Liu, C., Liu, P., Huang, Z., Yan, Q., Guo, R., Li, D. et. al. (2016). The correlation between the coating structure and the corrosion behavior of the plasma electrolytic oxidation coating on aluminum. Surface and Coatings Technology, 286, 223–230. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.12.040
  28. Borisov, A. M., Krit, B. L., Lyudin, V. B., Morozova, N. V., Suminov, I. V., Apelfeld, A. V. (2016). Microarc oxidation in slurry electrolytes: A review. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 52 (1), 50–78. doi: https://doi.org/10.3103/s106837551601004x
  29. Treviño, M., Garza-Montes-de-Oca, N. F., Pérez, A., Hernández-Rodríguez, M. A. L., Juárez, A., Colás, R. (2012). Wear of an aluminium alloy coated by plasma electrolytic oxidation. Surface and Coatings Technology, 206 (8-9), 2213–2219. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.09.068
  30. Feng Su, J., Nie, X., Hu, H., Tjong, J. (2012). Friction and counterface wear influenced by surface profiles of plasma electrolytic oxidation coatings on an aluminum A356 alloy. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 30 (6), 061402. doi: https://doi.org/10.1116/1.4750474
  31. Wan, Y., Wang, H., Zhang, Y., Wang, X., Li, Y. (2018). Study on Anodic Oxidation and Sealing of Aluminum Alloy. International Journal of Electrochemical Science, 13, 2175–2185. doi: https://doi.org/10.20964/2018.02.78
  32. Napolskii, K. S., Roslyakov, I. V., Eliseev, A. A., Byelov, D. V., Petukhov, A. V., Grigoryeva, N. A. et. al. (2011). The Kinetics and Mechanism of Long-Range Pore Ordering in Anodic Films on Aluminum. The Journal of Physical Chemistry C, 115 (48), 23726–23731. doi: https://doi.org/10.1021/jp207753v
  33. Lee, W. (2010). The anodization of aluminum for nanotechnology applications. JOM, 62 (6), 57–63. doi: https://doi.org/10.1007/s11837-010-0088-5
  34. Ardelean, M., Lascău, S., Ardelean, E., Josan, A. (2018). Surface treatments for aluminium alloys. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 294, 012042. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/294/1/012042
  35. Lu, X., Mohedano, M., Blawert, C., Matykina, E., Arrabal, R., Kainer, K. U., Zheludkevich, M. L. (2016). Plasma electrolytic oxidation coatings with particle additions – A review. Surface and Coatings Technology, 307, 1165–1182. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.08.055
  36. Blawert, C., Heitmann, V., Dietzel, W., Nykyforchyn, H. M., Klapkiv, M. D. (2007). Influence of electrolyte on corrosion properties of plasma electrolytic conversion coated magnesium alloys. Surface and Coatings Technology, 201 (21), 8709–8714. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.169
  37. Shokouhfar, M., Dehghanian, C., Montazeri, M., Baradaran, A. (2012). Preparation of ceramic coating on Ti substrate by plasma electrolytic oxidation in different electrolytes and evaluation of its corrosion resistance: Part II. Applied Surface Science, 258 (7), 2416–2423. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.10.064
  38. Lv, G., Gu, W., Chen, H., Feng, W., Khosa, M. L., Li, L. et. al. (2006). Characteristic of ceramic coatings on aluminum by plasma electrolytic oxidation in silicate and phosphate electrolyte. Applied Surface Science, 253 (5), 2947–2952. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2006.06.036
  39. Ghasemi, A., Raja, V. S., Blawert, C., Dietzel, W., Kainer, K. U. (2010). The role of anions in the formation and corrosion resistance of the plasma electrolytic oxidation coatings. Surface and Coatings Technology, 204 (9-10), 1469–1478. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.09.069
  40. Jiang, H., Shao, Z., Jing, B. (2011). Effect of Electrolyte Composition on Photocatalytic Activity and Corrosion Resistance of Micro-Arc Oxidation Coating on Pure Titanium. Procedia Earth and Planetary Science, 2, 156–161. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeps.2011.09.026
  41. Zong, Y., Cao, G. P., Hua, T. S., Cai, S. W., Song, R. G. (2019). Effects of electrolyte system on the microstructure and properties of MAO ceramics coatings on 7050 high strength aluminum alloy. Anti-Corrosion Methods and Materials, 66 (6), 812–818. doi: https://doi.org/10.1108/acmm-02-2019-2083
  42. Borisov, A. M., Krit, B. L., Lyudin, V. B., Peretyagin, P. Y., Suminov, I. V., Apelfeld, A. V. et. al. (2019). Effect of electrolyte composition on electrochemical formation and properties of ceramic-like coatings on aluminum alloys. Journal of Physics: Conference Series, 1281, 012005. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1281/1/012005
  43. Wu, X., Liu, Q. M., Li, H. X. (2014). Effects of Electrolyte Composition on the Properties of Micro-Arc Oxidation Coatings Formed on 6063 Alloy. Key Engineering Materials, 609-610, 232–237. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.609-610.232
  44. Sobol’, O. V., Shovkoplyas, O. A. (2013). On advantages of X-ray schemes with orthogonal diffraction vectors for studying the structural state of ion-plasma coatings. Technical Physics Letters, 39 (6), 536–539. doi: https://doi.org/10.1134/s1063785013060126
  45. Klopotov, A. A., Abzaev, Yu. A., Potekaev, A. I., Volokitin, O. G. (2012). Osnovy rentgenostrukturnogo analiza v materialovedenii. Tomsk: Izd-vo Tom. gos. arhit.-stroit. un-ta, 276.
  46. Besra, L., Liu, M. (2007). A review on fundamentals and applications of electrophoretic deposition (EPD). Progress in Materials Science, 52 (1), 1–61. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2006.07.001

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-30

Як цитувати

Subbotinа V., Sоbоl O., Belozerov, V., Al-Qawabeha, U. F., Tabaza, T. A., Al-Qawabah, S. M., & Shnayder, V. (2020). Дослідження впливу складу електроліту на структуру та властивості МДО-покриттів, сформованих на сплаві АМг6. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12 (105), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205474

Номер

Том 3 № 12 (105) (2020): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Valeria Subbotinа, Oleg Sоbоl, Valery Belozerov, Ubeidulla F. Al-Qawabeha, Taha A. Tabaza, Safwan Moh`d Al-Qawabah, Valentin Shnayder

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.