Аналіз технологічних підходів до електрохімічної поверхневої обробки сплавів алюмінію

Автор(и)

  • Ann Karakurkchi Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-1287-3859
  • Mykola Sakhnenko Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-5525-9525
  • Maryna Ved’ Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0001-5719-6284
  • Mykhailo Tulenko Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба вул. Сумська, 77/79, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0003-4484-2069
  • Anatolii Dzheniuk Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-6360-9425

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206014

Ключові слова:

поверхневе модифікування, формотвірна обробка, гомогенізація поверхні, моделювання технологічного процесу, оксидне покриття

Анотація

Проаналізовано технологічні підходи до поверхневої електрохімічної обробки сплавів алюмінію. Показано, що спрямоване модифікування поверхні носія дозволяє розширити функціональні властивості оброблюваного матеріалу. Досліджено механізми обробки сплавів алюмінію різного складу та розроблено технологічні моделі процесів з використанням узагальнених феноменологічних схем. Запропоновано способи поверхневої обробки сплавів алюмінію шляхом формотвірної обробки імпульсним струмом у хлорид-вмісних електролітах та плазмо-електролітного оксидування у лужних розчинах дифосфатів. Показано, що використання імпульсного електролізу сприяє утворенню розвиненої сітчастої та поруватої структури. Узагальнено шляхи керування та фактори впливу на технологічний процес обробки. Одержані системи можуть бути використані як носії каталітичного матеріалу за умови нанесення вторинного каталітично-активного шару. Встановлено, що з використанням плазмо-електролітного оксидування можливо в одному технологічному процесі змінити форму і гомогенізувати поверхневі шари носія та нанести міцно адгезований шар каталітичного матеріалу. Показано, що характеристичні параметри ПЕО залежать від складу оброблювального матеріалу. Встановлено, що морфологія та фазова структура поверхневих оксидних шарів змінюється під час ПЕО. Сформовані оксидні покриття складаються із α-Al2O3 та мають високий ступінь розвинення поверхні, що є передумовою підвищення їх функціональних властивостей. Запропонований підхід може бути використаний в технології інженерії поверхні та для одержання матеріалів для екотехнологій

Біографії авторів

Ann Karakurkchi, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра фізичної хімії

Mykola Sakhnenko, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра фізичної хімії

Maryna Ved’, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор

Кафедра загальної та неорганічної хімії

Mykhailo Tulenko, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба вул. Сумська, 77/79, м. Харків, Україна, 61023

Викладач

Кафедра тактики та загальновійськових дисциплін

Anatolii Dzheniuk, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доцент

Кафедра фізичної хімії

Посилання

  1. Fridlyander, I. N., Sister, V. G., Grushko, O. E., Berstenev, V. V., Sheveleva, L. M., Ivanova, L. A. (2002). Aluminum Alloys: Promising Materials in the Automotive Industry. Metal Science and Heat Treatment, 44, 365–370. doi: http://doi.org/10.1023/A:1021901715578
  2. Tisza, M., Lukács, Z. (2018). High strength aluminum alloys in car manufacturing. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 418, 012033. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/418/1/012033
  3. Kermanidis, A. T. (2020). Aircraft Aluminum Alloys: Applications and Future Trends. Revolutionizing Aircraft Materials and Processes, 21–55. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-35346-9_2
  4. Bohuslaiev, V. O. (2009). Aviatsiyno-kosmichni materialy ta tekhnolohiyi. Zaporizhzhia: Motor Sich, 383.
  5. Dokšanović, T., Džeba, I., Markulak, D. (2017). Applications of aluminium alloys in civil engineering. Tehnički vjesnik, 24 (5), 1609–1618. doi: https://doi.org/10.17559/tv-20151213105944
  6. Parsadanov, I. V., Sakhnenko, N. D., Ved’, M. V., Rykova, I. V., Khyzhniak, V. O., Karakurkchi, A. V., Gorokhivskiy, A. S. (2017). Increasing the efficiency of intra-cylinder catalysis in diesel engines. Voprosy himii i himicheskoy tehnologii, 6, 145–151.
  7. Santina Mohallem, N. D., Machado, M., Silva, A. R. (2011). Automotive Catalysts: Performance, Characterization and Development. New Trends and Developments in Automotive Industry, 347–364. doi: https://doi.org/10.5772/13303
  8. Zolotorevsky, V. S., Belov, N. A., Glazoff, M. V. (2007). Casting Aluminum Alloys. Elsevier, 544. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-045370-5.x5001-9
  9. Zolotorevskiy, V. S., Belov, N. A. (2005). Metallovedenie liteynyh alyuminievyh splavov. Moscow: MISiS, 376.
  10. Terryn, H., Vereecken, J. (1991). Surface engineering of aluminium and its alloys. EMC ’91: Non-Ferrous Metallurgy – Present and Future, 473–480. doi: https://doi.org/10.1007/978-94-011-3684-6_51
  11. Karakurkchi, A. V., Ved’, M. V., Yermolenko, I. Y., Sakhnenko, N. D. (2016). Electrochemical deposition of Fe–Mo–W alloy coatings from citrate electrolyte. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 52 (1), 43–49. doi: https://doi.org/10.3103/s1068375516010087
  12. Ved’, M. V., Sakhnenko, M. D., Karakurkchi, H. V., Ermolenko, I. Y., Fomina, L. P. (2016). Functional Properties of Fe−Mo and Fe−Mo−W Galvanic Alloys. Materials Science, 51 (5), 701–710. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-016-9893-5
  13. Rudnev, V. S., Lukiyanchuk, I. V., Vasilyeva, M. S., Medkov, M. A., Adigamova, M. V., Sergienko, V. I. (2016). Aluminum- and titanium-supported plasma electrolytic multicomponent coatings with magnetic, catalytic, biocide or biocompatible properties. Surface and Coatings Technology, 307, 1219–1235. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.07.060
  14. Ved, M., Glushkova, M., Sakhnenko, N. (2013). Catalytic properties of binary and ternary alloys based on silver. Functional Materials, 20 (1), 87–91. doi: https://doi.org/10.15407/fm20.01.087
  15. Zhou, C., Tao, L., Yang, F., Wang, B., Wan, X., Jin, Y. et. al. (2019). Application of electrochemical methods in heterogeneous catalysis. Current Opinion in Chemical Engineering, 26, 88–95. doi: https://doi.org/10.1016/j.coche.2019.09.007
  16. Kim, H.-H., Teramoto, Y., Ogata, A., Takagi, H., Nanba, T. (2015). Plasma Catalysis for Environmental Treatment and Energy Applications. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 36 (1), 45–72. doi: https://doi.org/10.1007/s11090-015-9652-7
  17. Schwarz, J. A., Contescu, C., Contescu, A. (1995). Methods for Preparation of Catalytic Materials. Chemical Reviews, 95 (3), 477–510. doi: https://doi.org/10.1021/cr00035a002
  18. Karakurkchi, A., Sakhnenko, M., Ved, M., Galak, A., Petrukhin, S. (2017). Application of oxide-metallic catalysts on valve metals for ecological catalysis. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (10 (89)), 12–18. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109885
  19. Lukiyanchuk, I. V., Rudnev, V. S., Tyrina, L. M., Chernykh, I. V. (2014). Plasma electrolytic oxide coatings on valve metals and their activity in CO oxidation. Applied Surface Science, 315, 481–489. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.03.040
  20. Burange, A. S., Gawande, M. B. (2016). Role of Mixed Metal Oxides in Heterogeneous Catalysis. Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry, 1–19. doi: https://doi.org/10.1002/9781119951438.eibc2458
  21. Poncelet, G., Jacobs, P., Grange, P., Delmon, B. (1991). Studies in Surface Preparation of Catalysts V. Scientific Bases for the Preparation of Heterogeneous Catalysts. Elsevier, 747.
  22. Hartmann, S., Sachse, A., Galarneau, A. (2012). Challenges and Strategies in the Synthesis of Mesoporous Alumina Powders and Hierarchical Alumina Monoliths. Materials, 5 (12), 336–349. doi: https://doi.org/10.3390/ma5020336
  23. Md Jani, A. M., Losic, D., Voelcker, N. H. (2013). Nanoporous anodic aluminium oxide: Advances in surface engineering and emerging applications. Progress in Materials Science, 58 (5), 636–704. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.01.002
  24. Sulka, G. (Ed.) (2020). Nanostructured Anodic Metal Oxides. Elsevier, 484. doi: https://doi.org/10.1016/c2017-0-04824-3
  25. Kirienko, P. I., Popovich, N. A., Solov'ev, S. A., Knyazev, Yu. V., Slipets, O. O., Solov'eva, E. A. (2010). Development of multicomponent metal-oxide of catalysts of neutralization of internal combustion engine exhausts. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (44)), 18–24. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/2679/2485
  26. Lukiyanchuk, I. V., Rudnev, V. S., Chernykh, I. V., Malyshev, I. V., Tyrina, L. M., Adigamova, M. V. (2013). Composites with transition metal oxides on aluminum and titanium and their activity in CO oxidation. Surface and Coatings Technology, 231, 433–438. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.10.031
  27. Ved’, M. V., Sakhnenko, M. D., Bohoyavlens’ka, O. V., Nenastina, T. O. (2008). Modeling of the surface treatment of passive metals. Materials Science, 44 (1), 79–86. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-008-9046-6
  28. Sakhnenko, N. D., Ved’, M. V., Karakurkchi, A. V. (2017). Morphology and Properties of Coatings Obtained by Plasma-Electrolytic Oxidation of Titanium Alloys in Pyrophosphate Electrolytes. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 53 (6), 1082–1090. doi: https://doi.org/10.1134/s207020511706020x
  29. Rudnev, V. S., Vasilyeva, M. S., Kondrikov, N. B., Tyrina, L. M. (2005). Plasma-electrolytic formation, composition and catalytic activity of manganese oxide containing structures on titanium. Applied Surface Science, 252 (5), 1211–1220. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.12.054
  30. Bozon-Verduraz, F., Fiévet, F., Piquemal, J.-Y., Brayner, R., El Kabouss, K., Soumare, Y. et. al. (2009). Nanoparticles of metal and metal oxides: some peculiar synthesis methods, size and shape control, application to catalysts preparation. Brazilian Journal of Physics, 39 (1a), 134–140. doi: https://doi.org/10.1590/s0103-97332009000200002
  31. Karakurkchi, A., Sakhnenko, M., Ved’, M., Yermolenko, I., Pavlenko, S., Yevsieiev, V. et. al. (2019). Determining features of application of functional electrochemical coatings in technologies of surface treatment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (99)), 29–38. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.171787
  32. Danilov, F. I., Protsenko, V. S., Butyrina, T. E., Krasinskii, V. A., Baskevich, A. S., Kwon, S. C., Lee, J. Y. (2011). Electrodeposition of nanocrystalline chromium coatings from Cr(III)-based electrolyte using pulsed current. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 47 (5), 598–605. doi: https://doi.org/10.1134/s2070205111050066
  33. Taylor, E. J. (2008). Adventures in pulse/pulse reverse electrolytic processes: Explorations and applications in surface finishing. Journal of Applied Surface Finishing, 3 (4), 178–189.
  34. Lebukhova, N. V., Rudnev, V. S., Kirichenko, E. A., Chigrin, P. G., Lukiyanchuk, I. V., Yarovaya, T. P. (2016). Effect of the structure of the oxidized titanium surface on the particle size and properties of the deposited copper–molybdate catalyst. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 52 (6), 1024–1030. doi: https://doi.org/10.1134/s2070205116060149
  35. Kokatev, A. N., Lukiyanchuk, I. V., Yakovleva, N. M., Rudnev, V. S., Chupakhina, E. A., Yakovlev, A. N., Stepanova, K. V. (2016). Catalytically active composite materials with porous aluminum oxide matrix modified by γ-MnO2 nanoparticles. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 52 (5), 832–838. doi: https://doi.org/10.1134/s2070205116050130
  36. Ved, M. V., Sakhnenko, N. D., Karakurkchi, A. V., Myrna, T. Yu. (2017). Functional mixed cobalt and aluminum oxide coatings for environmental safety. Functional Materials, 24 (2), 303–310. doi: https://doi.org/10.15407/fm24.02.303
  37. Rudnev, V. S., Gordienko, P. S., Kurnosova, A. G., Orlova, T. I. (1990). Kinetics of the galvanostatic formation of spark-discharge films on aluminum-alloys. Soviet Electrochemistry, 26 (7), 756–762.
  38. Xue, W., Deng, Z., Chen, R., Zhang, T. (2000). Growth regularity of ceramic coatings formed by microarc oxidation on Al–Cu–Mg alloy. Thin Solid Films, 372 (1-2), 114–117. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(00)01026-9
  39. Egorkin, V. S., Vyaliy, I. E., Sinebryukhov, S. L., Gnedenkov, S. V. (2017). Composition, morphology and tribological properties of PEO-coatings formed on an aluminum alloy D16 at different duty cycles of the polarizing signal. Non-Ferrous Metals, 42 (1), 12–16. doi: https://doi.org/10.17580/nfm.2017.01.03
  40. Krishna, L. R., Purnima, A. S., Wasekar, N. P., Sundararajan, G. (2007). Kinetics and Properties of Micro Arc Oxidation Coatings Deposited on Commercial Al Alloys. Metallurgical and Materials Transactions A, 38 (2), 370–378. doi: https://doi.org/10.1007/s11661-006-9054-9
  41. Zhu, L., Guo, Z., Zhang, Y., Li, Z., Sui, M. (2016). A mechanism for the growth of a plasma electrolytic oxide coating on Al. Electrochimica Acta, 208, 296–303. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.04.186
  42. Karakurkchi, A. V., Sakhnenko, N. D., Ved’, M. V., Mayba, M. V. (2019). Nanostructured Mixed Oxide Coatings on Silumin Incorporated by Cobalt. Nanocomposites, Nanostructures, and Their Applications, 269–291. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-17759-1_19
  43. Chen, X., Fan, Y. (2020). Study on Preparation, Microstructure and Properties of Micro-Arc Oxidation Ceramic Coating on AZ91 Magnesium Alloy in Phosphate Electrolyte. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 730, 012029. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/730/1/012029
  44. Hryniewicz, T. (2018). Plasma Electrolytic Oxidation of Metals and Alloys. Metals, 8 (12), 1058. doi: https://doi.org/10.3390/met8121058
  45. Parsadanov, I. V., Sakhnenko, M. D., Khyzhniak, V. O., Karakyrchi, G. V. (2016). Improving the environmental performance of engines by intra-cylinder neutralization of toxic exhaust gases. Internal Combustion Engines, 2, 63–67. doi: https://doi.org/10.20998/0419-8719.2016.2.12
  46. Yermolenko, I. Yu., Ved, M. V., Karakurkchi, A. V., Sakhnenko, N. D., Kolupayeva, Z. I. (2017). The electrochemical behavior of Fe³⁺ – WO₄²⁻ – Cit³⁻ and Fe³⁺ – MoO₄²⁻ – WO₄²⁻ – Cit³ systems. Voprosy himii i himicheskoy tehnologii, 2, 4–14.
  47. Walsh, F. C., Low, C. T. J., Wood, R. J. K., Stevens, K. T., Archer, J., Poeton, A. R., Ryder, A. (2009). Plasma electrolytic oxidation (PEO) for production of anodised coatings on lightweight metal (Al, Mg, Ti) alloys. Transactions of the IMF, 87 (3), 122–135. doi: https://doi.org/10.1179/174591908x372482
  48. Kasalica, B., Petković-Benazzouz, M., Sarvan, M., Belča, I., Maksimović, B., Misailović, B., Popović, Z. (2020). Mechanisms of plasma electrolytic oxidation of aluminum at the multi-hour timescales. Surface and Coatings Technology, 390, 125681. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125681
  49. Girase, K., Wang, Z., Kamimoto, T., Deguchi, Y., Jeon, M., Cui, M., Huang, E. (2020). Current density effects on plasma emission during plasma electrolytic oxidation (PEO) on AZ91D-magnesium alloy. Modern Physics Letters B, 34 (07n09), 2040025. doi: https://doi.org/10.1142/s0217984920400254
  50. Karakurkchi, A. V., Sakhnenko, N. D., Ved’, M. V., Luhovskyi, I. S., Drobakha, H. A., Mayba, M. V. (2019). Features of Plasma Electrolytic Formation of Manganese- and Cobalt-Containing Composites on Aluminum Alloys. Advances in Materials Science and Engineering, 2019, 1–13. doi: https://doi.org/10.1155/2019/6381291
  51. Sakhnenko, M., Karakurkchi, A., Galak, A., Menshov, S., Matykin, O. (2017). Examining the formation and properties of TiO2 oxide coatings with metals of iron triad. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (11 (86)), 4–10. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.97550
  52. Sakhnenko, N. D., Ved, M. V., Karakurkchi, A. V. (2017). Nanoscale Oxide PEO Coatings Forming from Diphosphate Electrolytes. Nanophysics, Nanomaterials, Interface Studies, and Applications, 507–531. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-56422-7_38

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-30

Як цитувати

Karakurkchi, A., Sakhnenko, M., Ved’, M., Tulenko, M., & Dzheniuk, A. (2020). Аналіз технологічних підходів до електрохімічної поверхневої обробки сплавів алюмінію. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(12 (105), 44–55. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206014

Номер

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

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Ann Karakurkchi, Mykola Sakhnenko, Maryna Ved’, Mykhailo Tulenko, Anatolii Dzheniuk

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.