Виявлення закономірностей формування фазово-структурного стану і властивостей покриттів, отриманих мікродуговим оксидуванням високоміцного сплаву В95

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

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217691

Ключові слова:

мікродугове оксидування, склад електроліту, Al–Zn–Mg–Cu, товщина, фазовий склад, твердість

Анотація

Дослідженовпливскладуелектролітуірежимівелектролізунаморфологіюповерхні, кінетикуросту, фазово-структурнийстанімеханічнівластивостіМДО-покриттівнаалюмінієвому (зосновнимелементомлегування ‑ Zn) сплавіВ95. ВстановленоможливістьформуваннянасплавіВ95 суцільногоМДО-покриттямзтовщиноюбазовогошарубільше 100 мкмішорсткістюповерхніменше 5 мкм. ДослідженнякінетикиростуМДО-покриттівнасплавіВ95 показало, щонайбільшашвидкістьростубазовогошарупокриття (біля 0.83 мкм/хв) відбуваєтьсявелектроліті 1 г/лКОН+6 г/л Na2SiO3. Збільшеннявідносногозмістусилікатноїскладової (Na2SiO3) хочаідозволяєдосягтидоситьвисокоїшвидкостіроступокриття, алеприцьомушвидкістьростубазовогошарузалишаєтьсявідносноневеликою(0.38‑0.40) мкм/хв. Це робить процес оксидування в цих електролітах меньш технологічним. Дослідження фазово-структурного стану базового шару покриття показало, що він має кристалічну структуру в якій основною фазою є оксид алюмінію γ-Al2O3 (90‑97) %. В якості другої фази формуються кристаліти α-Al2O3 і муліту (3Al2O3∙2SiO2). Зі збільшенням часу процесу в електролітах з найбільшим відносним вмістом лужної складової (1 г/л КОН+6 г/л Na2SiO3) відбувається підвищення відносного вмісту найбільш твердої фази α-Al2O3 (до 5 %). Твердість таких покриттів при тривалості оксидування 180 хвилин досягає 14000 МПа. Таким чином, проведене дослідження показало доцільність застосування МДО-обробки для сплаву В95, оскільки ця обробка дозволяє значно підвищити твердість поверхні і тим самим гарантувати її високу зносостійкість. Поєднання високої твердості з відносно високою швидкістю росту покриття дозволяють рекомендувати оксидування в електроліті 1 г/л КОН і 6 г/л Na2SiO3, як найбільш технологічне для підвищення механічних характеристик поверхні виробів зі сплаву В95

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

Посилання

  1. Hlushkova, D. B., Ryzhkov, Y. V., Kostina, L. L., Demchenko, S. V. (2018). Increase of wear resistance of the critical parts of hydraulic hammer by means of ion-plasma treatment. Problems of Atomic Science and Technology, 1 (113), 208–211.
  2. 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
  3. 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
  4. Glushchenko, M. A., Belozyorov, V. V., Sobol, O. V., Subbotina, V. V., Zelenskaya, G. I. (2017). Effect of Tantalum on the Texture of Copper Vacuum Condensates. Journal of Nano- and Electronic Physics, 9 (2), 02015-1–02015-5. doi: https://doi.org/10.21272/jnep.9(2).02015
  5. Mayrhofer, P. H., Mitterer, C., Hultman, L., Clemens, H. (2006). Microstructural design of hard coatings. Progress in Materials Science, 51 (8), 1032–1114. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2006.02.002
  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), 01042-1–01042-5. doi: https://doi.org/10.21272/jnep.8(1).01042
  7. Rocha, R. C., Galdino, A. G. de S., Silva, S. N. da, Machado, M. L. P. (2018). Surface, microstructural, and adhesion strength investigations of a bioactive hydroxyapatite-titanium oxide ceramic coating applied to Ti-6Al-4V alloys by plasma thermal spraying. Materials Research, 21 (4). doi: https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2017-1144
  8. Bekkara, M. F., Dascalescu, L., Benmimoun, Y., Zeghloul, T., Tilmatine, A., Zouzou, N. (2018). Modification of surface characteristic and tribo-electric properties of polymers by DBD plasma in atmospheric air. The European Physical Journal Applied Physics, 81 (1), 10801. doi: https://doi.org/10.1051/epjap/2017170149
  9. Wei, C. C. (2012). Analyses of Material Properties of Nitrided AISI M2 Steel Treated by Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) Process. Advanced Science Letters, 12 (1), 148–154. doi: https://doi.org/10.1166/asl.2012.2807
  10. 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
  11. Nii, H., Nishimoto, A. (2012). Surface modification of ferritic stainless steel by active screen plasma nitriding. Journal of Physics: Conference Series, 379, 012052. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/379/1/012052
  12. Aydin, H., Bayram, A., Topçu, Ş. (2013). Friction Characteristics of Nitrided Layers on AISI 430 Ferritic Stainless Steel Obtained by Various Nitriding Processes. Materials Science, 19 (1). doi: https://doi.org/10.5755/j01.ms.19.1.3819
  13. Araújo, E. de, Bandeira, R. M., Manfrinato, M. D., Moreto, J. A., Borges, R., Vales, S. dos S. et. al. (2019). Effect of ionic plasma nitriding process on the corrosion and micro-abrasive wear behavior of AISI 316L austenitic and AISI 470 super-ferritic stainless steels. Journal of Materials Research and Technology, 8 (2), 2180–2191. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.02.006
  14. Köster, K., Kaestner, P., Bräuer, G., Hoche, H., Troßmann, T., Oechsner, M. (2013). Material condition tailored to plasma nitriding process for ensuring corrosion and wear resistance of austenitic stainless steel. Surface and Coatings Technology, 228, S615–S618. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.10.059
  15. 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
  16. Sun, Y., Chen, Y., Tsuji, N., Guan, S. (2020). Microstructural evolution and mechanical properties of nanostructured Cu/Ni multilayer fabricated by accumulative roll bonding. Journal of Alloys and Compounds, 819, 152956. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152956
  17. Nayak, B. K., Elchidana, P., Mohapatra, R., Sahu, P. K. (2016). Optimization of Coating Process by Using Design of Experiment and Thermodynamic Environment Equivalency Factor. Asian Journal of Chemistry, 28 (7), 1589–1594. doi: https://doi.org/10.14233/ajchem.2016.19764
  18. 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
  19. Byeon, S. S., Wang, K., Seo, Y. J., Jung, Y. G., Koo, B. H. (2012). Structural properties of the oxide coatings prepared by electrolyte plasma process on the Al 2021 alloy in various nitrogen solutions. Ceramics International, 38, S665–S668. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.05.131
  20. 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
  21. Dunleavy, C. S., Golosnoy, I. O., Curran, J. A., Clyne, T. W. (2009). Characterisation of discharge events during plasma electrolytic oxidation. Surface and Coatings Technology, 203 (22), 3410–3419. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.05.004
  22. Dunleavy, C. S., Curran, J. A., Clyne, T. W. (2011). Self-similar scaling of discharge events through PEO coatings on aluminium. Surface and Coatings Technology, 206 (6), 1051–1061. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.07.065
  23. Dunleavy, C. S., Curran, J. A., Clyne, T. W. (2013). Time dependent statistics of plasma discharge parameters during bulk AC plasma electrolytic oxidation of aluminium. Applied Surface Science, 268, 397–409. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.12.109
  24. Nominé, A., Troughton, S. C., Nominé, A. V., Henrion, G., Clyne, T. W. (2015). High speed video evidence for localised discharge cascades during plasma electrolytic oxidation. Surface and Coatings Technology, 269, 125–130. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.01.043
  25. 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
  26. Belozerov, V., Mahatilova, A., Sobol’, O., Subbotinа, V., Subbotin, A. (2017). Improvement of energy efficiency in the operation of a thermal reactor with submerged combustion apparatus through the cyclic input of energy. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (86)), 39–43. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96721
  27. 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 MAO-coatings on aluminum. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (12 (102)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185674
  28. Yuting, D., Zhiyang, L., Guofeng, M. (2020). The research progress on micro-arc oxidation of aluminum alloy. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 729, 012055. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/729/1/012055
  29. Durdu, S., Bayramoğlu, S., Demirtaş, A., Usta, M., Üçışık, A. H. (2013). Characterization of AZ31 Mg Alloy coated by plasma electrolytic oxidation. Vacuum, 88, 130–133. doi: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2012.01.009
  30. 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
  31. 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
  32. Morais, P. J., Gomes, B., Santos, P., Gomes, M., Gradinger, R., Schnall, M. et. al. (2020). Characterisation of a High-Performance Al–Zn–Mg–Cu Alloy Designed for Wire Arc Additive Manufacturing. Materials, 13 (7), 1610. doi: https://doi.org/10.3390/ma13071610
  33. Li, J., Li, F., Ma, X., Li, J., Liang, S., Zhang, L. (2018). Effects of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of an ECAPed Al- Zn- Mg- Cu Alloy. Advanced Engineering Materials, 20 (9), 1701155. doi: https://doi.org/10.1002/adem.201701155
  34. Stemper, L., Mitas, B., Kremmer, T., Otterbach, S., Uggowitzer, P. J., Pogatscher, S. (2019). Age-hardening of high pressure die casting AlMg alloys with Zn and combined Zn and Cu additions. Materials & Design, 181, 107927. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107927
  35. Gloria, A., Montanari, R., Richetta, M., Varone, A. (2019). Alloys for Aeronautic Applications: State of the Art and Perspectives. Metals, 9 (6), 662. doi: https://doi.org/10.3390/met9060662
  36. Fridlyander, I. N. (2004). Alyuminievye splavy v aviaraketnoy i yadernoy tehnike. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk, 74 (12), 1076–1081.
  37. Dos Santos, J. F., Staron, P., Fischer, T., Robson, J. D., Kostka, A., Colegrove, P. et. al. (2018). Understanding precipitate evolution during friction stir welding of Al-Zn-Mg-Cu alloy through in-situ measurement coupled with simulation. Acta Materialia, 148, 163–172. doi: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.01.020
  38. Suminov, I. V., Epel'fel'd, A. V., Lyudin, V. B., Borisov, A. M., Krit, B. L. (2001). Mikrodugovoe oksidirovanie (obzor). Pribory, 9, 13–23.
  39. Subbotinа, V., Sоbоl, O., Belozerov, V., Al-Qawabeha, U. F., Tabaza, T. A., Al-Qawabah, S. M., Shnayder, V. (2020). A study of the electrolyte composition influence on the structure and properties of MAO coatings formed on AMg6 alloy. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (105)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205474
  40. 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-Al203 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
  41. 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
  42. Klopotov, A. A., Abzaev, Yu. A., Potekaev, A. I., Volokitin, O. G. (2012). Osnovy rentgenostrukturnogo analiza v materialovedenii. Tomsk: Izd-vo TGASU, 275.
  43. Suminov, I. V., Belkin, P. N., Epel'fel'd, A. V., Lyudin, V. B., Krit, B. L., Borisov, A. M. (2011). Plazmenno-elektroliticheskoe modifitsirovanie poverhnosti metallov i splavov. Vol. 2. Moscow: Tehnosfera, 512.
  44. Loyola, C., Menéndez-Proupin, E., Gutiérrez, G. (2010). Atomistic study of vibrational properties of γ-Al2O3. Journal of Materials Science, 45 (18), 5094–5100. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-010-4477-5
  45. Prins, R. (2019). Positionen von Spinellfehlstellen in γ‐Al2O3. Angewandte Chemie, 131 (43), 15694–15698. doi: https://doi.org/10.1002/ange.201901497

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Subbotinа V., Sоbоl O., & Belozerov, V. (2020). Виявлення закономірностей формування фазово-структурного стану і властивостей покриттів, отриманих мікродуговим оксидуванням високоміцного сплаву В95. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (108), 45–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217691

Номер

Том 6 № 12 (108) (2020): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Valeria Subbotinа, Oleg Sоbоl, Valery Belozerov

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.