Структура и свойства черных керамических МДО-покрытий на алюминиевых сплавах

Существующие процессы получения черных износостойких покрытий включают химические методы, анодное оксидирование с последующим окрашиванием в анилиновых красителях, электрохимическое осаждение, вакуумно-плазменную обработку, микродуговое оксидирование (МДО). Большой интерес для формирования светопоглощающих покрытий вызывает метод МДО, характеризующийся как надежный и экологически безопасный процесс, обеспечивающий формирование твердого керамикоподобного оксидного слоя с высокой коррозионной стойкостью и хорошей адгезией к основе. Поэтому разработка методов получения качественных черных МДО-покрытий, обладающих высокими оптическими и механическими характеристиками, является в настоящее время актуальной задачей. В статье приведены результаты исследования структуры и свойств черных керамических покрытий на алюминиевом сплаве АМг₂, полученных методом микродугового оксидирования с применением силикатно-щелочного и силикатно-фосфатного электролитов, содержащих в качестве окрашивающих компонентов ферроцианид калия и вольфрамат натрия. В качестве дополнительных элементов, обеспечивающих окрашивание покрытий, в электролиты добавляли вольфрамовокислый натрий и ферроцианид калия концентрацией от 0,5 до 2,0 г/л. Установлено, что наиболее насыщенные черные покрытия в силикатно-щелочном электролите формируются при добавлении 1,5–2,0 г/л вольфрамата натрия, а в силикатно-фосфатном электролите при добавлении 1,5 г/л ферроцианида калия. Применение электролита, содержащего вольфрамат натрия, позволяет сформировать покрытия с меньшей высотой микронеровностей (Ra = 0,97–1,11 мкм) по сравнению с покрытиями, полученными в электролите, содержащем ферроцианид калия (Ra до 4,20 мкм). Максимальная износостойкость полученных покрытий (скорость износа (0,38–0,59) × 10^–4 мм³/(м×Н)) достигается при обработке в исследованных электролитах продолжительностью 10 мин. При этом толщина покрытий составляет 21–31 мкм. Дальнейшее увеличение продолжительности обработки не оказывает существенного влияния на скорость износа.

1. Plasma Electrolytic Oxidation of Magnesium and its Alloys: Mechanism, Properties and Applications / G. B. Darband [et al.] // Journal of Magnesium and Alloys. 2017. Vol. 5, No 1. P. 74–132. https://doi.org/10.1016/j.jma.2017.02.004.

2. Influence of Zinc-Dipping on Electroless Nickel Coating on Magnesium Alloy / X. Guan [et al.] // Surface Engineering. 2019. Vol. 35, No 10. P. 906–912. https://doi.org/10.1080/02670844.2018.1548101.

3. Calcium Doped Flash-PEO Coatings for Corrosion Protection of Mg Alloy / E. Wierzbicka [et al.] // Metals. 2020. Vol. 10, No 7. P. 916. https://doi.org/10.3390/met10070916.

4. Ali, M. Magnesium-Based Composites and Alloys for Medical Applications: a Review of Mechanical and Corrosion Properties / M. Ali, M. Hussein, N. Al-Aqeeli // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 792. P. 1162–1190. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.080.

5. Advance in Antibacterial Magnesium Alloys and Surface Coatings on Magnesium Alloys: a Review / Y. Shao [et al.] // Acta Metallurgica Sinica. 2020. Vol. 33. P. 615–629. https://doi.org/10.1007/s40195-020-01044-w.

6. Pulsed Plasma Electrolytic Oxidation Processes for Aeronautical Applications and Their Technical Application / N. Godja [et al.] // Transactions of the IMF. 2013. Vol. 91, No 6. P. 321–329. https://doi.org/10.1179/0020296713z.000000000150.

7. Effect of Pulse Current Mode on Microstructure, Composition and Corrosion Performance of the Coatings Produced by Plasma Electrolytic Oxidation on AZ31 Mg Alloy / M. Rahmati [et al.] // Coatings. 2019. Vol. 9, No 10. 688 р. https://doi.org/10.3390/coatings9100688.

8. Effects of Pulse Current Mode on Plasma Electrolytic Oxidation of 7075 Al in KMnO4 Containing Solution / R. Aliramezani [et al.] // Journal of the Electrochemical Society. 2017. Vol. 164, No 12. P. C690–C698. https://doi.org/10.1149/2.0021713jes.

9. Mann, R. Effects of Pulsed Current on Plasma Electrolytic Oxidation / R. Mann, W. E. G. Hansal, S. E. Hansal // Transactions of the IMF. 2014. Vol. 92, No 6. P. 297–304. https://doi.org/10.1179/0020296714z.000000000206.

10. Liu, S. Effects of Negative Voltage on Microstructure and Corrosion Resistance of Red Mud Plasma Electrolytic Oxidation Coatings / S. Liu, J. E. Zeng // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 352. P. 15–25. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.07.080.

11. Mechanical and Tribological Properties of Ca/P-Doped Titanium Dioxide Layer Produced by Plasma Electrolytic Oxidation: Effects of Applied Voltage and Heat Treatment / C. A. H. Laurindo [et al.] // Tribology Transactions. 2018. Vol. 61, No 4. P. 733–741. https://doi.org/10.1080/10402004.2017.1404176.

12. Effect of Duty Cycle and Treatment Time on Electrolytic Plasma Oxidation of Commercially Pure Al Samples / M. D. M. Tavares [et al.] // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8, No 2. P. 2141–2147. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.01.020.

13. Effects of Duty Cycle, Current Frequency, and Current Density on Corrosion Behavior of the Plasma Electrolytic Oxidation Coatings on 6061 Al Alloy in Artificial Seawater / M. Vakili-Azghandi, A. Fattah-Alhosseini // Metallurgical and Materials Transactions A. 2017. Vol. 48. P. 4681–4692. https://doi.org/10.1007/s11661-017-4205-8.

14. Microstructure, Formation Mechanism and Antifouling Property of Multi-Layered Cu-Incorporated Al2O3 Coating Fabricated Through Plasma Electrolytic Oxidation / X. Zhang [et al.] // Ceramics International. 2020. Vol. 46, No 3.P. 2901–2909. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.09.284.

15. Influence of Graphene Particles on the Micro-Arc Oxidation Behaviors of 6063 Aluminum Alloy and the Coating Properties / Q. Chen [et al.] // Applied Surface Science. 2017. Vol. 423. P. 939–950. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.06.202.

16. Hsu, C.-H. Effects of Addition of Al (NO3)3 to Electrolytes on Alumina Coatings by Plasma Electrolytic Oxidation / C.-H. Hsu, H.-P. Teng, F. Lu // Surface and Coatings Technology. 2011. Vol. 205, No 12. P. 3677–3682. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.01.024.

17. Effect of (NaPO3)6 Concentrations on Corrosion Resistance of Plasma Electrolytic Oxidation Coatings Formed on AZ91D Magnesium Alloy / H. Luo [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2008. Vol. 464, No 1–2. P. 537–543. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.10.072.