Анодное оксидирование сплавов титана с использованием импульсного тока

Анодное оксидирование сплавов титана с использованием импульсного тока

Анодное оксидирование (анодирование) применяется для улучшения свойств поверхности металла. Импульсное анодирование (с использованием импульсного тока) проводится для придания поверхности изделия большей физической износостойкости и защиты от коррозии, в том числе при взаимодействии с другими материалами, а цветное (с использованием тока постоянной плотности) – в основном для для окраски. Анодированию могут подвергаться многие металлы, но обычно его используют для обработки изделий из алюминия и титана, а также сплавов на их основе.

Цветное анодирование преследует в основном декоративные и маркировочные цели, поскольку тонкий окрашенный слой обеспечивает только минимальную защиту от коррозии.

Для формирования оксидной пленки повышенной толщины на титановых сплавах в промышленности используется импульсное анодирование – защитный слой, получаемый с его помощью, отличается повышенной твёрдостью и способностью удерживать смазку, что позволяет использовать высокодисперсные смазочные составы, а также сохраняет все основные свойства обработанного сплава без потери прочности или предела усталости. Стоит отметить, что полученное таким методом покрытие имеет ряд преимуществ:

- Низкий коэффициент трения.

- Повышенная химическая стойкость.

- Повышенная адсорбционная способность.

- Высокая термостойкость.

- Высокое значение пробивного напряжения.

Существуют различные методы импульсного анодирования, позволяющие, например, при высокой плотности тока получить ровное покрытие повышенной твёрдости на титане и его сплавах – для титана это условия искрового разряда при напряжении 80-250 В и плотности тока 10-80 А/дм2.

Сам процесс импульсного оксидирования в промышленных условиях обычно состоит из следующих этапов:

1)      Монтаж обрабатываемых деталей на приспособления для анодирования.

2)      Химическое обезжиривание деталей (в соответствии с производственной инструкцией).

3)      Промывка в горячей (40-50 градусов) проточной воде многократным окунанием.

4)      Промывка в холодной проточной воде многократным окунанием.

5)      Непосредственно анодирование.

6)      Промывка в холодной проточной воде многократным окунанием.

7)      Сушка.

8)      Демонтаж изделий с приспособлений для анодирования.

9)      Контроль результата с помощью осмотра и проверки толщины анодного покрытия (до 5 мкс – оценкой напряжения пробоя, выше – с помощью толщинометра).

Рассмотрим один из вариантов анодирования более подробно. В качестве электролита используется следующий состав: серная кислота (плотность 1,84) – 205 мл/л, ортофосфорная кислота (плотность 1,7) – 15 мл/л, вода – остальное. Температура электролита 5 гр.С. Длительность импульса тока – 0,1-0,3 сек., частота импульсов – 60-120 имп/мин, плотность тока в импульсе – 5-10 А/дм2. При этом в зависимости от соотношения длительности импульса и паузы формируются пленки различной толщины и качества. При плотности тока 1-2 А/дм2 толщина покрытия составит 2-3 мкм, при наличии мощного источника питания можно получить толщину покрытия до 20 мкм. (при плотности тока до 50 А/дм2). Важно, что использование современных выпрямителей позволяет получить покрытия значительно большей толщины – 20 мкм и более за счёт улучшения параметров импульсов. Например, агрегаты выпрямительные Пульсар СМАРТ, производства компании Навиком, на основе силовых модулей МС 32А/300V позволяют проводить процесс анодирования при высоких плотностях тока (до 160 и выше А/дм2) и рабочих напряжениях до 300В, регулируя частоту (до 200 Гц) и длительность (от 1 мс) импульсов.

Как понятно из описания выше, качество и толщина покрытия будет в первую очередь зависеть от набора качественных показателей импульсов, генерируемых источником питания – выпрямителем, который должен обеспечивать импульсы требуемых параметров. Традиционно, для анодирования использовались тиристорные преобразователи различных типов, требующие для своей работы дополнительных элементов: силового ключа, управляющегося мультивибратором, разделительного трансформатора соответствующей мощности в сети питания источника, дополнительного сглаживающего реактора и прямого вентиля на выходе источника для компенсации противо-ЭДС ванны с электролитом. Все это вынужденные меры исходя из уровня развития технологий того времени.

Вместо морально устаревших схем в настоящее время целесообразно использовать современные инверторные выпрямители. Они не только обеспечивают более высокое качество импульсов за счёт использования актуальных на сегодняшний день технических решений, но и позволяют получить гораздо большую гибкость настроек параметров: тока, напряжения, длительности и частоты, что даёт возможность создания оксидного покрытия практически любой требуемой толщины и качества.

Отличным решением для промышленных предприятий будет использование выпрямителей серии Пульсар СМАРТ от российской компании «Навиком», которая уже почти двадцать лет поставляет на отечественный и мировой рынок промышленные выпрямительные агрегаты. Основные преимущества выпрямителей от «Навиком» для анодного оксидирования:

1)      Фронт/спад импульса 160 мкс.

2)      Минимальная длительность импульса 1…2 мс.

3)      Отсутствие выбросов и провалов в форме импульса тока.

4)      Частота импульсов до 200 Гц.

5)      Высокий КПД преобразования, что позволяет добиться существенной экономии энергоресурсов.

6)      Низкий коэффициент пульсаций, что в случае работ по анодированию значительно повышает качество оксидного слоя.

7)      Высокая стабильность поддержания параметров технологического тока.

8)      Гибкость регулировок и наглядность управления.

9)      Собственная сервисная служба, обеспечивающая оперативное и качественное решение  вопросов, связанных с работой выпрямителей в течение всего срока эксплуатации.

Выпрямители Пульсар СМАРТ производства ООО «Навиком» разработаны в соответствии с требованиями Российских и международных стандартов и предназначены для решения широкого спектра задач промышленности. При этом специалисты Навиком всегда готовы адаптировать возможности выпрямителей к требованиям заказчика для обеспечения его потребностей.