RU2251596C2 - Method for coating articles of aluminum silicon-containing alloys - Google Patents
Method for coating articles of aluminum silicon-containing alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2251596C2 RU2251596C2 RU2003122524/02A RU2003122524A RU2251596C2 RU 2251596 C2 RU2251596 C2 RU 2251596C2 RU 2003122524/02 A RU2003122524/02 A RU 2003122524/02A RU 2003122524 A RU2003122524 A RU 2003122524A RU 2251596 C2 RU2251596 C2 RU 2251596C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- alloy
- coating
- inclusions
- aluminum
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 abstract description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 27
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000009862 microstructural analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к области машиностроения и материаловедения и может быть использовано для повышения эксплуатационных свойств поверхностей изделий из алюминиевых, в том числе алюминиево-кремниевых, сплавов. Изобретение может найти применение, в частности, в машиностроении и других отраслях, где используются алюминиевые сплавы. Литейные и деформируемые алюминиевые сплавы, благодаря своим физико-химическим и механическим свойствам, являются высокотехнологичными материалами и уже нашли широкое применение при изготовлении деталей в устройствах, где снижение общего веса изделия крайне желательно, например в автомобилестроении. При этом всегда остро стоит задача повышения износостойкости этих деталей, их рабочих поверхностей. Одним из современных путей упрочнения рабочих поверхностей является нанесение керамических покрытий путем оксидирования.The invention relates to the field of mechanical engineering and materials science and can be used to improve the operational properties of the surfaces of aluminum products, including aluminum-silicon alloys. The invention may find application, in particular, in mechanical engineering and other industries where aluminum alloys are used. Cast and wrought aluminum alloys, due to their physicochemical and mechanical properties, are high-tech materials and have already found wide application in the manufacture of parts in devices where reducing the total weight of the product is extremely desirable, for example, in the automotive industry. At the same time, the task of increasing the wear resistance of these parts and their working surfaces is always urgent. One of the modern ways of hardening work surfaces is the application of ceramic coatings by oxidation.
Предшествующий уровень техники.The prior art.
Известен способ упрочнения поверхности деталей из вентильных, в том числе алюминиевых, сплавов на основе микродугового оксидирования (МДО), заключающийся в том, что перед МДО поверхность изделия предварительно подвергают поверхностному пластическому деформированию до степени деформации сдвига 0,3-0,9. При этом повышаются толщина покрытия, микротвердость, снижается шероховатость (Патент RU №2085615). Однако этот способ не обеспечивает получения качественного покрытия с хорошей адгезией к оксидируемому сплаву при содержании в нем кремния более 3% в виду сильного экранирующего эффекта от кремнийсодержащих фаз (КФ).A known method of hardening the surface of parts from valve, including aluminum, alloys based on microarc oxidation (MAO), which consists in the fact that before the MAO the surface of the product is preliminarily subjected to surface plastic deformation to a shear strain of 0.3-0.9. This increases the thickness of the coating, microhardness, decreases the roughness (Patent RU No. 2085615). However, this method does not provide a high-quality coating with good adhesion to the oxidizable alloy with a silicon content of more than 3% in view of the strong shielding effect from silicon-containing phases (CF).
Известен также способ получения твердых защитных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов, включающий анодно-катодное оксидирование в щелочном электролите с температурой 15-50°С, с использованием переменного тока частотой 50-60 Гц, в котором в начальной стадии процесса в течение 5-90 секунд оксидирование ведут при плотности тока 160-180 А/дм2, а затем плотность тока снижают до 3-30 А/дм2 и ведут процесс в режиме самопроизвольного снижения потребляемой мощности до получения заданной толщины покрытия (WO 99/31303). При МДО кремнийсодержащих алюминиевых сплавов начальный резко повышенный токовый режим необходим для подавления экранирующего эффекта от КФ.There is also a method of producing hard protective coatings on products from aluminum alloys, including anodic-cathodic oxidation in an alkaline electrolyte with a temperature of 15-50 ° C, using alternating current frequency of 50-60 Hz, in which at the initial stage of the process for 5-90 seconds, oxidation is carried out at a current density of 160-180 A / dm 2 , and then the current density is reduced to 3-30 A / dm 2 and the process is conducted in the mode of spontaneous reduction of power consumption until a specified coating thickness is obtained (WO 99/31303). With MAO of silicon-containing aluminum alloys, the initial sharply increased current mode is necessary to suppress the screening effect from CF.
Однако данный способ требует высоких энергетических затрат, особенно в начальной стадии, для достижения плотности тока 160-180 А/дм2, поэтому применение его в условиях больших объемов выпуска изделий с защитным покрытием экономически малоцелесообразно.However, this method requires high energy costs, especially in the initial stage, to achieve a current density of 160-180 A / dm 2 , therefore, its use in conditions of large volumes of output of products with a protective coating is economically inexpedient.
Раскрытие сущности изобретения.Disclosure of the invention.
Задача данного изобретения состоит в разработке относительно неэнергоемкого способа получения качественного керамического покрытия методом микродугового оксидирования на алюминиевых сплавах, содержащих, преимущественно, более 3% кремния, который обеспечивает повышение адгезии покрытия к оксидируемому сплаву и возможность оптимизации под конкретные эксплуатационные требования (условия) микротвердости, пористости, шероховатости и толщины покрытия, а также его равнотолщинности (волнистости границы раздела “покрытие - основа”) путем уменьшения экранирующего эффекта от кремнийсодержащих фаз за счет изменения параметров структуры оксидируемого сплава.The objective of this invention is to develop a relatively non-energy-intensive method for producing a high-quality ceramic coating by microarc oxidation on aluminum alloys containing mainly more than 3% silicon, which provides increased adhesion to the oxidizable alloy and the possibility of optimization for specific operational requirements (conditions) of microhardness, porosity , the roughness and thickness of the coating, as well as its equal thickness (waviness of the “coating - base” interface) by reducing the screening effect of silicon-containing phases due to changes in the structure parameters of the oxidized alloy.
Поставленная задача решается с помощью способа получения покрытия на изделиях из алюминиевых, содержащих кремний сплавов, включающий предварительную обработку сплава и микродуговое оксидирование, в котором предварительную обработку сплавов проводят до образования такой структуры, при которой частицы кремнийсодержащих фаз располагаются в виде отдельных включений и/или их цепочек таким образом, чтобы на плоском срезе материала среднее расстояние между границами соседних кремнийсодержащих включений составляло более 5% от среднего линейного размера включений.The problem is solved using the method of coating on aluminum products containing silicon alloys, including preliminary processing of the alloy and microarc oxidation, in which the preliminary processing of the alloys is carried out until a structure is formed in which particles of silicon-containing phases are arranged as separate inclusions and / or their chains so that on a flat cut of the material, the average distance between the boundaries of adjacent silicon-containing inclusions is more than 5% of the average a certain size of inclusions.
Перед МДО изделий из алюминиевых сплавов, содержащих преимущественно более 3% кремния, путем воздействия энергетическими, физическими, механическими, химическими, металлургическими или другими методами или их сочетанием на отдельных стадиях технологического процесса формируют такую структуру оксидируемого сплава, при которой частицы КФ располагаются в виде отдельных включений или их цепочек так, чтобы наблюдаемое на плоском срезе материала (шлифе) среднее расстояние А (см. фиг.1) между ближайшими границами различных включений с учетом их распределения в плоскости шлифа составляло более 5% от среднего из максимальных линейных размеров В этих включений, где А и В определяются следующим образом:Before MAO products from aluminum alloys containing predominantly more than 3% silicon, by the action of energy, physical, mechanical, chemical, metallurgical or other methods or their combination at separate stages of the technological process, an oxidizable alloy structure is formed in which CF particles are arranged as separate inclusions or their chains so that the average distance A (see FIG. 1) between the nearest boundaries of various inclusions observed on a flat cut of the material (thin section), taking into account x distribution in the plane of the section was more than 5% of the average of the maximum linear dimensions in these inclusions, where A and B are defined as follows:
1) проводятся отрезки, наикратчайшим путем соединяющие границы различных ближайших друг к другу включений;1) segments are drawn that connect the boundaries of the various inclusions closest to each other in the shortest possible way;
2) проводятся отрезки, наикратчайшим путем соединяющие границы ближайших к друг другу включений, входящих в различные ближайшие образовавшиеся после первой операции (п.1) группы включений (вторая операция повторяется до тех пор, пока на анализируемом участке не останется отдельных групп включений);2) segments are drawn that connect the boundaries of the inclusions closest to each other and included in the various groups of inclusions formed after the first operation (p. 1) (the second operation is repeated until there are separate inclusion groups left on the analyzed section);
3) величина А определяется как средняя длина отрезков, полученных после предыдущих действий;3) the value of A is defined as the average length of the segments obtained after previous steps;
4) величина В определяется как средняя величина из максимальных измеренных в плоскости шлифа линейных размеров включений.4) the value of B is determined as the average value of the maximum linear dimensions of inclusions measured in the thin section plane.
После предварительной обработки сплава проводят микродуговое оксидирование. В качестве электролита используют преимущественно водный раствор гидроокиси калия (1-2 г/л) и жидкого стекла Na2SiO3 (2-4 г/л).After preliminary processing of the alloy, microarc oxidation is carried out. The electrolyte used is mainly an aqueous solution of potassium hydroxide (1-2 g / l) and water glass Na 2 SiO 3 (2-4 g / l).
В результате обеспечивается образование покрытия с требуемыми в заданных эксплуатационных условиях адгезией и механическим сцеплением с оксидируемым сплавом, микротвердостью, когезией, пористостью, шероховатостью, толщиной и равнотолщинностью покрытия, а также волнистостью границы раздела “покрытие-основа”.As a result, a coating is formed with the adhesion and mechanical adhesion required under specified operating conditions with the oxidizable alloy, microhardness, cohesion, porosity, roughness, thickness and uniform thickness of the coating, as well as the undulation of the “coating-base” interface.
Ниже приведен пример реализации данного способа при разработке технологии упрочнения рабочей поверхности алюминиевого блока цилиндров.The following is an example of the implementation of this method when developing a technology for hardening the working surface of an aluminum cylinder block.
Экспериментальные образцы из алюминиевого литейного сплава АК6М2 (ГОСТ 1583; аналог по стандарту ASTM: SG 64D, таблица 1) были изготовлены из отливки в кокиль (размер отливки: диаметр - 45 мм, высота - 15 мм). Затем образцы были подвергнуты микродуговому оксидированию как в исходном состоянии, так и после различных термообработок (таблица 2). Далее на поперечных шлифах проводился микроструктурный анализ основы и покрытий, полученных на этих образцах методом ЦЦО. Структуры сплавов (основы) приведены на фиг.2-6.The experimental samples from AK6M2 aluminum casting alloy (GOST 1583; ASTM standard analogue: SG 64D, Table 1) were made of chill mold (casting size: diameter 45 mm, height 15 mm). Then the samples were subjected to microarc oxidation both in the initial state and after various heat treatments (table 2). Next, microstructural analysis of the base and coatings obtained on these samples by the central heating center method was carried out on transverse sections. The alloy structures (bases) are shown in Fig.2-6.
В целом микроструктура всех исследуемых вариантов характеризуется наличием упрочняющих интерметаллидов в α-фазе и эвтектики (α+КФ). Основное различие наблюдается в форме и размерах включений КФ. Для образцов без термообработки и обработанных по Т2 структура не имеет существенных металлографических различий (фиг.2 и 3): мелкодисперсная эвтектика, содержащая КФ, располагается по границам зерен α-фазы в виде сплошных участков. После термообработки по Т6 наблюдается коагуляция и сфероидизация КФ, причем развитие этих процессов тем сильнее, чем больше длительность гомогенизирующего отжига перед закалкой (фиг.4-6). То есть, по сравнению с Т2, термообработка по Т6 и увеличение длительности гомогенизирующего отжига при Т6 приводят к снижению сплошности эвтектических участков по границам зерен α-фазы.In general, the microstructure of all the studied variants is characterized by the presence of reinforcing intermetallic compounds in the α phase and eutectic (α + CF). The main difference is observed in the shape and size of CF inclusions. For samples without heat treatment and processed according to T2, the structure does not have significant metallographic differences (Figs. 2 and 3): a finely dispersed eutectic containing CF is located along the grain boundaries of the α phase in the form of solid sections. After heat treatment according to T6, coagulation and spheroidization of CF is observed, and the development of these processes is stronger, the longer the duration of homogenizing annealing before quenching (Figs. 4-6). That is, in comparison with T2, heat treatment according to T6 and an increase in the duration of homogenizing annealing at T6 lead to a decrease in the continuity of eutectic sections along the grain boundaries of the α phase.
Приведенные далее результаты доказывают, что свойства керамических покрытий, полученных на образцах из одного и того же сплава при одинаковом режиме МДО, определяются его исходной структурой, формирующейся в зависимости от режима термообработки, что обусловлено экранирующим эффектом от КФ, выражающимся в том, что КФ препятствует росту покрытия при МДО (см. ниже).The results presented below prove that the properties of ceramic coatings obtained on samples of the same alloy under the same MAO regime are determined by its initial structure, which forms depending on the heat treatment mode, which is due to the screening effect from CF, which is expressed in the fact that CF prevents coating growth during MAO (see below).
На фиг.7 представлены микроструктуры покрытий, полученных методом МДО, на образцах АК6М2 с различной предварительной термообработкой. Видно, что при приготовлении микрошлифов на образцах без термообработки наблюдается растрескивание (фиг.7а) и отслоение покрытия (фиг.7б). На образцах с термообработкой по Т2 практически по всей границе раздела “покрытие - основа” наблюдается магистральная трещина (фиг.7в), что свидетельствует о слабой адгезии покрытия. На образцах с термообработкой по Т6 с различной длительностью гомогенизирующего отжига растрескивания и отслоения покрытий не наблюдаются, граница раздела “покрытие - основа” - сплошная, без трещин (например, для термообработки по Т6 с коротким временем выдержки при гомогенизирующем отжиге см. фиг.7г).7 shows the microstructure of coatings obtained by the MAO method on samples AK6M2 with various preliminary heat treatment. It is seen that when preparing microsections on samples without heat treatment, cracking is observed (Fig. 7a) and coating peeling off (Fig. 7b). On samples with heat treatment according to T2, a main crack is observed along the entire coating – base interface (Fig. 7c), which indicates poor coating adhesion. On samples with heat treatment according to T6 with different durations of homogenizing annealing, cracking and peeling of the coatings are not observed, the interface “coating - base” is continuous, without cracks (for example, for heat treatment according to T6 with a short exposure time during homogenizing annealing, see fig.7g) .
В таблице 3 представлены результаты измерения параметров толщины и твердости покрытий, полученных методом МДО. Отметим, что для образцов без термообработки при приготовлении шлифа не удается сохранить сплошность покрытия (фиг.7а-б), что свидетельствует о его слабых адгезионных и когезионных свойствах (покрытие скалывается на длине, составляющей до 95% от общей длины границы раздела “покрытие - металл”). Поэтому толщина для образца без термообработки была измерена только на оставшемся участке с покрытием. Тем не менее, для образцов без термообработки даже на оставшемся участке следует отметить резко выделяющуюся величину коэффициента вариации толщины покрытия, что свидетельствует о наибольшей, в сравнении с другими исследованными вариантами, разнотолщинности. Также отметим, что наименьшая разнотолщинность наблюдается для варианта с предварительной термообработкой по Т6(2).Table 3 presents the results of measurements of the thickness and hardness parameters of coatings obtained by the MAO method. Note that for samples without heat treatment during the preparation of the thin section, it is not possible to preserve the coating continuity (Figs. 7a-b), which indicates its weak adhesive and cohesive properties (the coating is chipped at a length of up to 95% of the total length of the interface “coating - metal"). Therefore, the thickness for the sample without heat treatment was measured only in the remaining area with the coating. Nevertheless, for samples without heat treatment, even in the remaining area, it should be noted that the coefficient of variation of the coating thickness varies sharply, which indicates the greatest difference in thickness compared to other investigated options. We also note that the smallest thickness difference is observed for the variant with preliminary heat treatment according to T6 (2).
Представленные в таблице результаты измерения твердости HV0.1 и коэффициента вариации твердости покрытия свидетельствуют о большом влиянии на эти величины режимов предварительной термообработки. Для покрытий, полученных методом МДО, известно, что чем больше коэффициент вариации микротвердости, тем больше пористость. Таким образом, по данным таблицы можно заключить, что наименьшей пористостью обладают покрытия, полученные на образцах с термообработкой по Т6(1) и Т6(2). Покрытия, полученные на образцах с термообработкой по Т2 и Т6(3), обладают примерно равной пористостью при различной твердости, что указывает на другие структурные отличия этих вариантов.The results of measuring the hardness HV0.1 and the coefficient of variation of the hardness of the coating presented in the table indicate a large influence of the preliminary heat treatment modes on these values. For coatings obtained by the MAO method, it is known that the greater the coefficient of variation of microhardness, the greater the porosity. Thus, according to the table, it can be concluded that coatings obtained on samples with heat treatment according to T6 (1) and T6 (2) have the least porosity. Coatings obtained on samples with heat treatment according to T2 and T6 (3) have approximately equal porosity at different hardness, which indicates other structural differences between these options.
Также обнаружено, что необходимую для обеспечения требуемой износостойкости пары трения “верхнее поршневое компрессионное кольцо - гильза” шероховатость на образцах из сплава АК6М2 с покрытием, полученным методом МДО, удается получить только после термообработок по Т6(1) и Т6(2).It was also found that the roughness on the AK6M2 alloy samples coated with the MAO method, necessary to ensure the required wear resistance of the friction pair “upper piston compression ring - sleeve”, can only be obtained after heat treatment according to T6 (1) and T6 (2).
На фиг.1 представлена схематизированная, структура образца с термообработкой по Т6(1), полученная путем компьютерной обработки соответствующей реальной микроструктуры (фиг.4). На схематизированной структуре видны частицы КФ (серые участки). Также на схематизированной структуре показаны отрезки, обозначающие расстояние между частицами КФ в соответствии с приведенным на с.3 описания алгоритмом. По этому алгоритму для представленной на фиг.7 схематизированной структуры имеем ·100%≈45%>5%, что подтверждает эффективность указанного в формуле изобретения критерия получения качественного покрытия методом МДО на апюминиево-кремниевых сплавах.Figure 1 shows a schematic structure of the sample with heat treatment according to T6 (1), obtained by computer processing of the corresponding real microstructure (figure 4). On the schematic structure, CF particles (gray areas) are visible. Also, the schematic structure shows the segments indicating the distance between the particles of CF in accordance with the algorithm given in p. 3 of the description. According to this algorithm, for the schematized structure shown in Fig. 7, we have · 100% ≈45%> 5%, which confirms the effectiveness of the criterion specified in the claims for obtaining high-quality coating by the MAO method on apuminium-silicon alloys.
Таким образом, режимы предварительной термообработки алюминиевого сплава АК6М2 имеют определяющее значение для качества покрытий, получаемых методом МДО. При этом изменяются толщина, твердость, пористость, однородность, адгезия и когезия, а также достижимый уровень шероховатости покрытия и, в конечном итоге, износостойкость покрытия и контртела. Найден режим предварительной термообработки, позволяющий сформировать несплошную структуру цепочек КФ и получить качественное МДО-покрытие с хорошей адгезией и требуемым уровнем шероховатости после финишной механической обработки. При этом износ контртела в паре с покрытием, полученным методом МДО, оказывается меньшим или, по крайней мере, сопоставимым с его износом в паре с образцом из Gh 190 В (нормаль “Фиат-ВАЗ” 52205 для отливок блоков цилиндров). В целях проведения испытаний на реальных деталях цилиндропоршневой группы были изготовлены гильзы для блока цилиндров из сплава АК6М2 с оптимизированной под МДО структурой по данному способу. Гильзы были запрессованы в чугунный блок и заоксидированы, что моделировало моноблок из алюминиевого сплава (фиг.8). Далее этот блок был установлен на двигатель и прошел стендовые испытания. Заоксидированная рабочая поверхность гильз практически не износилась, а износ поршневых колец оказался меньше или, в некоторых случаях, на уровне их износа при работе с чугунным блоком. Представленный в выше приведенном примере метод воздействия на структуру можно отнести к энергетическим.Thus, the modes of preliminary heat treatment of the AK6M2 aluminum alloy are crucial for the quality of coatings obtained by the MAO method. This changes the thickness, hardness, porosity, uniformity, adhesion and cohesion, as well as the achievable level of roughness of the coating and, ultimately, the wear resistance of the coating and counterbody. A preliminary heat treatment mode was found that allows one to form a discontinuous structure of CF chains and obtain a high-quality MAO coating with good adhesion and the required level of roughness after finishing machining. In this case, the wear of the counterbody paired with the coating obtained by the MAO method is less or at least comparable to its wear paired with a specimen of Gh 190 V (normal Fiat-VAZ 52205 for casting cylinder blocks). In order to test on real parts of the piston group, the liners for the cylinder block were made of AK6M2 alloy with a structure optimized for MAO according to this method. The liners were pressed into a cast-iron block and oxidized, which simulated a monoblock of aluminum alloy (Fig. 8). Further, this unit was installed on the engine and passed bench tests. The oxidized working surface of the liners practically did not wear out, and the wear of the piston rings was less or, in some cases, at the level of their wear when working with a cast-iron block. The method of influencing the structure presented in the above example can be attributed to energy.
Для оценки" влияния модификации структуры путем введения специальных лигатур на оксидируемость алюминиево-кремниевых сплавов исследование проводили на образцах сплава АК12ММгН (таблица 4), полученных путем отливки в кокиль (размер отливки: диаметр - 45 мм, высота - 15 мм). Далее оба образца были подвергнуты термообработке по режиму Т6(1) (см. таблицу 1). На фиг.9 представлены структуры образцов сплава АК12ММгН после Т6(1), из которых первый образец отлит без применения специальных модификаторов структуры (фиг.9а), а второй образец - с введением в расплав лигатуры AдSr10 (фиг.9б).To assess the “effect of structural modification by introducing special alloys on the oxidizability of aluminum-silicon alloys, the study was carried out on samples of AK12MMgN alloy (table 4) obtained by casting in a chill mold (casting size: diameter 45 mm, height 15 mm). Next, both samples were subjected to heat treatment according to the T6 mode (1) (see table 1.) Fig. 9 shows the structures of samples of the AK12MMgN alloy after T6 (1), of which the first sample was cast without the use of special structure modifiers (Fig. 9a), and the second sample - with the introduction of raspl in the ligature AdSr10 (Fig.9b).
Из сравнения микроструктур, представленных на фиг.10, видно, что, с точки зрения экранирующего эффекта от КФ при МДО, при введении модификатора структура становится более прозрачной.From a comparison of the microstructures presented in Fig. 10, it can be seen that, from the point of view of the screening effect of CF during MAO, when a modifier is introduced, the structure becomes more transparent.
Далее проводилось МДО. Как и в предыдущих случаях, адгезия покрытия оказывалась выше при большей, с точки зрения экранирующего эффекта от КФ, прозрачности структуры, что в данном случае соответствует сплаву АК12ММгН с лигатурой AlSr10 (фиг.10б).Next was the MAO. As in previous cases, the adhesion of the coating turned out to be higher with greater, from the point of view of the screening effect from KF, transparency of the structure, which in this case corresponds to the alloy AK12MMgN with AlSr10 alloy (Fig.10b).
Для проверки комплексного влияния обработок на повышение прозрачности структуры с точки зрения экранирующего влияния КФ использовали сплав АК12ММгН (см. таблицу 4), который был отлит без применения специальных модификаторов и имел игольчатую структуру кремнийсодержащих фаз. После изготовления из отливок крутых образцов проводили их поверхностную обработку деформированием роликом с проскальзыванием. После этого проводили обработку по Т6(1) (таблица 2). В результате получали измельчение структуры в приповерхностной области, повышение равномерности распределения КФ и степени его сфероидизации, что приводило к повышению прозрачности структуры с точки зрения экранирующего эффекта от КФ. Качество покрытия получалось на уровне покрытия на образцах, отлитых с применением модифицирующей лигатуры AlSr10 (см. выше).To check the complex effect of the treatments on increasing the transparency of the structure from the point of view of the screening effect of KF, AK12MMgN alloy was used (see table 4), which was cast without the use of special modifiers and had a needle-like structure of silicon-containing phases. After the manufacture of steep samples from castings, they were surface treated by deformation by a roller with slipping. After that, the treatment was performed according to T6 (1) (table 2). As a result, we obtained a refinement of the structure in the near-surface region, an increase in the uniformity of the distribution of CF and the degree of its spheroidization, which led to an increase in the transparency of the structure from the point of view of the screening effect from CF. The coating quality was obtained at the coating level on samples cast using AlSr10 modifying ligature (see above).
Также возможны другие предшествующие МДО методы воздействия на структуру, которые позволяют оптимизировать ее в требуемом для создания качественного покрытия направлении. Это физические методы (например, ультразвуковое воздействие при кристаллизации расплава, приводящее к измельчению структурных составляющих материала), механические (например, объемное или поверхностное деформирование различными методами, в том числе, со сложным движением деформирующего инструмента, приводящее к измельчению и перераспределению структурных составляющих в исходном материале), металлургические (например, кроме описанных выше, выдержка металла перед кристаллизацией длительное время в расплавленном состоянии, что приводит к измельчению структуры) и другие методы. Возможна комбинация различных методов. Например, поверхностное деформирование для измельчения частиц КФ с последующей их термообработкой для сфероидизации измельченных частиц, которая приводит к увеличению отношения А/В.Other previous MDO methods of influencing the structure are also possible, which allow optimizing it in the direction required to create high-quality coating. These are physical methods (for example, ultrasonic action during crystallization of the melt, leading to grinding of the structural components of the material), mechanical (for example, volumetric or surface deformation by various methods, including with complex movement of the deforming tool, leading to grinding and redistribution of the structural components in the original material), metallurgical (for example, in addition to those described above, holding the metal before crystallization for a long time in the molten state, which drive um to grinding the structure) and other methods. A combination of different methods is possible. For example, surface deformation for grinding particles of CF with their subsequent heat treatment for spheroidization of the crushed particles, which leads to an increase in the ratio A / B.
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Предложенный способ может найти применение при нанесении износостойких покрытий на детали из алюминиевых, содержащих кремний сплавов, работающих в абразивосодержащих и агрессивных средах, в частности на поршни и гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, рабочие детали компрессорного оборудования, подшипники, элементы запорной арматуры, теплообменники и т.п. Изобретение позволяет повысить адгезию и механическое сцепление покрытия с оксидируемым сплавом и оптимизировать сплав под конкретные эксплуатационные требования при невысоких энергетических затратах.The proposed method can find application in the application of wear-resistant coatings to parts made of aluminum containing silicon alloys operating in abrasive and aggressive environments, in particular to pistons and cylinder liners of internal combustion engines, working parts of compressor equipment, bearings, shutoff valves, heat exchangers, etc. .P. EFFECT: invention improves adhesion and mechanical adhesion of a coating with an oxidizable alloy and optimizes the alloy for specific operational requirements at low energy costs.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122524/02A RU2251596C2 (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Method for coating articles of aluminum silicon-containing alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122524/02A RU2251596C2 (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Method for coating articles of aluminum silicon-containing alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003122524A RU2003122524A (en) | 2005-02-27 |
| RU2251596C2 true RU2251596C2 (en) | 2005-05-10 |
Family
ID=35285828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003122524/02A RU2251596C2 (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Method for coating articles of aluminum silicon-containing alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2251596C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2361970C2 (en) * | 2006-12-20 | 2009-07-20 | ГОУ ВПО "Тольяттинский государственный университет" | Wear resistant composite coating and method of its production |
| RU2583496C2 (en) * | 2011-09-12 | 2016-05-10 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Anode-oxide coating of internal combustion engine and method of making same |
| RU2823272C1 (en) * | 2023-06-20 | 2024-07-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России) | Method of producing combined wear- and corrosion-resistant ceramic coating on surface of dental structure made from carbon structural steel |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3832293A (en) * | 1973-03-01 | 1974-08-27 | D & M Technologies | Process for forming a coating comprising a silicate on valve group metals |
| RU2038428C1 (en) * | 1991-08-05 | 1995-06-27 | Малышев Владимир Николаевич | Electrolyte for microarc oxidation of aluminum and its alloys |
| RU2085615C1 (en) * | 1995-03-14 | 1997-07-27 | Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения | Method of strengthening objects of valve metals and their alloys |
| RU2112087C1 (en) * | 1996-09-23 | 1998-05-27 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Method of producing of protective coatings on aluminum and its alloys |
-
2000
- 2000-12-19 RU RU2003122524/02A patent/RU2251596C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3832293A (en) * | 1973-03-01 | 1974-08-27 | D & M Technologies | Process for forming a coating comprising a silicate on valve group metals |
| RU2038428C1 (en) * | 1991-08-05 | 1995-06-27 | Малышев Владимир Николаевич | Electrolyte for microarc oxidation of aluminum and its alloys |
| RU2085615C1 (en) * | 1995-03-14 | 1997-07-27 | Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения | Method of strengthening objects of valve metals and their alloys |
| RU2112087C1 (en) * | 1996-09-23 | 1998-05-27 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Method of producing of protective coatings on aluminum and its alloys |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2361970C2 (en) * | 2006-12-20 | 2009-07-20 | ГОУ ВПО "Тольяттинский государственный университет" | Wear resistant composite coating and method of its production |
| RU2583496C2 (en) * | 2011-09-12 | 2016-05-10 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Anode-oxide coating of internal combustion engine and method of making same |
| RU2823272C1 (en) * | 2023-06-20 | 2024-07-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России) | Method of producing combined wear- and corrosion-resistant ceramic coating on surface of dental structure made from carbon structural steel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003122524A (en) | 2005-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Javidani et al. | Application of cast Al–Si alloys in internal combustion engine components | |
| Mitterer et al. | Application of hard coatings in aluminium die casting—soldering, erosion and thermal fatigue behaviour | |
| Jojith et al. | Reciprocal dry sliding wear of SiCp/Al–7Si-0.3 Mg functionally graded composites: Influence of T6 treatment and process parameters | |
| Fernández-López et al. | High performance tribological coatings on a secondary cast Al–Si alloy generated by Plasma Electrolytic Oxidation | |
| Krishtal | Effect of structure of aluminum-silicon alloys on the process of formation and characteristics of oxide layer in microarc oxidizing | |
| Krüger et al. | Development of an innovative lightweight piston through process combination “casting–forging” | |
| Venkatesh et al. | Effect of heat treatment on hardness, tensile strength and microstructure of hot and cold forged Al6061 metal matrix composites reinforced with silicon carbide particles | |
| RU2251596C2 (en) | Method for coating articles of aluminum silicon-containing alloys | |
| Hazra et al. | Improvement in dry sliding wear resistance of Al-17Si-5Cu alloy after an enhanced heat treatment process | |
| Singh et al. | EffEct of DiffErEnt cEramic rEinforcEmEnts on microstructurE, mEchanical ProPErtiEs anD tribological bEhaviour of thE al6082 alloy ProDucED by stir casting ProcEss | |
| Krishtal | Oxide Layer Formation by Micro-Arc Oxidation on Structurally Modified Al-Si Alloys and Applications for Large-Sized Articles Manufacturing | |
| Alipour et al. | Effects of Al-5TI-1B master alloy and heat treatment on the microstructure and dry sliding wear behavior of an Al-12Zn-3Mg-2.5 Cu alloy | |
| Lumley et al. | The role of alloy composition in the heat treatment of aluminium high pressure die castings | |
| Thiyaneshwaran et al. | Microstructure, mechanical and wear properties of aluminum 5083 alloy processed by equal channel angular extrusion | |
| Aktarer et al. | Effect of friction stir processing on tribological properties of Al-Si alloys | |
| Tošić et al. | Plasma nitriding improvements of fatigue properties of nodular cast iron crankshafts | |
| Rosso et al. | Development of industrial components by advanced squeeze casting | |
| JPH1017976A (en) | Aluminum-copper-magnesium alloy steel sheet reduced in residual stress level | |
| RU2489217C1 (en) | Method of sheets production from heat-hardened aluminium alloys alloyed with scandium and zirconium | |
| RU2709550C1 (en) | Method of hardening nickel-chrome-boron-silicon coating on metal parts | |
| Luo et al. | Microstructure and fatigue properties of hydroformed aluminum alloys 6063 and 5754 | |
| Rajabi et al. | Tribological behavior of friction stir processed SiP/ZA40 in-situ composites | |
| da Silva Fernandes et al. | Die Casting, Rheocasting, or Thixoforming? Comparison of Production Strategies Using the 356 Aluminum Alloy | |
| RU2361970C2 (en) | Wear resistant composite coating and method of its production | |
| Tillová et al. | Selection of optimal solution heat treatment of the casting cylinder heads |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051220 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20081110 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171220 |