DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2017-03-04-381-388

УДК 621.794

Скрябин М.Л., Смехова И.Н.
Особенности теорий формирования оксидных пленок на поршневых алюминиевых сплавах дизелей при микродуговом оксидировании
В статье рассмотрен один из перспективных методов поверхностного упрочнения поршневых алюминиевых сплавов – микродуговое оксидирование. Описаны принципиальные отличия микродугового оксидирования от анодирования и подобных электрохимических процессов. Рассмотрены схемы формирования барьерного и наружного слоев поверхностного покрытия в водных электролитах. Показан механизм образования границы раздела. Рассмотрено формирование слоев с большой пористостью и методами воздействия не нее. Также описана экспоненциальная зависимость плотности тока от напряженности электрического поля в поверхностной пленке основного металла. Обоснована роль микроразрядов в формировании оксидных слоев на обрабатываемой поверхности. Предложены и описаны особенности трех основных теорий формирования оксидных пленок на поверхности поршня: физико-геометрической модели Келлера; модели формирования оксидных пленок как коллоидных образований и плазменной теории (теории окисления с образованием плазмы в зоне оксидирования). Раскрыты особенности образования пленок в каждой из моделей. Для модели Келлера пористая оксидная пленка представляет собой плотноупакованные оксидные ячейки, имеющие форму призмы. В их основе лежит гексагональная призма. Эти ячейки имеют нормальную ориентацию к поверхности металла. В центре элементарной ячейки присутствует одна пора, которая представляет собой канал, размер которого определяется составом электролита, химическим составом основного металла и электрическими параметрами процесса оксидирования. В процессе микродугового оксидирования согласно этой модели начало формирования ячеек происходит с образования барьерного слоя, переходящего в пористый слой и, с течением времени, происходит удлинение пор, из-за постоянного травления электролитом. В теории образования оксидных пленок как коллоидных образований выявлено, что образование пор в пленке является следствием их роста. Анодный оксид представляет собой ориентированный электрическим полем гель оксида алюминия коллоидно-полимерной природы. Плазменная теория объясняет большинство вопросов, связанных с появлением характерного свечения при микродуговом оксидировании. Согласно этой теории постоянно существующего барьерного слоя нет – в момент отключения тока происходит его полимеризация из примыкающего непосредственно к аноду тончайшего слоя ионизированного газа. Он постоянно находится в состоянии бурления и обновления, что объясняет большую скорость полимеризации фазового оксида алюминия и разнородность параметров получаемого анодного оксида по толщине. Также в работе приведены основные характеристики, от которых зависит скорость формирования оксидных слоев на поверхности алюминиевых сплавов.
Ключевые слова: микродуговое оксидирование, пленочное покрытие, модель формирования пленки, пленочная пористость.

Skryabin M.L., Smekhova I.N.
Features of the theories of the formation of oxide films on aluminum alloys piston diesel engines with micro-arc oxidation
The article considers one of the promising methods of surface hardening of piston aluminum alloy – microarc oxidation. Described fundamental differences from the micro-arc oxidation anodizing and similar electrochemical processes. The schemes of formation of the barrier and outer layers surface treatment in aqueous electrolytes. Shows the mechanism of formation of the interface. Considers the formation of layers with high porosity and method of exposure. Also describes the exponential dependence of the current density from the electric field in the surface film of the base metal. The role of discharges in the formation of oxide layers on the treated surface. Proposed and described features of the three main theories of formation of oxide films on the surface of the piston: physical and geometrical model of Keller; models of formation of oxide films as a colloid formations and plasma theory (theory of oxidation with the formation of plasma in the zone of oxidation). The features of formation of films in each of the models. For the model of Keller porous oxide film is a close-Packed oxide cell, having the shape of a prism. They are based on a hexagonal prism. These cells have normal orientation to the surface of the metal. In the center of the unit cell there is one season that is a channel, whose size is determined by the composition of the electrolyte, the chemical composition of the base metal and the electrical parameters of the process of oxidation. In the micro-arc oxidation process according to this model, the beginning of the formation of cells occurs with the formation of the barrier layer, passing in the porous layer and, over time, the elongation of the pores, due to the constant etching electrolyte. In the theory of formation of the oxide films as kolloidnyh formations revealed that formation of pores in the film is a result of their growth. The anodic oxide is represented by a directed electric field, the alumina gel colloidal and polymeric nature. Plasma theory explains most of the issues related to the appearance of the characteristic luminescence with micro-arc oxidation. According to this theory, constantly existing barrier layer is not present at the time of current interruption is polymerization from the attached directly to the anode thin layer of ionized gas. He is constantly in a state of seething and updates that explains the high rate of polymerization and phase of aluminum oxide and heterogeneity parameters of the obtained anodic oxide thickness. The work also describes the main characteristics, which determine the rate of formation of oxide layers on the surface of aluminum alloys.
Key words: microarc oxidation, coating, model, film formation, film porosity.

Скачать статью (файл pdf) — Download (pdf)

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.