Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

А. Г. Ракоч, профессор кафедры защиты металлов и технологии поверхности
Д. М. Стрекалина, ассистент, эл. почта: dasha_367@mail.ru
А. А. Гладкова, ассистент

Установлен технологический режим проведения процесса плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) сплава ВТ6, позволяющий получать композиционное покрытие, состоящее в основном из двойного оксида (TiAl₂O₅), с наличием в нем высокотемпературной модификации оксида алюминия (α-Al₂O₃). Данное покрытие более чем в 6 раз увеличивает износостойкость титанового сплава. Предложены механизмы образования высокотемпературной модификации оксида алюминия (α-Al₂O₃) в покрытии, в том числе и во внешнем его слое, сформированном после ПЭО сплава ВТ6 в охлаждаемом щелочном (pH = 12,8) водном растворе, содержащем до 40 г/л алюмината натрия. В основе этих механизмов находятся экзотермические реакции образования алюмината титана и/или твердого раствора оксидов алюминия (основа), титана, легирующего элемента сплава, а также низкая сквозная пористость покрытия. Средняя скорость роста покрытия на сплаве ВТ6 при заданной плотности 15 А/дм² в таком электролите является высокой (1,3 мкм/мин) вследствие не только оксидирования сплава, но и плазменно-термохимической обработки слоя электролита, прилегающего к металлической основе и содержащего NaAl₂O₃. Последнее приводит к вхождению оксида алюминия в покрытие. Износостойкость сплава ВТ6 без покрытия и с ним изучали с помощью автоматической машины трения High-temperature Tribometer (CSM Instruments, Швейцария). Для испытаний образцов использовали схему «шарик – диск». Съемку рентгеновских спектров с образцов с покрытиями проводили на рентгеновском дифрактометре Rigaku Ultima IV (TOKYO BOEKI) с использованием как симметричной, так и асимметричной съемок и монохроматизированного CoK-излучения. При проведении количественного фазового анализа для оценки объемных и массовых процентов входящих в покрытие фаз с известной структурой использовали специальную программу. Микротвердость покрытий измеряли на поперечных шлифах с помощью микротвердомера Buehler Micro Met® 5101. Толщину покрытий оценивали с помощью толщиномера Fischer Duel Scope FNP 10. Исследование изменения элементного состава по толщине покрытий проводили при помощи сканирующего электронного микроскопа модели Sphinx 133 Camscan.

1. Ракоч А. Г., Дуб А. В., Гладкова А. А. Анодирование легких сплавов при различных электрических режимах. Плазменно-электролитическая нанотехнология. — М. : Старая Басманная, 2012. — 495 с.
2. Habazaki H., Tsunekawa S., Tsuji E., Nakayama T. Formation and characterization of wear resistant PEO coatings formed on &-titanium alloy at different electrolyte temperatures // Applied Surface Science. 2012. No. 259. Р. 711–718.
3. Cheng Y., Wu X., Xue Z., Matykina E., Skeldon P., Thompson G. E. Microstructure, corrosion and wear performance of plasma electrolytic oxidation coatings formed on Ti – 6Al – 4V alloy in silicate-hexametaphosphate electrolyte // Surface & Coatings Tecnology. 2013. No. 217. Р. 129–139.
4. Dunleavy C. S., Golosnoy I. O., Curran J. A., Clyne T. W. Characterisation of discharge events during plasma electrolytic oxidation // Surface & Coatings Tecnology. 2009. Vol. 203. P. 3410–3419.
5. Гордиенко П. С., Гнеденков С. В. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов. — Владивосток : Дальнаука, 1997. — 186 с.
6. Yerokhin A. L., Leyland A., Matthews A. Kinetic aspects of aluminium titanate layer formation on titanium alloys by plasma electrolytic oxidation // Applied Surface Science. 2002. Vol. 200. P. 172–184.
7. Жуков С. В., Суминов И. В., Эпельфельд А. В., Желтухин Р. В., Кантаева О. А. Физико-механические свойства, структура и фазовый состав МДО-покрытий на титане // Научные труды (Вестник МАТИ). 2007. № 13 (85). C. 60–66.
8. Sun X. T., Jiang Z. H., Xin S. G., Yao Z. P. Composition and mechanical properties of hard ceramic coating containing α-Al₂O₃ produced by microarc oxidation on Ti – 6Al – 4V alloy // Thin Solid Films. 2005. Vol. 471. Р. 194–199.
9. Rakoch A. G., Gladkova A. A., Zayar Linn, Strekalina D. M. The evidence of cathodic micro-discharges during plasma electrolytic oxidation of light metallic alloys and micro-discharge intensity depending on pH of the electrolyte // Surf. Coat. Technol. 2015. Vol. 269. P. 138–144.

10. Shelekhov E. V., Sviridova T. A. Programs for X-ray Analysis of Polycrystals // Metal Science and Heat Treatment. 2000. Vol. 42, No. 8. P. 309–313.
11. Суминов И. В., Белкин П. Н., Эпельфельд А. В., Людин В. Б., Крит Б. Л., Борисов А. М. Плазменно–электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. В 2 т. — М. : Техносфера, 2011.
12. Марков Г. А., Терлеева О. П., Шулепко Е. К. Микродуговые и дуговые методы нанесения защитных покрытий // Научные труды МИНХиГП им. Губкина. Вып. 185 : Повышение износостойкости деталей газонефтяного оборудования за счет реализации эффекта избирательного переноса и создания износостойких покрытий. — М., 1985. С. 54–64.
13. Tillous K., Toll-Duchanoy T., Bauer-Grosse E. Microstructure and phase composition of microarc oxidation surface layers formed on aluminium its alloys 2214 – T6 and 7050 – T74 // Surface and Coatings Technology. 2009. Vol. 203, No. 19. P. 2969–2973.
14. Слонова А. И., Терлеева О. П. Морфология, структура и фазовый состав микроплазменных покрытий, сформированных на сплаве Al – Cu – Mg // Защита металлов. 2008. Т. 44, № 1. С. 72–83.
15. Wenbin Xue, Zhiwei Deng, Ruyi Chen et al. Microstructure and properties of ceramic coatings produced on 2024 aluminum alloy by microarc oxidation // Journal of Materials Science. 2001. No. 36. P. 2615–2619.
16. Pherson R. Formation of metastable phases in flame and plasma-prepared alumina // Journal of Materials Science. 1973. No. 8. P. 851–858.