Équipements et technologies pour l'oxydation microarc des métaux et alliages pour vannes

L'oxydation microarc est l’un des genres les plus porteurs de traitement des surfaces (les changements les plus répandus récemment dans les différentes branches de l'industrie pour la création des revêtements multifonctionnels en céramique).

Le projet traitant la problématique actuelle est la création de l'équipement en série de technologie de pointe pour la réalisation de la technologie d'oxydation microarc dans le champ ultra-sonique, qui permet de créer des matériaux composés de nouvelle génération sur la surface de métaux de valve et de leurs alliages (titane, aluminium, zirconium et autres) de différentes destinations fonctionnelles avec hautes propriétés physiques et mécaniques de l'exploitation.

Une nouvelle branche dans la prèsente sphère sont les élaborations de la Société suisse SA Progress Industrial Systems avec usage des oscillations ultra-soniques multifréquences dans l'électrolyte dans le cycle fonctionnel d'oxydation microarc des métaux.

Brève description du processus technologique proposé

Le mode de réalisation de la solution technique élaborée s’effectue comme suit: l’article est placé dans une cuve avec solution électrolytique de l'eau, aux deux - quatre des parois de la cuve sont fixés convertisseurs piézoélectriques avec différentes fréquences de résonance, les autres parois de la cuve servent au refroidissement (en maintenant la température optimale) de la solution d'électrolyte dans le procédé d'oxydation, ensuite aux électrodes, dont l'un est l’article même, il faut apporter le courant électrique ce qui entraîne la formation des microarcs qui permettent d’obtenir des revêtements composés. Le procédé d'oxydation microarc se produit lorsque les convertisseurs piézoélectriques sont branchés sur différentes fréquences (de de 15 à 100 kHz) ce qui permet de former un revêtement ayant une structure plus dense et fournir en continu de l'électrolyte frais à la zone d'oxydation microarc. La composition du composite comprend non seulement ses propres oxydes des métaux, mais également des combinaisons chimiques des composants de l'électrolyte, assurant l'obtention d’une structure unique de propriétés mécaniques et physiques de l'exploitation.

La technologie d'oxydation microarc développée en champ ultra-sonique est économique et à haute productivité (par rapport aux analogues existants, par exemple, à l'anodisation), assure l'obtention de hautes propriétés mécaniques et physiques des articles de différents degrés de complication.

Chaînes de production OMA

de l’équipement de force - sources spécialisées d’alimentation;
cuves pour préparation de la surface, traitement et lavage;
structures métalliques pour installer les cuves et le manipulateur;
manipulateur pour déplacer la suspension avec les détails (en cas de production en série);
l'équipement auxiliaire - distillateur, pompe à filtre pour nettoyage et pompage des solutions, volumes de réserve, appareils de contrôle de la qualité du revêtement et l'état de l'électrolyte.

Des sources d'alimentation électrique aux bornes des cuves sont apportées des impulsions de courant de sortie d'une certaine forme, cependant la pièce sert d'anode, la cuve sert de cathode ou électrodes supplémentaires, en règle générale, d'acier inoxydable.

Opérations technologiques.

Le nombre des opérations technologiques nécessaires pour OMA est considérablement inférieur à celui des procédés traditionnels de l’anodisation. Cela découle de l'absence de nombreuses opérations préparatoires et de la sécurité écologique des solutions utilisées. Après l'assemblage des pièces la suspension subit un dégraissage, après quoi les détails arrivent au traitement. Lors de production à grande échelle après la cuve d’application vient la phase de la cuve de récupération conçue pour une utilisation plus rationnelle des produits chimiques et de l'eau de lavage.Immersion – dégraissage - lavage - application du revêtement – récupération – lavage - déchargement

Le personnel - un technicien (enseignement supérieur technique) et les travailleurs (enseignement secondaire technique). Pour un terrain de 150-200 m², en général, il faut 2 travailleurs par service. Un contrôle périodique de la chaîne par un plombier et électricien est indispensable.


Propriétés des revêtements OMA

Composition:

Les revêtements OMA représentent une céramique de structure complexe. Le revêtement au cours de l’oxydation microarc est formé par l'oxydation de la surface métallique cependant sont crées l'oxyde et l'hydroxyde de ce métal. D'autre part le revêtement se développe grâce aux éléments électrolytiques apportés à sa composition. Les éléments de l'électrolyte sont apportés au revêtement sous forme de sels, oxydes et hydroxydes de structures complexe. En cas de besoin la technologie OMA permet d'inclure dans le revêtement tout élément chimique nécessaire. Plus le temps pour traiter la pièce à usiner est long, plus le nombre d'éléments de l'électrolyte qui s'accumule dans la couche de surface est plus important. La couche inférieure du revêtement qui se trouve au métal de base, se compose essentiellement de ses enchaînements d'oxyde.


Schéma du changement de la teneur de l'aluminium et du phosphore sur la surface du revêtement OMA du temps de traitement dans un électrolyte de phosphate.

Tableau:

L'épaisseur des revêtements est déterminée par plusieurs facteurs principaux. La nature de l'électrolyte, le matériau de l'alliage métallique, le régime de traitement et le temps du processus. L’OMA permet d’obtenir l'épaisseur des parties jusqu’aux centaines de micromètres. L'épaisseur requise du revêtement dépend de la destination et des conditions de l’utilisation. Pour l'application de la sous-couche pour la peinture il est suffisant d’avoir 5-10 μm, pour obtenir des propriétés d'isolation électrique et résistance à l'usure élevées il est nécessaire d’avoir 50-100 μm. 20-40 μm de revêtement assurent les propriétés décoratives et anticorrosives dans les conditions atmosphériques.

Porosité:

La porosité du revêtement varie dans la plage de 5-50%, dimensions de 0,01 à 10 μm. La structure de pore lors de l'épaisseur de revêtement de 5-10 microns est composée, ramifiée avec plusieurs branches et espaces fermés. Il est impossible d'obtenir des revêtements qui ne contiennent pas de pores ce qui est conditionné par la nature du processus. Si nécessaire la porosité peut être diminuée par imprégnation avec des matériaux différents ou par application d’une couche de polymère (colorant). Le fluorocarbonné est le matériau le plus souvent appliqué pour imprégner le revêtement et application colorants polymère en poudre. Dans certains cas, la porosité est un facteur positif. Lors du fonctionnement du revêtement en conditions de l'usure dans des conditions de lubrification, le lubrifiant pénètre dans les pores du revêtement et assure l'accès progressif dans la zone de frottement. En médecine le revêtement bioactif OMA peut contenir des médicaments dans leurs pores.

Résistance à l’usure:

Les revêtements sont utilisés comme résistant dans différents ensembles et agrégats de machines et mécanismes. Grâce à cela dans de nombreux cas il est possible d’utiliser des articles d'aluminium qui est un métal plutôt mou et compliqué pour les méthodes traditionnelles de traitement de surface (par exemple, traitement galvanique). Des tests comparatifs ont été réalisés avec des modèles de revêtements OMA sur l'aluminium et le modèle en acier avec une couche de chrome dur. La charge spécifique lors des essais était de 0,64 N/mm². Les revêtements OMA ont manifesté une usure inférieure, en particulier à des températures élevées.

Stabilité thermique:

Les revêtements OMA ont une résistance élevée aux charges thermiques et termocycliques. Les revêtements peuvent fonctionner sans restrictions sous les températures de -40 à + 60 C °. Pendant l’échauffement progressif d’une pièce la stabilité thermique du revêtement OMA est limitée par la température de fusion du métal de la pièce, puisque ces valeurs pour le métal sont par définition inférieures à celle de la céramique. Des tests ont montré que les revêtements peuvent supporter jusqu'à 280 cycles thermiques 310-15 poids et jusqu'à 25 500 cycles thermiques 15 poids. Dans de tels essais, le modèle avec le revêtement est chauffé à la température indiquée dans le four et ensuite jeté dans l'eau froide.

Rudesse:

Pendant le traitement la rudesse de la surface augmente avec le temps. Il est possible d’obtenir des revêtements avec une rudesse jusqu'à la 8-ième classes. La rudesse dépend de la matière de l'alliage, l'état de sa surface et le régime de traitement.

Résistance à la corrosion:

La méthode de l'OMA permet d’obtenir des revêtements résistants aux intempéries et à d'autres milieux de corrosion, solutions chimiquement agressives, vapeurs, eau de mer etc. Puisque les revêtements OMA est un revêtement ayant une céramique à structure composée, la résistance à la corrosion du matériau de revêtement est assez importante. La protection contre la corrosion de l'épaisseur du revêtement à base de métal est obtenue par l’épaisseur du revêtement et le réglage de la quantité et la structure des pores. Une protection supplémentaire est assurée par imprégnation des pores par matériau inerte (plastique fluocarbonné le plus souvent). Les tests (GOST B 20.57.304-76, GOST РВ 20.57.304-88) ont montré que les revêtements obtenus peuvent être exploités en tant que anti-corrosion pendant 15 ans.

Propriétés diélectriques:

La tension, sous laquelle se produit l’essai de la rupture du revêtement, ainsi que la résistance à la corrosion dépend du type et de la taille des pores. En outre, cette grandeur peut être considérablement augmentée par l'application d'une matière qui remplit les pores. La tension moyenne de la rupture du revêtement est de 600 V. La tension de rupture du revêtement avec des pores remplies - jusqu'à 2500 V.

Adhésion:

Les revêtements OMA ont un excellent couplage avec la base métallique qui est assuré par la présence d'une couche transitive à la frontière du revêtement métallique. La couche transitive est formée comme à l'intérieur du métal, tout comme à l'extérieur et a un profil avec de nombreuses courbes.

En conséquence, le couplage du revêtement avec la couche métallique manifeste une résistance plus importante que le revêtement même et lors de la charge ne se produit pas de rupture du revêtement dans la limite de séparation du revêtement métallique. Les valeurs d'adhérence calculées à partir des résultats de Scrach-test sont aux limites de 350 MPa.

La structure du revêtement MAO

Exemple de gamme de l'équipement de technologie OMA

EXEMPLE: Une usine a remplacé le matériau de l’injecteur de l'alliage solide vers l'aluminium et avec revêtement en OMA et a obtenu en résultat une importante résistance à l'usure de la surface et de l'économie grâce à la substitution d'un d'alliage solide vers l'aluminium qui est plus léger et moins coûteux. Le programme mensuel serait jusqu'à 5000 pièces au total, et ont été couvertes plus de 800000 pièces. L'intégration des technologies de l'oxydation microarc a été jusqu'ici freinée par méconnaissance de la méthode et absence des chaînes de production de l'OMA. A présent, cette situation change.Le nombre des organisations qui commencent à étudier le processus de l'OMA est en augmentation.

Les clients se voient offrir la possibilité de toutes variantes de livraison de l'équipement, de l’équipement sélectionné jusqu’à la livraison «clé en main".

Gamme de base de l’équipement pour OMA

La source spécialiée d’alimentation commandée par ordinateur des processus ayant les caractéristiques suivantes: tension d'alimentation 380Vх10А, tension de sortie (réglementée) de 100 à 1000 V, courant de sortie (réglementé) de 1 à 1000А, modes de travail: impulsions ou de tonalité, de commande et de stabilisation de courant et de tension, 100% répétition du mode de travail établi;

Cuve technologique avec refroidissement (maintenir la température établie), cuve équipée de convertisseurs ultra-soniques fonctionnant sur les fréquences de 15 à 100 kHz, puissance des convertisseurs ultra-soniques de 1 à 12 kW (en fonction de la construction et des dimensions de la cuve), le lot de la cuve comprend adaptations technologiques pour fixation des pièces.

Générateur ultra-sonique: puissance de 1 à 12 kW, bande de fréquences de 15 à 100 kHz (fréquence et puissance sélectionnées en fonction des dimensions de la cuve)

Questionnaire MAO


Questionnaire MAO



Paramètres couche MAO


1.

Dimension de la pièce, mm2



2.

Matériau de la pièce (Al, Ti, Zr, Mg, …)



3.

Dessin de la pièce en 3D (à joindre)



4.

Traitement MAO :

  • sur toute la surface

  • à l’intérieur de la pièce

- fragment



5.

Propriétés recherchées :

  • anti-friction

  • anti-corrosion

  • anti-usure

  • décorative

  • réflexion optique anti-reflector

  • électro-isolant

  • résistance thermique

  • bio-compatibilité

  • transparence radiographique

  • autre


6.

Epaisseur de couche MAO



7.

Porosité de couche externe



8.

Couleur de couche :

  • noir

  • beige

  • rouge

  • bleu

  • autre



Commentaires






Paramètres technologiques






9.


Volume de production par an




10.

Pulsion bi-polaire :



11.

Système de gestion de voltage, fréquence, pénétration



12.

Paramétrage du software pour la production



13.

Automation de ligne de production



14.

Manipulation manuelle



15.

Fourniture des bains technologiques :

  • dégraissage

  • nettoyage

  • MAO

  • séchage

  • préparation d’électrolyte


16.

Fourniture doutillage spécial pour pièce



17.

Formulation d’électrolyte



18

Intégration d’équipement MAO dans la ligne de production




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