Как выбор подложки влияет на характеристики MAO-покрытия?

Базовая роль субстрата в эффективности MAO-покрытия

Выбор материала-субстрата является, пожалуй, самым критическим фактором, определяющим работоспособность, качество и даже саму реализуемость покрытия, полученного методом микродугового оксидирования (MAO). Субстрат — не пассивная основа, а активный участник электрохимической реакции: он напрямую влияет на механизм роста покрытия, его микроструктуру и итоговые свойства. Неподходящий материал приводит к формированию пористого, плохо адгезированного или функционально несостоятельного покрытия.

Фундаментальная совместимость: требование к «клапанному металлу»

Прежде всего, субстрат должен быть «клапанным металлом» — в первую очередь алюминием, магнием или титаном. Эти металлы формируют стабильную, плотную и адгезионно прочную пассивирующую оксидную плёнку при анодной поляризации. Именно эта естественная оксидная плёнка является основой, которую процесс MAO преобразует в толстый керамический слой. Металлы, такие как цинк, медь или сталь, не способны формировать защитную оксидную плёнку и потому несовместимы — при высоких напряжениях они либо растворяются, либо образуют рыхлый, непригодный налёт.

Влияние химического состава сплава на структуру покрытия

Даже среди совместимых металлов конкретный состав сплава оказывает решающее влияние. Присутствие легирующих элементов формирует вторичные фазы, которые по-разному реагируют в процессе MAO.

• Алюминиевые сплавы:

  • Кремний (Si): Высокое содержание кремния, характерное для литьевых сплавов, таких как A380, создаёт основную проблему. Частицы кремния остаются преимущественно инертными и не окисляются, внедряясь в растущий слой оксида алюминия. Это нарушает однородность покрытия, делая его более пористым и неоднородным, что ухудшает коррозионную стойкость и износостойкость. Для оптимальной эффективности предпочтителен низкокремнистый сплав, например A360.

  • Медь (Cu): Медистые интерметаллиды окисляются с иной скоростью и создают слабые зоны в покрытии. Такие участки становятся очагами локальной гальванической коррозии, резко снижая защитные свойства MAO-плёнки.

• Магниевые сплавы: Несмотря на отличную совместимость с MAO, повышенное содержание примесей (Fe, Ni) может вызывать точки зарождения питтинговой коррозии под керамическим слоем.

• Титановые сплавы: В целом демонстрируют превосходную совместимость, образуя плотные, прочные и хорошо адгезированные покрытия.

Влияние субстрата на функциональные свойства покрытия

Состав субстрата напрямую определяет ключевые показатели покрытия:

• Адгезия: Совместимый сплав обеспечивает формирование чистого, плавного металлургического перехода от металла к керамике, создавая идеальную адгезию. Нежелательные элементы нарушают этот переход, вызывая риск расслоения.

• Коррозионная стойкость: Однородное покрытие на совместимом сплаве (например, A360) обеспечивает превосходную защиту и легко выдерживает более 1000 часов солевого тумана. В сплавах типа A380 включения кремния создают каналы для проникновения коррозионных агентов, что ускоряет разрушение.

• Износостойкость и твёрдость: Рост твёрдой альфа-фазы оксида алюминия наиболее стабилен на равномерной металлической подложке. Дисперсные кремнистые включения действуют как концентраторы напряжений, снижая суммарную износостойкость покрытия.

Практические последствия для проектирования и производства

Итак, выбор субстрата — это не второстепенная, а основополагающая инженерная задача, решаемая уже на этапе проектирования литых деталей. Правильная спецификация алюминиевого литьевого сплава в соответствии с требованиями к MAO-покрытию обязательна. Хотя высококремнистый сплав может быть более дешёвым и удобным в литье, его низкое качество пок������������ытия MAO может привести к отказу детали в эксплуатации, сводя на нет первоначальную экономию и ставя под угрозу надёжность изделия.