3. Некоторые технологические и технические «хитрости».
При
всей простоте описанного процесса, конечно же, существует множество тонкостей,
несоблюдение которых может привести к браку, или к не выходу на нормальный
процесс МДО.
3.1. Электролит.
Если
качество дистиллированной воды плохое, то «выйти» на режим МДО не удастся. У автора
были несколько таких случаев при промышленном внедрении (пытались использовать
якобы дистиллят из бойлерной – не прошло): вместо создания покрытия происходило
интенсивное разрушение поверхности детали. Визуально на поверхности можно
наблюдать рыхлое образование, под которым «ямки» от интенсивной местной
коррозии. Следите за качеством дистиллированной воды. Она должна
соответствовать ГОСТ Р 6709-72. Самое нормальное – дистиллированная вода из
медицинских дистилляторов, они продаются. В
Европе дистиллированную воду можно купить в больших емкостях по 1 тонне, в
России тоже стало это практиковаться. Проверка
качества покупаемой воды обязательно должнапроводиться по измерению уровня pH
и по удельной электропроводимости.
Добавки
в электролит по возможности должны быть химически чистыми (маркировка «ХЧ»).
Это позволит «жить» раствору дольше. Впрочем, жидкое стекло можно использовать
самое обычное, строительное; только не надо поднимать грязь со дна емкости.
Электролит
очень чувствителен к некоторым элементам, в частности к меди и железу. Поэтому
оснастку надо изготавливать из нержавеющей стали 08Х18Н10(Т), а в качестве
электрода к детали использовать изолированную алюминиевую проволоку, например, обычный
одножильный алюминиевый электротехнический провод в изоляции.
В
электролите в процессе работы понемногу накапливаются различные примеси. Они возникают,
казалось бы, ниоткуда. Но в процессе МДО мы микродугой многократно «взрываем»
поверхность детали и часть этих возникающих соединений, конечно же, попадает и
накапливается в электролите. На дне ванны через несколько дней эксплуатации
можно увидеть плотный серый слой, состоящий преимущественно из различных
модификаций оксидов алюминия – это микродуга «выкинула» при пробое часть
окислов в раствор и они частично осели на дне, а частично в виде взвеси
находятся в растворе. Чем чище сплав алюминия, тем дольше работает
(«служит») электролит. Самое короткое время жизни электролита – при обработке
литейных сплавов с высоким (более 6% ) содержанием кремния.
В
процессе МДО выделяется очень много тепла, и раствор сильно нагревается, даже
при интенсивном его охлаждении. Возникающий пар выводят в вентиляцию, а
недостаток объема раствора дополняется чистой дистиллированной водой. Ну а
сколько же «служит» электролит? Часто задаваемый специалистами вопрос: когда менять раствор? Автор специально
отдавал хороший и плохой раствор специалистам-химикам. Ответ не утешил: слишком
непонятный и многогранный процесс, закономерности нет. Поэтому некоторые
специалисты по МДО - процессу выработали специальные формулы, в частности,
сколько площади обработали и сколько электроэнергии потратили. Но это всё
приблизительно и также зависит от многих факторов, например, от качества
очистки деталей перед МДО и от состава сплава алюминия. Автором установлено, что если раствор
(установка) долго более двух недель не работала – время «жизни» раствора
сокращается почти в два раза, а после месячного перерыва его лучше поменять. В
формулу это не заложишь. Также экспериментально установлено, что детали из литейных
сплавов очень сильно (в 2-4 раза) сокращают время жизни раствора, особенно при
содержании кремния в сплаве более 8%.
Из
многолетних наблюдений промышленного ведения процесса МДО установлено, что по мере накопления примесей в электролите
растет муллитная (ненужная верхняя шуба) фаза в покрытии. В чистом новом растворе эта фаза может быть
порядка 5-10% от общей толщины покрытия; по мере накопления примесей в растворе
«шуба» увеличивается и может составить до 50-70%. По мнению автора, это самый эффективный
показатель качества раствора.
Естественно,
на каждом производстве необходимо определить для определенной группы деталей предел этого показателя и выработать
тот самый оптимальный предел использования электролита из опытных данных. Как
правило, при серийном производстве применительно к определенной группе деталей
опытным путем устанавливается время «жизни» раствора и через это время для
избегания брака раствор меняют, ведь он очень дешёвый. При этом тщательно
вымывают теплой обычной водой все налеты на ванне и электродах (с применением
иногда даже наждачной шкурки) и дважды всполаскивают чистой дистиллированной
водой.
И еще
маленькое добавление к вопросу об электролите. Желательно иметь барботаж –
перемешивание раствора. Делается это для поступления богатых кислородом порций
раствора к зоне действия микродуги и более равномерного распределения
температуры в ванне. Это можно делать либо механически (мешалкой), либо сжатым чистым воздухом, что более
предпочтительно по двум причинам: 1. Дополнительно охлаждаем раствор; 2.
Насыщаем раствор кислородом из воздуха.
3.2. Электроды.
Многие
не уделяют этому вопросу должного внимания. В некоторых публикациях сказано,
что через некоторое (порядка 45-60 минут) время покрытие равномерно
распределяется по всей наружной поверхности детали не зависимо от конфигурации
электрода. Многочисленные собственные исследования опровергают данную гипотезу.
Автором
установлено, что чем дальше от электрода расположена деталь, тем медленнее
растет толщина покрытия (не буду приводить физическое обоснование этого
эффекта). Пример: одинаковая деталь с расположением электрода на расстоянии 20
и 200мм. После 60 минут МДО толщина покрытия соответственно 100 и 35 микрон –
разница приличная. Причем это может быть с разных сторон одной обрабатываемой
пластины.
Отсюда вывод: электрод должен по возможности повторять
конфигурацию детали там, где мыхотим получить покрытие. А
вот близко тоже нельзя – «работает» микродуга и может быть короткое замыкание.
Установлено, что самое близкое и
безопасноерасстояние отэлектрода до детали – около 10
миллиметров. И не забывайте о барботаже – детали и электроды могут
колебаться.
Теперь
о размерах и конфигурации электродов. В гальванике из опытных данных известно,
что площадь электрода всегда должна быть больше площади обрабатываемых деталей
в 2…3 (и больше) раза. Впрочем, можно и меньше, но тогда менять электрод надо
очень часто. Все это правило применимо и к процессу МДО. Только надо иметь в
виду, что у нас процесс протекает при
переменномтоке и окисляются и
деталь, и электрод. Следовательно, при примерно равных площадях и на
детали, и на электроде будет оксидная пленка, только толщина пленки будет
отличаться в соответствие со склонностью материала окисляться кислородом: на
алюминии толще, на нержавейке (08Х18Н9) тоньше.
Установлено,
что возникающая на электродах оксидная пленка резко снижает скорость роста
оксидной пленки на детали и в определенных условиях процесс МДО может вообще
«не идти». Вывод: используемые электроды
являются расходным материалом, их необходимо учитывать при составлении технологических
карт и норм расхода; необходимо тщательно следить за состоянием на них оксидной
пленки. А что
делать, если деталь очень сложная геометрически? Ведь сделать электрод по детали чаще всего сложнее самой детали! В
большинстве случаев разница в толщине
общего слоя покрытия на 10…15% в разных местах не принципиальна. Поэтому
изготавливать сложные электроды нет смысла. А вот иметь типовой набор электродов на
участке МДО просто необходимо.
В
состав типового набора, по мнению автора, должны входить:
- 2…3
электрода в виде плоских пластин из листового материала толщиной 3…5 мм (для деталей, где нужно получить покрытие на
плоскости);
-
несколько электродов в виде открытых с двух (или с одной) сторон цилиндров
круглого, прямоугольного и квадратного сечения (для деталей, где нужно получить
покрытие почти везде). Только нельзя препятствовать выходу водорода и
поступлению новых порций раствора; нужно делать технологические отверстия
диаметром около 5 мм
и более.
-
несколько электродов круглого сечения в виде прутков или отрезков труб для
получения покрытий во внутренних полостях детали.
При
получении покрытий на внутренних полостях детали следует помнить о соотношении
покрываемой площади и площади электрода: первая в этом случае всегда намного больше. Поэтому из практики
можно порекомендовать через каждые 30-40 минут прерывать процесс МДО (делать
это можно смело!) для зачистки электрода от ржавчины (нержавеющая сталь под
действием электрокоррозии тоже
ржавеет!). И еще о внутренних поверхностях, например, отверстиях. По мере роста
толщины покрытия на наружной поверхности, процесс МДО идет и в отверстиях, но
чем глубже, тем слабее, практически по линейному закону:
t2/t1=(d-l)/d, или t2=
t1(d-l)/d,
где:
t1
– толщина покрытия на кромке отверстия диаметром d,
t2 – толщина покрытия на внутренней стороне
отверстия на расстоянии l от кромки отверстия.
Следует
это учитывать на практике.
