Микродуговое оксидирование.

(пособие для чайников и не только)

(или о чем молчат специалисты)

Часть 4

3.3. Ванны, токоподводы и системы охлаждения раствора.

3.3.1. Ванну для МДО можно изготовить из любого материала, стойкого к воздействию слабощелочных растворов. Это могут быть как металлы (например, нержавеющая сталь), так и различные виды пластика. Всё зависит от способа охлаждения раствора. При МДО используются очень мощные источники питания, и до 50% тепла выделяется в раствор. Есть 2 принципиальных пути отвода тепла: 1) охлаждать сам раствор, пропуская его через «холодильник»; 2) изготавливать ванну с двойной рубашкой, где циркулирует охлаждающая жидкость, чаще всего вода. При выборе первого пути можно использовать ванны из пластика, второго – из нержавеющей стали. Чаще всего процесс МДО организовывают в гальванических цехах, где уже имеется замкнутая система водооборота с охлаждением воды.
Рассуждая логически, естественно приходишь к выводу, что раствор охлаждать более эффективно и экономически выгодно (ведь охлаждаешь то, что тебе нужно!). Только не надо забывать, что, во первых, раствор слабощелочной и следовательно агрессивный, во вторых, его нельзя загрязнять по всей цепочке охлаждения. Учитывая это, на практике чаще всего используют ванну из нержавеющей стали с двойной водяной рубашкой. Так проще.

3.3.2. Токоподводы чаще всего делают из медных шин сечением 5х40 или 5х50мм. При больших расстояниях между стенками ванны медные шины могут быть дополнительно усилены, лучше нержавеющим прутком или полосой. На шины обычно закрепляют несколько втулок из шестигранной латуни с отверстиями для закрепления электродов с деталями. Часто, при наличии большого количества небольших по площади деталей или при использовании нескольких ответных электродов по периметру детали, устанавливают несколько шин, соединенных друг с другом по краям электрическим кабелем.
Теперь о том, на что подвешивают детали, об электродах к деталям . Выше упоминалось об электротехнической алюминиевой проволоке в изоляции. Это один из вариантов. В Австрии используют алюминиевые сварочные прутки нужного диаметра, надевая на них пластиковые изолирующие трубки. Они более «жесткие» и лучше удерживают деталь на месте при барботаже. Возможны и другие варианты. Главное – желателен электрод к деталям из алюминиевого сплава.
О сечениях электрода к деталям. При МДО используется ток порядка 10…15 А/Дм² при напряжении 380В. Экспериментально установлено, что при ведении процесса МДО примерно 90 минут на один Дм² обрабатываемой площади требуется сечение токоподводящего провода около 16мм², т.е. диаметр провода около 4,5мм. В России выпускают и продают электротехнические провода сечением 6, 10, 16мм² и выше. Соответственно можно ориентировочно подсчитать и возможную площадь детали: 0,37; 0,62 и 1 Дм². При больших площадях устанавливают несколько токоподводящих электродов. Если процесс МДО используют вместо традиционного анодирования, то приведенное выше соотношение меняется в 3 раза (тоньше провод).
Крепление токоподводящего электрода к детали. Тоже очень важный момент.
Большая удельная электроэнергия, подводимая к детали, требует жесткого механического крепления электрода. Чаще всего используют имеющиеся на детали резьбовые отверстия или предусматривают технологические резьбовые отверстия. Их количество и диаметр определяют из приведенных выше сведениях о требуемых сечениях электрода. Если деталь просто подвесить на электроде, как часто делают при обычном анодировании, то в месте соприкосновения детали и электрода через 3…5 минут может возникнуть электрическая дуга (и это очень часто случается), и деталь будет «испорчена». При замене традиционного анодирования на МДО-процесс с получением тонких покрытий с использованием первых двух этапов микродугового оксидирования можно использовать подвешивание деталей на электрод. При этом перед вторичным подвешиванием электрод зачищают наждачной шкуркой (снимают оксидную пленку). Конструкторам и технологам должно быть понятно, что покрыть деталь полностью без следов от электрода невозможно!

3.3.3. Системы охлаждения раствора.

Прошли те «золотые» советские времена, когда вода текла бесконтрольной рекой почти на каждом предприятии и стоила копейки. Хотя и тогда рачительные хозяева устанавливали системы замкнутого водооборота технической воды.
Выше отмечалось, что в раствор при МДО выделяется около 50% тепла от дуги. И его надо куда то рассеять, иначе раствор закипит (без кавычек, в прямом смысле).
Следует отметить, что утверждение некоторых специалистов о необходимости соблюдать при МДО определенный жесткий температурный интервал не совсем корректно. Из своей многолетней практики знаю, что в интервале от +10 до +50⁰С разницу в свойствах покрытий можно различить только при тонком спектральном анализе, и то надо постараться. На практике стараются выше +60⁰С не поднимать, т.к. очень сильно идет испарение раствора.
Если установка лабораторная или на ней работают 1..3 дня в месяц, можно подключить рубашку к водопроводной сети и воду сливать «в раковину». Расходы будут очень небольшие, около 1000 рублей в месяц.
Для промышленного использования процесса МДО с полной загрузкой требуется система замкнутого водооборота. Организовать это можно двумя способами: 1. Сделать миниградирню; 2. Установить промышленный чиллер.
Принцип градирни прост: нагретая капля воды, пролетая по воздуху, охлаждается почти до комнатной температуры. Многочисленные теплоэлектростанции во многих городах используют именно этот принцип: пар над этими высокими сооружениями виден хорошо. В нашем случае мощности поменьше, чем в электростанциях, и пара будет намного меньше (но будет!). Практикой установлено, что при использовании суммарного тока 100А достаточно емкости 3 куб. м воды, насоса на 0,5 КВт и высоты полета капель около метра. Чем больше распылителей, тем эффективнее охлаждение; иногда используют рассекатели душевые (как в квартирных ваннах). Обычно в воду добавляют ингибиторы коррозии. Чаще всего ванну оснащают поплавковой системой слежения за уровнем воды (извините, как в туалетах).
Промышленные чиллеры используют иной принцип охлаждения воды (жидкости или воздуха). Как правило, в них соединен принцип фреонового (или подобного) холодильника и мощной радиаторной системой с продувкой воздухом. Если не хватает мощности холодильника, включается вентилятор, продувающий воздух через радиатор (вспомните автомобили). В случаях с градирнями мы должны привыкнуть к шуму дождя и отводить из помещения очень влажный теплый воздух, от чиллеров идет мощный поток теплого воздуха и шум большого вентилятора.
Если сравнивать по затратам, то устройство градирни обойдется в 2..3 раза дешевле. Но сторонников чиллеров становится всё больше, ведь их можно установить где угодно, хоть на крыше.

3.4. Советы конструкторам.

Самое главное – конструктор должен понимать механизм роста покрытия при МДО. Фраза в технических требованиях на чертеже «микродуговое оксидирование» ничего не означает. Нельзя требовать от технолога получения керамического покрытия толщиной 5…10 микрон (это все равно как забивать микроскопом гвозди!). И самое главное – если сделать разрез и посмотреть под большим увеличением место соединения керамики с основным металлом, то вы увидите «ямки» в месте пробоя микродуги. Это означает, что покрытие естественно в силу физики процесса разное по толщине. Разница в 2…5 микрон – это нормально для данного процесса. Естественно, что чем тоньше покрытие, тем меньше разница. При использовании МДО как замена анодирования (тонкие покрытия до 10 микрон) разница по толщине обычно не более 1 микрона в пределах 1 кв. см.
МДО-покрытие не наносится из раствора, оно выращивается из материала детали! Толщина выращенного покрытия может быть от 5 до 200 микрон. Четко определите цели этого покрытия.
Конструктора (как правило, инженеры с высшим образованием) должны учитывать, что покрытие на острых углах деталей всегда будет толще (распределение напряженности электрического поля).
Иногда очень сложно предохранить часть поверхности детали от покрытия. Связано это с микродугой, которая «сжигает» все материалы, кроме искрогасящих. Автору известен единственный надежный искрогасящий материал – фторопласт Ф4 (наиболее распространенный). Впрочем, при тонких покрытиях на первом и втором этапах микродугового оксидирования, когда дуга еще не очень сильная, можно использовать и другие изоляторы, вплоть до обычной изоленты. Если по конструкции необходимо получить керамическое покрытие толщиной 30…100 микрон на определенной поверхности, в чертежах желательно вместе с указанием этой поверхности сделать отметку о допустимости (или не допустимости) иметь покрытие меньшей толщины на остальных поверхностях (Умные конструктора! Подумайте о технологах!).
Выше сказано, что к детали нужно жестко закрепить электрод. В чертежах должно быть указание места крепления электрода и при необходимости предусмотрено технологическое резьбовое (резьбовые) отверстия. Следует учитывать, что в месте крепления электрода покрытия не будет.
Наиболее сложно технологически – получить керамическое покрытие в глухих отверстиях. По возможности, этого следует избегать.
Получение керамических покрытий всегда связано с удалением с нужной поверхности рыхлого муллитного слоя (об этом читай выше в разделе 2.2.). Это означает соответствующую механическую обработку, а значит нужно указывать чистоту поверхности в этом месте, вплоть до алмазной шлифовки при необходимости.
Выполнение этих рекомендаций поможет успешно использовать процесс МДО в разных областях.

Продолжение следует...