Циклические закономерности проявления акустической эмиссии при плазменно-электролитическом оксидировании Al–Mg сплава в биполярном режиме

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проанализированы особенности проявления сигналов акустической эмиссии (АЭ) при плазменно-электролитическом оксидировании (ПЭО) алюминиевого сплава АМг6 в биполярном (анодно-катодном) импульсном режиме внутри каждого цикла приложения напряжения. Исследован диапазон режимов ПЭО, который практически полностью перекрывает все типовые технологические режимы обработки алюминиевых сплавов по плотностям тока (6–18 А/дм2) и токовому соотношению в полупериодах (0,7–1,3), что позволило зафиксировать и изучить АЭ, сопровождающую формирование оксидных слоев различного назначения. Впервые благодаря регистрации АЭ выявлена новая стадия ПЭО, на которой отсутствует микродуговой пробой до подложки, но которая сопровождается приростом толщины слоя и природа которой пока не выяснена. По известным признакам стадий оксидирования систематизированы повторяющиеся формы проявления АЭ в циклах воздействия и установлено пять их типов и три подтипа. Показано, что используемый сегодня подход установления стадий ПЭО по параметру «амплитуда акустической эмиссии» обладает большой погрешностью, так как не учитывает форму сигналов и полупериод их регистрации. Поэтому разработан и апробирован подход анализа кадров АЭ синхронно с циклами изменения формовочного напряжения при ПЭО и предложен новый параметр «акустико-эмиссионная медиана», позволяющий выявить основные типы и подтипы сигналов, сопровождающих стадии оксидирования. Выполнено экспериментальное исследование предложенного параметра оценки АЭ для обнаружения названных стадий ПЭО, которое подтвердило работоспособность, большую точность и чувствительность предложенного параметра к подтипам сигналов АЭ, регистрируемых на катодной стадии «мягкого искрения». Последнее представляет особый интерес, так как является средством исследования данной стадии оксидирования с разрешающей способностью, равной циклу воздействия.

Об авторах

Игорь Анатольевич Растегаев

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Автор, ответственный за переписку.
Email: RastIgAev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3807-8105

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий

Россия

Марат Равилович Шафеев

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Email: shelf-tlt@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4490-6547

младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий

Россия

Инна Ивановна Растегаева

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Email: I.Rastegaeva@tltsu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7634-2328

старший преподаватель кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика»

Россия

Антон Викторович Полунин

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Email: Anpol86@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8484-2456

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий

Россия

Михаил Михайлович Криштал

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Email: krishtal@tltsu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7189-0002

доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий

Россия

Список литературы

  1. Mardare C.C., Hassel A.W. Review on the Versatility of Tungsten Oxide Coatings // Physica Status Solidi A. 2019. Vol. 216. № 12. Article number 1900047. doi: 10.1002/pssa.201900047.
  2. Simchen F., Sieber M., Kopp A., Lampke T. Introduction to Plasma Electrolytic Oxidation–An Overview of the Process and Applications // Coatings. 2020. Vol. 10. № 7. Article number 628. doi: 10.3390/coatings10070628.
  3. Martin J., Melhem A., Shchedrina I., Duchanoy T., Nominé A., Henrion G., Czerwiec T., Belmonte T. Effects of electrical parameters on plasma electrolytic oxidation of aluminium // Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 221. P. 70–76. doi: 10.1016/j.surfcoat.2013.01.029.
  4. Rogov A.B., Yerokhin A., Matthews A. The role of cathodic current in plasma electrolytic oxidation of aluminum: Phenomenological concepts of the “soft sparking” mode // Langmuir. 2017. Vol. 33. № 41. P. 11059–11069. doi: 10.1021/acs.langmuir.7b02284.
  5. Rogov A.B., Matthews A., Yerokhin A. Relaxation Kinetics of Plasma Electrolytic Oxidation Coated Al Electrode: Insight into the Role of Negative Current // The Journal of Physical Chemistry C. 2020. Vol. 124. № 43. P. 23784–23797. doi: 10.1021/acs.jpcc.0c07714.
  6. Rahmati M., Raeissi K., Toroghinejad M.R., Hakimizad A., Santamaria M. Effect of Pulse Current Mode on Microstructure, Composition and Corrosion Performance of the Coatings Produced by Plasma Electrolytic Oxidation on AZ31 Mg Alloy // Coatings. 2019. Vol. 9. № 10. Article number 688. doi: 10.3390/coatings9100688.
  7. Бутягин П.И., Хохряков Е.В., Мамаев А.И. Влияние состава электролита на износостойкость МДО-покрытий // Технология металлов. 2005. № 1. С. 36–40. EDN: KVFCPL.
  8. Кучмин И.Б., Нечаев Г.Г., Соловьева Н.Д. О характере изменений физико-химических свойств двухкомпонентного силикатно-щелочного электролита для микродугового оксидирования в ходе серийного производства // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2013. Т. 4. № 1. С. 57–62. EDN: SEFXLX.
  9. Hussein R.O., Northwood D.O., Nie X. Processing Microstructure Relationships in the Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) Coating of a Magnesium Alloy // Materials Sciences and Applications. 2014. Vol. 5. № 3. P. 124–139. doi: 10.4236/msa.2014.53017.
  10. Yerokhin A.L., Nie X., Leyland A., Matthews A., Dowey S.J. Plasma electrolysis for surface engineering // Surface and Coatings Technology. 1999. Vol. 122. № 2-3. P. 73–93. doi: 10.1016/S0257-8972(99)00441-7.
  11. Суминов И.В., Белкин П.Н., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов A.M. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. Т. 2. М.: Техносфера, 2011. 512 с.
  12. Golubkov P.E., Pecherskaya E.A., Kozlov G.V., Zinchenko T.O., Melnikov O.A., Shepeleva J.V. Application of impedance spectroscopy for research of the micro-arc oxidation process // Proceedings – 2020 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE 2020). Tomsk: Publishing House of IAO SB RAS, 2020. P. 773–777.
  13. Arrabal R., Matykina E., Hashimoto T., Skeldon P., Thompson G.E. Characterization of AC PEO coatings on magnesium alloys // Surface and Coatings Technology. 2009. Vol. 203. № 16. P. 2207–2220. doi: 10.1016/j.surfcoat.2009.02.011.
  14. Clyne T.W., Troughton S.Ch. A review of recent work on discharge characteristics during plasma electrolytic oxidation of various metals // International Materials Reviews. 2019. Vol. 64. № 3. P. 127–162. doi: 10.1080/09506608.2018.1466492.
  15. Rakoch A.G., Gladkova A.A., Linn Z., 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 // Surface and Coatings Technology. 2015. Vol. 269. P. 138–144. doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.02.026.
  16. Wang L., Chen L., Yan Z., Fu W. Optical emission spectroscopy studies of discharge mechanism and plasma characteristics during plasma electrolytic oxidation of magnesium in different electrolytes // Surface and Coatings Technology. 2010. Vol. 205. № 6. P. 1651–1658. doi: 10.1016/j.surfcoat.2010.10.022.
  17. Jin F.-Y., Wang K., Zhu M., Shen L.-R., Li J., Hong H.-H., Chu P.K. Infrared reflection by alumina films produced on aluminum alloy by plasma electrolytic oxidation // Materials Chemistry and Physics. 2009. Vol. 114. № 1. P. 398–401. doi: 10.1016/j.matchemphys.2008.09.060.
  18. Голубков П.Е. Анализ применимости методов измерения толщины диэлектрических слоев при управляемом синтезе защитных покрытий методом микродугового оксидирования // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2020. № 1. С. 81–92. doi: 10.21685/2307-5538-2020-1-11.
  19. Растегаева И.И., Растегаев И.А., Викарчук А.А., Мерсон Д.Л., Селезнев М.Н., Виноградов А.Ю. Оптимизация режимов обработки жидких сред в роторных устройствах на основе метода акустической эмиссии с системой обратной связи // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2012. № 5. С. 25–31. EDN: SMJGQD.
  20. Darband G.B., Aliofkhazraei M., Hamghalam P., Valizade N. Plasma electrolytic oxidation of magnesium and its alloys: Mechanism, properties and applications // Journal of Magnesium and Alloys. 2017. Vol. 5. № 1. P. 74–132. doi: 10.1016/j.jma.2017.02.004.
  21. Tjiang F., Ye L., Huang Y.-J., Chou C.-C., Tsai D.-S. Effect of processing parameters on soft regime behavior of plasma electrolytic oxidation of magnesium // Ceramics International. 2017. Vol. 43. № 1. P. S567–S572. doi: 10.1016/j.ceramint.2017.05.179.
  22. Tsai D.-S., Chou C.-C. Review of the Soft Sparking Issues in Plasma Electrolytic Oxidation // Metals. 2018. Vol. 8. № 2. Article number 105. doi: 10.3390/met8020105.
  23. Беспалова Ж.И., Паненко И.Н., Дубовсков В.В., Козаченко П.Н., Кудрявцев Ю.Д. Исследование процесса формирования оптически черных оксидно-керамических покрытий на поверхности алюминиевого сплава 1160 // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2012. № 5. С. 63–66. EDN: PFATGJ.
  24. Мукаева В.Р., Горбатков М.В., Фаррахов Р.Г., Парфенов Е.В. Исследование акустических характеристик процесса плазменно-электрического оксидирования алюминия // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2018. Т. 14. № 3. С. 60–65. EDN: YSAZNZ.
  25. Бао Ф., Башков О.В., Чжан Д., Люй Л., Башкова Т.И. Исследование влияния режимов микродугового оксидирования на морфологию и параметры оксидного покрытия, наносимого на алюминиевый сплав Д16АТ // Frontier Materials & Technologies. 2023. № 1. С. 7–21. doi: 10.18323/2782-4039-2023-1-7-21.
  26. Boinet M., Verdier S., Maximovitch S., Dalard F. Plasma electrolytic oxidation of AM60 magnesium alloy: Monitoring by acoustic emission technique. Electrochemical properties of coatings // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 199. № 2-3. P. 141–149. doi: 10.1016/j.surfcoat.2004.10.145.
  27. Boinet M., Verdier S., Maximovitch S., Dalard F. Application of acoustic emission technique for in situ study of plasma anodising // NDT & E International. 2004. Vol. 37. № 3. P. 213–219. doi: 10.1016/j.ndteint.2003.09.011.
  28. Rastegaev I.A., Polunin A.V. Regularities and features of acoustic emission under plasma electrolytic oxidation of wrought Al-Mg alloy // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2144. Article number 012020. doi: 10.1088/1742-6596/2144/1/012020.
  29. Kaseem M., Fatimah S., Nashrah N., Ko Y.G. Recent progress in surface modification of metals coated by plasma electrolytic oxidation: Principle, structure, and performance // Progress in Materials Science. 2021. Vol. 117. Article number 100735. doi: 10.1016/j.pmatsci.2020.100735.
  30. Cheng Y.-L., Xue Z., Wang Q., Wu X.-Q., Matykina E., Skeldon P., Thompson G.E. New findings on properties of plasma electrolytic oxidation coatings from study of an Al–Cu–Li alloy // Electrochimica Acta. 2013. Vol. 107. P. 358–378. doi: 10.1016/j.electacta.2013.06.022.
  31. Troughton S.C., Clyne T.W. Cathodic discharges during high frequency plasma electrolytic oxidation // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 352. P. 591–599. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.08.049.
  32. Polunin A.V., Denisova A.G., Cheretaeva A.O., Shafeev M.R., Borgardt E.D., Rastegaev I.A., Katsman A.V. The effect of process current parameters on the properties of oxide layers under plasma electrolytic oxidation of AMg6 alloy // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2144. Article number 012018. doi: 10.1088/1742-6596/2144/1/012018.
  33. Polunin A.V., Cheretaeva A.O., Shafeev M.R., Denisova A.G., Borgardt E.D., Rastegaev I.A., Katsman A.V., Krishtal M.M. Mechanical and anticorrosive properties of oxide layers formed by PEO on wrought 1560 Al-Mg alloy: The effect of electric current parameters // AIP Conference Proceedings. 2022. Vol. 2533. Article number 020029. doi: 10.1063/5.0098844.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах