Влияние антифрикционного полимерного модификатора на трение и износ МДО-покрытий на алюминиевом сплаве Д16

Микродуговое оксидирование позволяет получить на поверхности алюминиевых сплавов защитные покрытия, в том числе триботехнического назначения. Недостатком является относительно высокий коэффициент трения, а также и малая устойчивость к сдвиговой деформации. Улучшение свойств покрытий возможно при их модификации путем введения в электролит различных добавок с целью увеличения износостойкости покрытий и уменьшения коэффициента трения скольжения в паре с различными материалами. Были исследованы МДОпокрытия, созданные на основе коммерческого сплава Д16. В базовый электролит добавлялся полимерный модификатор (мелкодисперсный фторопласт) в сочетании со синтанолом от 0,5 до 6 г/л (всего пять вариантов покрытия). Испытания на трение в соответствии со стандартом ASTM G99 проводились на триботестере MFT-5000 (Rtec, США) в режиме однонаправленного скольжения шарика (диаметр 10 мм) из карбида кремния по поверхности образцов. На оптическом профилометре S neox 3D (Sensofar-Tech, Испания) были получены оптические изображения дорожек трения и пятен контакта контр-тела. Установлено, что линейный износ контр-тела составляет не более 10 мкм. Значения коэффициента трения (от 0,4 до 0,6) в среднем меньше, чем для контакта керамика-керамика, что связано с наличием антифрикционного модификатора. Присутствие модификатора в электролите способствует увеличению пористости керамического покрытия. При этом покрытие является износостойким (износ на уровне шероховатости) при малых концентрациях модификатора. Таким образом, существует оптимальное для данных условий фрикционного контакта количество модификатора, обеспечивающее снижение трения, но не увеличивающее критически пористость покрытия.

1. Structure, friction and wear of AlZn5.5MgCu based PEO coatings modified by diamond nanoparticles and silver micropowder / E. Torskaya, I. Shkalei, A. Morozov [et al.] // Tribology International. – 2025. – Vol. 203. – P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.110417

2. Incremental fatigue damage modeling of 7050-T7 aluminum alloy at stress-raisers / S. Lindström, J. Moverare, D. Leidermark [et al.] // International Journal of Fatigue. – 2022. – Vol. 161, iss. 1–2. – Art. ID 106878. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.106878

3. Growth mechanism and performance of MAO-AO composite coating obtained by two-stage process / Z. Fan, H. Lu, p. Liu [et al.] // Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, iss. 22, part A. – P. 44993–45005. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.08.337

4. Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) Process–Processing, Properties, and Applications / S. Sikdar, P. V. Menezes, R. Maccione [et al.] // Nanomaterials. – 2021. – Vol. 11, № 6. – Art. ID 1375. https://doi.org/10.3390/nano11061375

5. Micro-Arcs Oxidation Layer Formation on Aluminium and Coatings Tribological Properties – A Review / L. Rodriguez, J.-Y. Paris, J. Denape, K. Delbé // Coatings. – 2023. – Vol. 13, № 2. – Art. ID 373. https://doi.org/10.3390/coatings13020373

6. The Characterization of Coatings Formed on As-Cast Al, Al–Si, and Al–Ca Aluminum Substrates by Plasma Electrolytic Oxidation / N. V. Letyagin, T. K. Akopyan, A. A. Sokorev [et al.] // Metals. – 2023. – Vol. 13, № 9. – Art. ID 1509. https://doi.org/10.3390/met13091509

7. Surface characteristics underpinning fretting wear performance of heavily loaded duplex chameleon/PEO coatings on Al / M. Lin, A. Nemcova, A. A. Voevodin [et al.] // Tribology International. – 2021. – Vol. 154. – Art. ID 106723. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106723

8. Processing and Tribological Properties of PEO Coatings on AlZn5.5MgCu Aluminium Alloy with Incorporated Al–Cu–Fe Quasicrystals / E. V. Torskaya, A. V. Morozov, V. N. Malyshev, O. O. Shcherbakova // Ceramics. – 2023. – Vol. 6, № 2. – P. 858–871. https://doi.org/10.3390/ceramics6020049

9. Plasma electrolytic oxidation of aluminium in electrolytes containing various concentrations of carbon black nanoparticles / L. Magniez, C. Da Silva Tousch, S. Fontana [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2023. – Vol. 473. – Art. ID 129990. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129990

10. Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) as pre-treatment for sol-gel coating on aluminum and magnesium alloys / L. Pezzato, M. Rigon, A. Martucci [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 366. – P. 114–123. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.03.023

11. PEO-Chameleon as a potential protective coating on cast aluminum alloys for high-temperature applications / A. Shirani, T. Joy, A. Rogov [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2020. – Vol. 397. – Art. ID 126016. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126016

12. Self-Lubricating PEO–PTFE Composite Coating on Titanium / L. Ren, T. Wang, Z. Chen [et al.] // Metals. – 2019. – Vol. 9, № 2. – P. 170. https://doi.org/10.3390/met9020170

13. Influence of ceramic coating pores on the Tribological performance of PEO–PTFE composite coatings on the Ta–12W alloy / L. Liu, L. Wang, J. Pan [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 441. – Art. ID 128592. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128592

14. Effect of current density and polytetrafluoroethylene on the properties of micro-arc oxide coating of pure aluminum International / J. Chen, W. Li, J. Xu [et al.] // Journal of Applied Ceramic Technology. – 2023. – Vol. 20, № 5. – P. 2860–2873. https://doi.org/10.1111/ijac.14412

15. Influence of surface microstructure on tribological properties of PEO-PTFE coating formed on aluminum alloy / С. Lu, X. Feng, J. Yang [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 364. – P. 127–134. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.02.064