Wpływ metody odlewania stopów aluminium i parametrów anodowania na struktur i grubo warstwy anodowej*

Transkrypt

1 AMME th JUBILEE INTERNATIONAL SC IENTIFIC CONFERENCE Wpływ metody odlewania stopów aluminium i parametrów anodowania na struktur i grubo warstwy anodowej* L. A. Dobrzaski a, K. Labisz a, J. Konieczny b, J. Duszczyk c a Zakład Technologii Procesów Materiałowych i Technik Komputerowych w Materiałoznawstwie Instytut Materiałów Inynierskich i Biomedycznych, Politechnika lska ul. Konarskiego 18a, Gliwice b Zakład Materiałów Funkcjonalnych, Nanokrystalicznych i Zrównowaonych Technologii Instytut Materiałów Inynierskich i Biomedycznych, Politechnika lska ul. Konarskiego 18a, Gliwice c Laboratory of Materials Science, Delft University of Technology Roterdamsweg 137, 2628 AL Delft, The Netherlands W pracy przedstawiono wpływ metody odlewania i parametrów anodowania na grubo i struktur warstwy anodowej wytworzonej na stopach aluminium. Jako materiału do bada uyto stopów aluminium AlSi12 oraz AlSi9Cu3 dostarczonych przez holendersk firm MIFA b.v., w której przeprowadzony został take proces odlewania oraz anodowania próbek. Przedstawiono wyniki testu cieralnoci a take wyniki bada metalograficznych. 1. WPROWADZENIE W cigu ostatnich lat obserwuje si cigły wzrost zastosowania stopów aluminium w przemyle [1, 2]. Powłoki anodowe ochronno-dekoracyjne nakładane s na aluminiowe artykuły gospodarstwa domowego, elementy elektroniczne, czci instrumentów muzycznych, meble ogrodowe, sprzt turystyczny i sportowy, akcesoria motoryzacyjne i elementy stolarki aluminiowej. Anodowane druty aluminiowe stosowane s jako przewody w instalacjach elektrycznych. Powłoki tlenkowe wytwarzane s na folii aluminiowej, przeznaczonej na elektrody w kondensatorach. Twarde powłoki anodowe stosowane s w przemyle lotniczym i motoryzacyjnym [3]. Anodowe powłoki tlenkowe trwale zwizane z aluminiowym podłoem. s odporne na korozj. Odporno korozyjn mog obnia pory w powłoce lub obecno szkodliwych składników stopowych i domieszek, szczególnie miedzi. Fazy midzymetaliczne miedzi z * Cz bada wykonano w Delft University of Technology podczas stau naukowego w ramach programu ERASMUS-SOCRATES

2 148 L.A. Dobrzaski, K. Labisz, J. Konieczny, J. Duszczyk glinem rozpuszczaj si podczas anodowania, co powoduje obnienie twardoci i gruboci powłok, a zwikszenie porowatoci [4]. Podczas procesu tworzenia si tlenku aluminium nastpuje niewielki przyrost masy obrabianego elementu oraz jego objtoci. Warstwa tlenków jest bardzo mocno złczona z podłoem. Rozpuszczanie si warstwy tlenków moliwe jest tylko w roztworach zasadowych lub kwanych o ph wikszym ni 8,8 wzgldnie niszym ni 4,0 [5]. Celem niniejszej pracy jest zbadanie struktury i gruboci powłok wytworzonych na odlewniczych stopach aluminium w procesie anodyzacji oraz ocena wpływu elektrolitu i metody odlewania stopów na wytworzon warstw anodow. 2. PRZEBIEG BADA Badania wykonano na próbkach ze stopów AlSi12 oraz AlSi9Cu3. Procesy odlewania oraz anodowania przeprowadzono w holenderskiej firmie MIFA b. v. Zarówno dla stopu AlSi12 jak i dla AlSi9Cu3 zastosowano odlewanie cinieniowe oraz piaskowe. Skład chemiczny stopów podano w tablicy 1. Parametry technologiczne procesu anodowania ujto w tablicy 2. Tablica 1 Stenie pierwiastków stopowych w stopach AlSi12 i AlSi9Cu3 Stenie masowe pierwiastków, % Stop Si Mg Cu Mn Fe Zn Al AlSi12 12,5 0,05 0,05 0,5 0,6 0,1 Reszta AlSi9Cu3 9,5 1,5 3,0 0,5 0,9 0,5 Reszta Tablica 2 Parametry anodowania Wielko Warto Elektrolit H 2 SO 4 o steniu g/l Temperatura 4 2 C Prd pulsujcy 2 A/dm 2 przez 0,25 s, 1 A/dm 2 przez 0,1 s Stenie jonów aluminium 6 9 g/l Dla okrelenia wpływu rodzaju elektrolitu na homogeniczno porów w warstwie tlenków przy tych samych parametrach anodowaniu poddano próbki ze stopu AlSi12 w obecnoci elektrolitów: 3% H 2 C 2 O 4, 4% H 3 PO 4, 4% H 2 SO 4, 3%CrO 3. Test na zuycie cierne wykonano przy uyciu urzdzenia ABR-8251 dostarczonego przez firm TCD Teknologi ApS. Testy przeprowadzono zgodnie ze specyfikacj i wymaganiami standardu ISO Do testu zastosowano obcienie 4,9 N, przy prdkoci polizgu 40 cykli/min. Obszar testowy wynosi 12 x 30 mm. Badania metalograficzne przeprowadzono na mikroskopie wietlnym typu OLYMPUS BX60M wyposaonym w kamer OLYMPUS DP10. Zapisu i obróbki zdj dokonano na komputerze PC przy pomocy programu analysis firmy OLYMPUS. 3. OMÓWIENIE WYNIKÓW BADA W wyniku testu zuycia ciernego stwierdzono, e anodyzacja zmniejsza zuycie cierne. Najlepsz wytrzymało na zuycie uzyskano, gdy grubo warstwy anodowej jest dua (ok. 48 µm). Czciowe usunicie powłoki zaobserwowano dla wszystkich odlewów wykonanych

3 Wpływ metody odlewania stopów aluminium i parametrów anodowania na struktur w formie cinieniowej, gdzie grubo powłoki jest mniejsza (ok. 10 µm). Próbki ze stopu AlSi12 wykazuj wikszy ubytek masy, który jest spowodowany tym, i miejsce testu znajduje si blisko zamocowania elektrody (warstwa jest w tym miejscu prawdopodobnie ciesza). Z wyników zawartych w tablicy 3 wynika, e dla stopu AlSi9Cu3 odlewanego w formie piaskowej próbki anodowane maj o połow mniejszy ubytek masy ni próbki nieanodowane. W pozostałych przypadkach wystpuje zmniejszenie ubytku masy od 30 do 47%. Tablica 3 Ubytek masy w mg zarejestrowany podczas testu na zuycie cierne Metoda odlewania Stop forma piaskowa odlew cinieniowy odlew nieanodowany odlew anodowany odlew nieanodowany odlew anodowana AlSi9Cu3 14,7 7,3 17,6 10,9 AlSi ,2 18,7 10 Inn zmienn, która moe mie wpływ na wyniki testu na zuycie cierne jest chropowato powierzchni. Bazujc na otrzymanych wynikach stwierdzono, e wiksza chropowato, która jest charakterystyczna dla odlewów w formie piaskowej ma pozytywny wpływ na wyniki testu na zuycie cierne. Rys. 1. Porównanie cieralnoci odlewów cinieniowych Rys. 2. Porównanie cieralnoci odlewów piaskowych Podczas obserwacji metalograficznych próbek anodowanych w obecnoci rónych elektrolitów stwierdzono, e struktura warstwy anodowej przedstawiona na rys.3. wykazuje znacznie wiksz homogeniczno uzyskanych w wyniku anodowania porów, ni struktura przedstawiona na rys.4. Stwierdzono ponadto, e rodzaj elektrolitu uywanego podczas anodowania wpływa take na rednic i ułoenie porów wzgldem siebie. Struktura pokazana na rys.5. przedstawia mniejsze pory o mniejszej rednicy ni na rys.6., take ich ułoenie jest bardziej regularne.

4 150 L.A. Dobrzaski, K. Labisz, J. Konieczny, J. Duszczyk Rys.3. Struktura porowatej warstwy anodowej, elektrolit: 3% H 2 C 2 O 4, pow. 2500x Rys.4. Struktura porowatej warstwy anodowej, elektrolit: 4% H 3 PO 4, pow. 2500x Rys.5. Struktura porowatej warstwy anodowej, elektrolit: H 2 SO 4, pow. 2500x Rys.6. Struktura porowatej warstwy anodowej, elektrolit: CrO 3, pow. 2500x W wyniku przeprowadzonych bada metalograficznych (rys. 7 10) stwierdzono, e warstwa anodowana wytworzona na odlewach cinieniowych i piaskowych dla obydwu stopów nie wykazuje przerw, co zapobiega pojawianiu si werów, a zawarte w niej wydzielenia krzemu (w kształcie igieł) wpływaj na zwikszenie wytrzymałoci na cieranie. Rys.7. Powłoka anodowa wytworzona na stopie AlSi9Cu3, odlew cinieniowy Rys.8. Powłoka anodowa wytworzona na stopie AlSi9Cu3, odlew piaskowy

5 Wpływ metody odlewania stopów aluminium i parametrów anodowania na struktur Rys.9. Powłoka anodowa wytworzona na stopie AlSi12, odlew piaskowy Rys.10. Powłoka anodowa wytworzona na stopie AlSi12, odlew cinieniowy Na podstawie pomiarów gruboci warstwy anodowanej, przedstawionych w tabeli 4. stwierdzono, e dla obydwu stopów grubo wytworzonej warstwy anodowanej jest wiksza w przypadku odlewu piaskowego, a mniejsza dla odlewu cinieniowego przy tych samych parametrach anodowania. Tablica 4 Wyniki pomiaru gruboci warstwy anodowej Stop Lp AlSi9Cu3 AlSi12 odlew cinieniowy odlew piaskowy Odlew cinieniowy odlew piaskowy Warto rednia 16,6 µm 52,3 µm 9,7 µm 43,7 µm Odchylenie standardowe 1,17 µm 9,74 µm 1,64 µm 3,8 µm odlew cinieniowy odlew piaskowy AlSi12 AlSi9Cu3 Rys. 11. Porównanie gruboci warstwy anodowej wytworzonej na stopach AlSi12 (odlew piaskowy i cinieniowy) i AlSi9Cu3 (odlew piaskowy i cinieniowy)

6 152 L.A. Dobrzaski, K. Labisz, J. Konieczny, J. Duszczyk 4. PODSUMOWANIE Rezultaty bada podane w tablicy 3 pozwalaj jednoznacznie okreli, który z badanych stopów w kombinacji z odpowiedni metod wytwarzania (odlewanie piaskowe lub cinieniowe) posiada najwysz odporno na cieranie. Najlepsze wyniki powinna da kombinacja stopu AlSi9Cu3 z odlewaniem w formie piaskowej oraz stop AlSi12 odlewany w formie cinieniowej. Stop AlSi12 odlewany w formie piaskowej oraz AlSi9Cu odlewany cinieniowo wykazuj najnisz odporno na cieranie. Wyniki testu zawarte w tabeli pozwalaj zauway, e stopy anodowane, zarówno AlSi9Cu3 jak i AlSi12 wykazuj mniejszy ubytek masy w porównaniu do stopów nieanodowanych. Mona zauway, e równie metoda odlewania wpływa na odporno na cieranie; stopy odlane piaskowo wykazuj mniejszy ubytek masy podczas przeprowadzanego testu, wykazuj one zatem wiksz odporno na cieranie. BIBLIOGRAFIA 1. G. Winandy, Light Met. Age 1994, Nr 9 10, s T. 2. L. A. Dobrzaski, J. Konieczny, M 3 E, Gliwice 2000, s Młynarczyk A., Jakubowski J., Obróbka powierzchniowa i powłoki ochronne, Wydaw. Polit. Poz., Pozna G.H.Kissin, B.E.Deal, IOP-Metalen Kennisoverdracht, TU Delft 2000, s G.E.Thompson, H.Habazaki, IOP-Metalen Kennisoverdracht, TU Delft 2000, s. 2 3