Vol. 51 (2015), Issue 5, p. 57-66

A Mathematical Interpretation Model of Ti Alloy Micro-Arc Oxidation (MAO) Process and its Experimental Study

Maolin Shi, Hongyou Li

Abstract

УДК 544.5+544.6

 

A mathematical interpretation model of micro-arc oxidation process parameters and ceramic coating properties in Ca/P electrolyte system was attempted to establish. The model includes micro-arc oxidation process parameters (power supply voltage Um, current density J, duty ratio η, electrolyte conductivity and dielectric constant of anodic oxide gas), and the properties of ceramic coating (surface morphology, thickness, pores density, porosity, the average size of pores). The response of current during the process was studied. The properties of ceramic coating (morphologies, thickness and surface statistics) were measured by scanning electron microscopy (SEM), 3-D HIROX video microscope, TT230 coating and layer thickness measuring instrument and image analysis software ImageJx2.0. The current was measured by AC galvanometer GPM-8212. The molar conductivity of NaOH is the highest among the four electrolyte system components, and its concentration has the greatest impact on ceramic coating surface morphology. The analysis agrees with the experimental results in lower concentration (under 0.30 mol/L) extremely. However, there is a discrepancy at higher concentration (0.40 mol/L) since the much more molten metal during the reaction of MAO in higher conductivity electrolyte. Pores density is the major factor in determining the porosity. Current results show that ceramic coating had been generated at 40s under the constant voltage system. The model provides a theoretical base for the interpretation of Ti alloy MAO process and determining the appropriate concentration of NaOH in Ca/P electrolyte system.

 

Keywords: micro-arc oxidation, Ti alloy, mathematical model, Ca/P electrolyte.

 

 

Предпринята попытка создания математической модели интерпретации параметров процесса микродугового оксидирования и свойств керамического покрытия в электролитной системе Са/P. Модель включает в себя параметры процесса микродугового оксидирования (напряжение питания Um, плотность тока J, скважность η, проводимость электролита и диэлектрическую константу анодного оксида) и свойства керамического покрытия (морфология поверхности, толщина, плотность пор, пористость, средний размер поры). Изучали отклик тока во время процесса. Свойства керамического покрытия (морфология, толщина и статистика поверхности) были определены с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), видео микроскопа 3-D HIROX, прибора TT230 для измерения покрытия и толщины слоя и программы ImageJx2.0 для анализа изображений. Ток измерялся с помощью гальванометра переменного тока GPM-8212. Молярная проводимость NaOH является самой высокой среди четырех компонентов электролитной системы, и его концентрация имеет наибольшее влияние на морфологию поверхности керамического покрытия. В наибольшей степени анализ согласуется с экспериментальными результатами при его низкой концентрации (до 0,30 моль/л). Тем не менее, есть несоответствие при более высокой концентрации (0,40 моль/л), так как значительно больше образуется расплавленного металла во время реакции МДО в электролите с более высокой проводимостью. Плотность пор является основным фактором, определяющим пористость. Полученные данные показывают, что керамическое покрытие может быть создано в течение 40 секунд в системе с постоянным напряжением. Модель обеспечивает теоретическую базу для интерпретации процесса МАО Ti сплава и определения соответствующей концентрации NaOH в электролитной системе Ca/Р.

 

Ключевые слова: микродуговое оксидирование, сплав титана, математическая модель, Са/Р электролит.

 

 

Download full-text PDF. 588 downloads

Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.