Tribological properties of MAO coatings on aluminum alloy AL25

Abstract

The tribological properties of the oxide coatings were studied on the aluminum alloy AL25. The coatings were formed by microarc oxidation (MAO) in an alkaline-silicate electrolyte under cathodic-anodic conditions. The structure of the working layer of MAO coatings, their phase composition, and hardness were studied. The coatings were tested in friction pairs with cast iron SCh20 and alloy AL25 under oil lubrication. The friction coefficient was determined on the SMC-2 friction machine according to the ‘disc-pad’ scheme, the load varied from 0.2 to 2 kN, the nominal pressure − from 1 to 11 MPa. It was found that the MAO coating has a crystal structure with a phase composition including mullite (3Al2O3∙2SіO2) and high-temperature modifications of aluminum oxide (α-Al2O3 and γ-Al2O3); hardness ~ 10-12 GPa, and total porosity of 10-15 %. The friction coefficient of the pairs ‘grey cast iron - MAO coating’ and ‘MAO coating - MAO coating’ reaches 0.04 and 0.007 when lubricated with oil. The friction coefficient in the pair ‘MAO coating - MAO coating’ is characterized by the absence of tribochemical interaction of the contacting surfaces. The low sliding friction coefficient and high mechanical properties of the coatings make it possible to use MАO technology to increase the service life of tribotechnical parts (pistons, shafts, plain bearings, etc.).

Трибологічні властивості оксидних покриттів були досліджені на ливарному алюмінієвому сплаві АЛ25. Покриття були сформовані методом мікродугового оксидування (МДО) в лужно-силікатному електроліті при катодно-анодному режимі. Вивчено структуру робочого шару МДО-покриттів їх фазовий склад та твердість. Покриття випробовували в парах тертя з чавуном СЧ20 та сплавом АЛ25 в умовах змащування мастилом. Визначено коефіцієнт тертя на машині тертя СМЦ-2 за схемою «диск–колодка», навантаження змінювалось від 0,2 до 2 кН, номінальний тиск – від 1 до 11 МПа. З’ясовано, що МДО-покриття має кристалічну структуру з фазовим складом, що включає муліт (3Al2O3∙2SіO2) та високотемпературні модифікації оксиду алюмінію (α-Al2O3 і γ-Al2O3), твердість ~ 10 – 12 ГПа, загальна пористість складає 10 – 15 %. Коефіцієнт тертя для пар ‘сірий чавун – МДО покриття’ та ‘МДО покриття – МДО покриття’ досягає значень 0,04 та 0,007 в умовах змащування мастилом. Коефіцієнт тертя в парі ‘МДО покриття – МДО покриття’ визначається відсутністю трибохімічної взаємодії контактуючих поверхонь. Низький коефіцієнт тертя ковзання і високі механічні властивості покриттів дають змогу застосовувати МДО-технологію для підвищення ресурсу деталей триботехнічного призначення (поршні, вали, підшипники ковзання тощо).