Электролит для микроплазменного оксидирования вентильных металлов и их сплавов

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электролитам для формирования на металлической поверхности коррозионностойких, тепло- и износостойких покрытий. Предложен электролит для микроплазменного оксидирования вентильных металлов и их сплавов, содержащий гидроксид натрия, алюминат натрия и воду. Дополнительно он содержит экстракт сырья растительного происхождения, полученный при соотношении масс сырья и экстрагента не менее 0,01, и переплавленный однозамещенный фосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидроксид натрия 0,1 - 0,5; алюминат натрия 0,1 - 1; переплавленный однозамещенный фосфат натрия 0,2 - 1; экстракт сырья растительного происхождения 1 - 20; вода - остальное. Введение в электролит экстракта сырья растительного происхождения, содержащего переплавленный однозамещенный фосфат натрия, приводит при сохранении одинаковой толщины покрытий к повышению их твердости и химической стойкости. При этом длительность устойчивой работы электролита увеличивается. 1 табл.

Изобретение относится к области электрохимической обработки поверхности металлов и сплавов, а именно к электролитам для формирования на металлической поверхности коррозионно-, тепло- и износостойких покрытий.

Известен электролит для микроплазменного оксидирования легких металлов и их сплавов, состоящий из дигидрогенфосфата с возможными добавками ацетата натрия, карбоната натрия или аммония [1].

Недостатком данного электролита является его низкие эксплуатационные параметры.

Также известен электролит для микроплазменного оксидирования алюминиевых сплавов [2], состоящий из (г/л) Гидроксида калия - 2 - 3 Натриевого жидкого стекла - 8 - 10 Пероксида натрия - 2,5 - 10.

Недостатком данного электролита является то, что при оксидировании в этом электролите на поверхности покрытия возникает толстый слой оксида кремния, имеющий низкие защитные свойства и износостойкость. Этот слой перед началом эксплуатации изделия необходимо удалять.

Наиболее близким к заявленному является электролит для микроплазменного оксидирования вентильных металлов и их сплавов [3], содержащий, мас.%: Гидроксид натрия - 0,25 Алюминат натрия - 0,3 Гексаметафосфат натрия - 0,3 Вода - Остальное.

Недостатком данного электролита является изменение его состава во времени, склонность к изменению физических параметров - переход его в желеобразную массу или коагуляции коллоидной структуры, что приводит со временем к значительному снижению свойств получаемых покрытий при микроплазменном оксидировании.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных параметров электролита за счет повышения его стабильности и также повышение качества формируемых покрытий.

Данная задача решается посредством того, что электролит для микроплазменного оксидирования вентильных металлов и их сплавов, содержащий гидроксид натрия, алюминат натрия и воду дополнительно содержит экстракт сырья растительного происхождения, полученный при соотношении масс сырья и экстрагента не менее 0,01, и переплавленный однозамещенный фосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Гидроксид натрия - 0,1 - 0,5 Алюминат натрия - 0,1 - 1
Переплавленный однозамещенный фосфат натрия - 0,2 - 1
Экстракт сырья растительного происхождения - 1 - 20
Вода - Остальное.

При этом переплавленный однозамещенный фосфат натрия представляет собой полимерный продукт плавления дигидрофосфата натрия с последующим охлаждением до получения твердой фазы.

Экстракт сырья растительного происхождения представляет собой экстракт из листьев, коры, корней, семян и/или других частей самых разнообразных растений, который получают при соотношении масс исходного растительного сырья и экстрагента не менее 0,01, при этом сырье можно брать при естественной влажности или высушенным, измельченным или в естественном состоянии.

Эксперименты по изучению влияния компонент состава предложенного электролита показали, что при содержании гидроксида натрия менее 0,1 мас.% электролит не обеспечивает равномерного покрытия, при содержании более 0,5 мас.% - происходит травление поверхности обрабатываемой детали.

При содержании алюмината натрия в электролите менее 0,1 мас.% существенно увеличивается время достижения покрытием заданной толщины, а при превышении 1 мас.% покрытие получается неравномерным.

Данные, аналогичные вышеуказанным, были получены при исследовании необходимых границ количества нахождения переплавленного однозамещенного фосфата натрия в электролите - 0,2 - 1 мас.%.

Относительно экстракта [4] сырья растительного происхождения следует указать, что его наличие в электролите менее 1 мас.% не эффективно с точки зрения его функциональной пригодности (имеет место рост коагуляции), а содержание экстракта более 20 мас.% приводит к уменьшению стабильности электролита.

Поиск, проведенный по техническим источникам информации, показал, что заявленная совокупность неизвестна, т.е. заявленное соответствует условию изобретения "новизна". Поскольку электролит состоит из известных составляющих, то заявленное соответствует условию изобретения "промышленная применимость". А так как процентное содержание компонентов в электролите подбиралось экспериментально, исходя из вышеуказанных требований к процессу оксидирования и качеству получаемых покрытий, то заявленное соответствует условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения раскрывается следующими примерами. Приготавливались три раствора электролита различного состава по указанному выше заявляемому составу. При приготовлении электролита использовали реактивы марки ЧДА и, в частном случае, дистиллированную воду. Электролит готовили путем добавления к раствору, содержащему рассчитанные на весь рабочий объем ванны концентрации щелочи и алюмината натрия, раствор водного экстракта сырья растительного происхождения с растворенным в нем переплавленным однозамещенным фосфатом натрия с концентрацией последнего, также рассчитанной на весь рабочий объем ванны. В процессе приготовления различных электролитов по данному составу использовали экстракт сырья растительного происхождения, получаемый из коры, древесины, корней растений, листьев, семян и даже соцветий и плодов. Экстракт можно приготовить на стандартном оборудовании, например, позволяющим производить водно-паровую экстракцию, но в качестве экстрагирующей среды /экстрагента/ возможно также использование органических растворителей, спирта, ацетона и их производных. В частном случае водной экстракции на приемную решетку экстрактора Фишера насыпали 100 граммов измельченной коры дуба и свободный объем экстрактора заполняли 1000 граммами воды и устанавливали экстрактор на нагревательный элемент. После начала кипения воды экстракцию проводили по соответствующей инструкции /это составляло в данном случае около 30 минут/, после чего экстракт охлаждали до комнатной температуры. Затем в полученный экстракт добавляли переплавленный однозамещенный фосфат натрия, который представляет собой полимерный продукт плавления дигидрофосфата натрия с последующим охлаждением до получения твердой фазы. Однако при исследованиях использовали экстракт, полученный не только из коры, но и из семян корней, стеблей древесины и других частей самых различных растений, в том числе и из смесей растительного сырья различного рода. Эксперименты проводились также при использовании экстракта с использованием в качестве экстрагента спирта, ацетона, их производных и т.д., были исследованы экстракты, полученные при водно-паровой экстракции, экстракции посредством настоя, ультразвуковой и т.д. с конечными результатами, аналогичным представленным ниже. Основным условием при этом было то, что соотношение масс и экстрагента должно быть более 0,01, иначе достоверность получаемого результата выходит за рамки требуемого стандартного значения. Процесс оксидирования осуществляли на сплаве алюминия Д16Т при начальной плотности поляризующего переменного тока 10В/дм², напряжении на ванне 400 - 600 B в течение 1 часа. Температура электролита поддерживалась на уровне 20 - 30^oC. В качестве образцов использовали пластины толщиной 2 мм с рабочей поверхностью 0,5 - 1 дм². Толщина и микротвердость полученных покрытий определяли на поперечных шлифах с помощью прибора ПМТ-3. Химическую стойкость оценивали по времени до разрушения покрытия в растворе, содержащем 300 г/л соляной кислоты и 200 г/л хлорида меди. Электрическую прочность покрытия определяли путем деления величины их пробивного напряжения на толщину. Пробивное напряжение покрытий измеряли на воздухе, подавая на поверхность покрытий напряжение от положительного полюса источника постоянного тока. Прижимной контакт имел сферическую (диаметр 2 мм) или плоскую ( 1 см²) поверхность. Нагрузка на прижимной контакт составляла 9,8 H. Признаком пробоя считали появление в цепи тока более 1 мкА. Стабильность работы электролита оценивали по площади поверхности деталей, обработанных в 1 дм³ электролита при сохранении его устойчивой работы и сохранении стабильных свойств получаемых покрытий. Результаты экспериментов для известного электролита и предлагаемого электролита (для его трех разных составов) иллюстрируются таблицей.

Представленные результаты позволяют заключить, что введение в электролит экстракта растительного сырья, содержащего переплавленный однозамещенный фосфат натрия, приводит при сохранении примерно одинаковой толщины покрытий к повышению из твердости и химической стойкости. При этом длительность устойчивой работы электролита увеличивается более чем в два раза по сравнению с известными аналогичными техническими решениями.

Источники информации
1. Заявка ФРГ DD 289065 A 5, кл. C 25 D 11/00, 1991/публикация Патентного ведомства ФРГ по заявке, поданной в ГДР/.

2. Авторское свидетельство СССР 1767044, кл. C 25 D 11/00, 1992.

3. Тимошенко А. В. и др. Микродуговое оксидирование сплава Д16Т на переменном токе в щелочном электролите, ж. Защита металлов, т. 27, N 3, 1991, с. 417 - 424.

4. Большая Советская энциклопедия, Москва, изд. Сов. Энциклопедия, 1978, т. 30, термин "экстракция".

Формула изобретения

Электролит для микроплазменного оксидирования вентильных металлов и их сплавов, содержащий гидроксид натрия, алюминат натрия и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит экстракт сырья растительного происхождения, полученный при соотношении масс сырья и экстрагента не менее 0,01, и переплавленный однозамещенный фосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гидроксид натрия - 0,1 - 0,5
Алюминат натрия - 0,1 - 1
Переплавленный однозамещенный фосфат натрия - 0,2 - 1
Экстракт сырья растительного происхождения - 1 - 20
Вода - Остальноес

РИСУНКИ

Рисунок 1