Способ твердого оксидирования алюминия и его сплавов

 

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для получения толстослойных оксидных покрытий при анодировании в электролитах, обеспечивающих образование электроизоляционного покрытия. Предложен способ твердого оксидирования алюминия и его сплавов в электролите, включающий подачу напряжения на изделие, используемое в качестве электрода. При этом начальный период электролиза осуществляют при максимальном значении плотности тока, допустимом процессом роста оксидной пленки, и при постоянном формирующем напряжении, регулируемом изменением активной площади садки. Способ позволяет использовать изделия значительных габаритов или значительной площади садки. Технический результат изобретения заключается в повышении механических свойств оксидных покрытий. 1 з.п. ф-лы.

Предлагаемое изобретение относится к гальфанотехнике, может быть использовано для получения толстослойных оксидных покрытий на деталях из алюминия и его сплавов при анодировании в электролитах, обеспечивающих образование электроизоляционного покрытия.

Известные способы твердого анодирования алюминия и его сплавов, например [1] , предусматривают завешивание деталей в ванну с электролитом на основе кислот, плавное повышение плотности тока до заданных значений и поддержание ее в течение всего периода обработки за счет повышения формирующего напряжения. При обработке поверхности анода идут два конкурирующих процесса - рост пористого покрытия за счет окисления материала и растворение оксида благодаря химическому воздействию электролита. По мере увеличения длины пор находящийся в них электролит разогревается, что увеличивает его пептизирующее воздействие, возрастает опасность пробоя пленки с последующим интенсивным травлением деталей.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ глубокого анодирования алюминия и его сплавов [2], согласно которому процесс ведут при повышенной начальной плотности тока с самопроизвольным ее снижением. Данный режим падающей мощности позволяет не только ускорить процесс образования пленки определенной толщины, но и повысить ее твердость и износостойкость. Эффект повышения механических свойств достигается за счет того, что высокие значения мощности электрического тока создают условия для образования наиболее твердых кристаллических модификаций оксида алюминия. Однако при значительных площадях садка и использовании традиционных источников постоянного тока происходит нарушение режима обработки в начальный период электролиза. Оно заключается в том, что при включении источника на максимально допустимой процессом оксидирования величине тока, благодаря малому сопротивлению внешней цепи (электроизоляционные свойства пленки пока незначительны) наблюдается существенное самопроизвольное снижение формирующего напряжения. В дальнейшем (в течение нескольких минут) формирующее напряжение возрастает до значений, соответствующих установленной величине напряжения холостого хода источника. Проходящий через ванну ток снижается. Однако мощность тока возрастает за счет превалирующего роста напряжения. Таким образом, согласно известному техническому решению, начальные слои оксида формируются при пониженном напряжении, что обеспечивает получение их аморфной структуры, в то время как достижение высоких механических свойств обуславливает необходимость организации процесса при напряжениях 75 В и более с образованием тонкокристаллической фазы в структуре покрытия [см. 1 с. 24].

Задачей предлагаемого изобретения является повышение механических свойств оксидных покрытий, преимущественно на изделиях значительных габаритов или суммарной площади садки.

Технический результат достигается тем, что начальный период электролиза осуществляют при максимальном значении плотности тока, допустимом процессом роста оксидной пленки, и при постоянном формирующем напряжении, регулируемом изменением активной площади садки. Способ используют для оксидирования изделий значительных габаритов или значительной площади садки. Проведение процесса, согласно предложенному способу, позволяет получать покрытия с включениями в структуру тонкокристаллической модификации окиси алюминия, характеризующейся высокой твердостью и износостойкостью.

Рекомендации перемещения под током деталей, подвергаемых электрохимической обработке, известны, например [3]. Однако целью такого приема является предохранение их поверхности от химического либо электрохимического воздействия электролитов. В предлагаемом техническом решении подобным образом добиваются повышенных значений напряжения на ванне, что оказывает положительное влияние на структуру оксидного покрытия.

Известны также способы электрохимического микродугового нанесения силикатных покрытий на алюминиевые детали, например [4, 5], согласно которым деталь предварительно погружают в электролит на 5 - 10% от ее общей поверхности и устанавливают начальную плотность анодного тока 5 - 25 А/дм², а дальнейшее погружение детали осуществляют ступенчато. Данные технические решения предполагают плавное увеличение на каждой ступени величины напряжения от 0 до 250 В для прохождения стадии электрохимического окисления, образующего предварительную технологическую пленку на поверхности детали, после чего процесс переводят в режим искрового и дугового окисления. Предлагаемый способ, напротив, предусматривает максимальное значения напряжения на ванне в начальный период электролиза, положительно воздействующее на структуру конверсионной пленки на поверхности алюминиевого сплава.

Таким образом, предлагаемое изобретение имеет существенные отличия от известных в гальванотехнике технических решений.

Способ осуществляют следующим образом.

На источнике питания устанавливают напряжение холостого хода, обеспечивающее получение максимально допустимого значения тока для данного электролита и обрабатываемого алюминиевого сплава. Процесс оксидирования начинают при малой активной площади садки (изделия значительных габаритов погружают в электролит частично). Размер данной площади подбирают исходя из того, чтобы начало электролиза не вызывало падение напряжения более чем на 10% от установленного значения. Убедившись в правильном течении процесса (величина тока не возрастает), увеличивают площадь садки со скоростью, обеспечивающей постоянно значения напряжения на ванне. После полной загрузки садки процесс ведут в соответствии с желаемым режимом - гальваностатическим, падающей мощности и т.п.

Предлагаемый способ апробирован при получении износостойких покрытий на алюминиевых деталях автомобильного электробензонасоса, изготовленных из сплавов АЛ 2 и Д16Т с суммарными площадями садки 8 дм² и 4 дм², соответственно. В качестве электролита использовали трехкомпонентный раствор, г/л: сульфосалициловая кислота 100; щавелевая кислота 30; серная кислота 3, температура 0 + 1^oC. Источник постоянного тока с мостовой схемой выпрямления без устройств стабилизации по току и напряжению. Толщину и микротвердость оксидных покрытий определяли по стандартным методикам с использованием вихретокового толщиномера ВТ-10НЦ и микротвердомера ПМТ-3 на косых шлифах, усредняя полученные данные измерений.

Пример 1. При единовременной полной загрузке садки для сплава АЛ2 устанавливали напряжение холостого хода U=65 B. В момент начала электролиза, рабочее напряжение составляло 34 В, плотность тока 28 А/дм² с последующим самопроизвольным увеличением напряжения и снижением тока, причем электрическая мощность на ванне возрастала в течение 4,5 мин, после чего монотонно снижалась по мере роста покрытия. продолжительность обработки 30 мин. Толщина оксидной пленки составила 18 мкм, микротвердость 2,4 ГПа.

Пример 2. Сплав АЛ2. Напряжение холостого хода 65 В. Активная площадь анода в начале электролиза 0,4 дм². Максимальное значение плотности тока 26 А/дм², начальное рабочее напряжение 59 В. Скорость увеличения активной площади садки 1,4 дм² мин. В течение всего периода увеличения анодной площади напряжение и ток и постоянны, в дальнейшем - режим падающей мощности. Продолжительность обработки 30 мин. Толщина оксидной пленки 29 мкм, микротвердость 5,63 ГПа.

Пример 3. Сплав Д16Т. Напряжение холостого хода - 50 В. Активная площадь анода в начале электролиза 0,2 дм². Максимальное значение плотности тока 22 А/дм², начальное рабочее напряжение 46 В. Скорость увеличения площади анода 1,2 дм²мин. Продолжительность обработки 39 мин. Толщина покрытия 34 мкм, микротвердость 3,16 ГПа.

Таким образом, предлагаемое техническое решение имеет преимущества перед известным по производительности и микротвердости получаемых оксидных покрытий.

Литература 1. Аверьянов Е. Е. Справочник по анодированию. - М.: Машиностроение, 1988, 244 с ил.с. 74.

2. Авторское свидетельство СССР N 173086, C 23 B, 1965.

3. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галь И.Е. и др. Гальванотехника. Справ. изд. - М.: Металлургия, 1987, с. 417.

4. Патент РФ N 2065895, C 25 D 11/04, 1996.

5. Авторское свидетельство СССР N 926083, C 25 D 9/06, 1982.

Формула изобретения

1. Способ твердого оксидирования алюминия и его сплавов в электролите, включающий подачу напряжения на изделие, используемое в качестве электрода, отличающийся тем, что начальный период электролиза осуществляют при максимальном значении плотности тока, допустимом процессом роста оксидной пленки, и при постоянном формирующем напряжении, регулируемом изменением активной площади садки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют изделия значительных габаритов или значительной площадки садки.