Состав для химической обработки изделий из алюминия и его сплавов
Владельцы патента RU 2276698:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии, а именно к составам для получения химического окисного покрытия на поверхности алюминия и его сплавов, и предназначено для повышения их коррозионной стойкости и обеспечения адгезии полимерных покрытий и клеев. Состав содержит (г/л): хромовый ангидрид 11-13,5, бифторид калия 2-4, железосинеродистый калий 1,5-2,5, циклогексиламмоний хромовокислый 0,005-0,05, хромат стронция 0,0005-0,001, синтанол 0,05-0,2, окись кремния 220-300 и воду. Технический результат: создание состава для химической обработки поверхности деталей и изделий из алюминия и его сплавов, позволяющего получить покрытия с повышенными защитными свойствами и высокими показателями адгезии к полимерным покрытиям и клеям при обработке любых вертикальных, криволинейных поверхностей в цеховых и при ремонте в полевых условиях. 3 табл.
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии, а именно к составу для получения химического окисного покрытия на поверхности алюминия и его сплавов, и предназначено для повышения их коррозионной стойкости, а также для обеспечения адгезии полимерных покрытий и клеев. Изобретение может быть использовано в авиационной, авиакосмической технике, приборостроительной промышленности и в строительстве для формирования химических окисных покрытий на горизонтальных, вертикальных и криволинейных поверхностях изделий любой формы и размера при их изготовлении и ремонте.
Химические окисные покрытия широко используются в мировой практике для защиты от коррозии алюминиевых сплавов и создания комбинированных (включающих полимерные покрытия) систем защитных покрытий, используемых в различных условиях эксплуатации.
Преимуществом процесса получения покрытий химическими методами перед электрохимическими (например, анодное окисление) является технологическая простота, отсутствие энергозатрат и необходимости применения дорогостоящего оборудования.
Химические окисные покрытия не изменяют размер деталей и не оказывают отрицательного влияния на служебные характеристики деталей из алюминиевых сплавов.
Химическое оксидирование деталей из алюминиевых сплавов обычно проводится в стационарных ваннах путем погружения обрабатываемых деталей на определенное время в обезжиривающие, травящие и оксидирующие растворы. Предварительная подготовка поверхности осуществляется обезжириванием и травлением в горячих щелочных и агрессивных кислотных растворах. Для оксидирования используются щелочные и кислотные растворы, содержащие активаторы, пассиваторы и ингибиторы коррозии алюминия.
Известен раствор для химического оксидирования на основе хромового ангидрида и кремнефтористого натрия (патент РФ №2207401).
Известен раствор для обработки алюминия и его сплавов, включающий гидроперит и водорастворимые красители, выбранные из группы, содержащей молибденовокислый аммоний и сернокислый никель (а.с. СССР №1705405).
Известен раствор для оксидирования алюминия, состоящий из щелочно-металлического перманганата с добавками тетра и метаборатов бензойной кислоты, силиката натрия и др. (патент Великобритании №2195358).
Однако вышеуказанные растворы не могут применяться для обеспечения коррозионной стойкости деталей из алюминиевых сплавов больших размеров и сферической формы, а также для деталей, имеющих полости, из которых невозможно удалить остатки растворов, узлов, состоящих из алюминия и других материалов и имеющих щели и зазоры. Известные растворы не могут использоваться в полевых условиях при ремонте изделий.
Наиболее близким к заявляемому является раствор для получения химического окисного покрытия на алюминии и его сплавах, содержащий, г/л:
| Хромовый ангидрид | 3,0-5,0 |
| Калий железосинеродистый | 0,5-1,0 |
| Фтористоводородная кислота | 0,5-1,5 |
| Двуокись титана | 0,8-1,0 |
| Вода | до 1 литра |
(а.с. СССР №1148897).
Недостатком прототипа является недостаточно высокие коррозионные свойства и показатели адгезии к полимерным покрытиям, а также невозможность использования этого раствора: для обработки отдельных участков поверхности деталей и готовых изделий различного размера; вертикальных поверхностей; поверхностей, граничащих с другими материалами и анодно окисленными участками; узлов, имеющих щели и зазоры, а также в условиях отсутствия стационарных ванн, и в ремонтной технологии.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка состава для химической обработки поверхности изделий из алюминия и его сплавов, позволяющего получить покрытия, обладающие повышенными коррозионными свойствами и высокими показателями адгезии к полимерным покрытиям и клеям при обработке любых вертикальных и криволинейных поверхностей в цеховых условиях и при ремонте в полевых условиях.
Для достижения поставленной задачи предложен состав для химической обработки изделий из алюминия и его сплавов, включающий хромовый ангидрид, железосинеродистый калий и фторсодержащее неорганическое соединение, воду, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит циклогексиламмоний хромовокислый, хромат стронция, синтанол и окись кремния, а в качестве фторсодержащего неорганического соединения-бифторид калия при следующих соотношения компонентов, г/л:
| Хромовый ангидрид (CrO3) | 11-13,5 |
| Бифторид калия (KHF2) | 2-4 |
| Железосинеродистый калий (К3Fe(CN)6) | 1,5-2,5 |
| Циклогексиламмоний хромовокислый | |
| (C6H11NH2)2·H2CrO4 | 0,005-0,05 |
| Хромат стронция (SrCrO4) | 0,0005-0,001 |
| Синтанол (CnH2n+1O(C2H4O)mH), n=10÷18; m=8÷10 | 0,05-0,2 |
| Окись кремния (SiO2) | 220-300 |
| Вода | до 1 литра |
Предлагаемый состав отличается от известного тем, что существенно повышается активность состава за счет увеличения концентрации хромового ангидрида с 5 г/л до 11-13,5 г/л и железосинеродистого калия с 1 до 1,5-2.5 г/л по сравнению с известным и введения циклогексиламмония хромовокислого, хромата стронция, бифторида калия, синтанола и окиси кремния в указанных количествах.
Принимая участие в физико-химическом процессе формирования покрытия и частично адсорбируясь введеные добавки увеличивают защитные и адгезионные свойства покрытия, при этом покрытие хорошо удерживается на любых в том числе вертикальных и наклонных поверхностях во время обработки.
Пример осуществления
Проводилась обработка фрагментов (из алюминиевого сплава Д16) различной конфигурации (вертикальной, криволинейной, с крепежом из стали и с щелевыми зазорами), вырезанных из обшивки и топливного бака изделия после длительной эксплуатации.
Подготовка поверхности проводилась непосредственно перед нанесением покрытия путем легкой зачистки поверхности, не имеющей видимых невооруженным глазом загрязнений, образивным материалом с последующей обработкой органическим растворителем. Для обработки фрагменты помещались вертикально в штатив из оргстекла.
На расположенную вертикально поверхность мягкой капроновой кистью равномерным тонким слоем наносился следующий состав: 12 г CrO3+3 г KHF2+2 г K3Fe(CN)6+0,02 г (С6Н11NH2)2·H2CrO4+0,0006 г SrCrO4+0,1 г ДС-10+250 г SiO2, остальное вода и выдерживался до высыхания.
Оксидирование выполняли при температуре 15-35°С и относительной влажности воздуха 40-75%. Высохший состав удалялся мягкой кистью или щеткой. Образцы просушивали на воздухе. На поверхности вертикально расположенных при обработке образцов образовалось равномерное покрытие золотисто-коричневого цвета, которое после сушки не стиралось при протирке.
Аналогичным способом были обработаны и образцы по примерам 2-4.
В таблице 1 представлен химический состав предлагаемого состава раствора (пример 1-4) и раствора-прототипа (5).
В таблицах 2 и 3 представлены свойства покрытий, получаемых предлагаемым составом и составом-прототипом.
Сравнительные испытания в камере солевого тумана (98% влажность, температура 35С, периодическое разбрызгивание 5%-ного раствора NaCl в течение 7 мин, пауза 23 мин) показали, что покрытие, сформированное на вертикальной поверхности образцов полученным составом, по защитным свойствам отвечает требованиям международного стандарта МС-5541б. Как следует из результатов, приведенных в таблице 2, после 168 часов экспозиции коррозионные поражения отсутствуют. В верхней части образцов, обработанных раствором-прототипом, наблюдаются коррозионные поражения в виде питтинга и отдельных язвенных поражений, в нижней части - в виде мелкого питтинга. Полученные результаты показывают, что обработка по предлагаемым составом повышает защитные свойства формирующихся покрытий на вертикальных поверхностях изделий из алюминия и алюминиевых сплавов.
Для проверки адгезионных характеристик поверхности при использовании предложенного состава проводилось склеивание образцов из сплава Д16АТ, размером 60×20×2 мм, применяемым при ремонте клеем холодного отверждения ВК9. Перед склеиванием проводилась обработка поверхности разработанным составом (пример 1-4) и составом-прототипом (пример 5).
Определялась прочность клеевого соединения при сдвиге после склеивания и после погружения на 30 суток в 3%-ный раствор NaCl. Как показывают данные, приведенные в таблице 3, предложенный состав имеет значительные преимущества по адгезионной прочности, особенно после воздействия коррозионной среды.
Предлагаемый состав-паста технологичен и универсален, его можно использовать при обработке вертикальнх и наклонных поверхностей изделий различного назначения. Он повышает коррозионную стойкость алюминиевых сплавов, обеспечивает высокие показатели адгезии клеев и различных систем лакокрасочных покрытий, в том числе эпоксидных и полиуретановых, и восстанавливает адгезионные характеристики анодно-окисленной поверхности на образцах, вырезанных из изделий после эксплуатации и удаления лакокрасочных покрытий.
Попытки использовать растворы аналогов и прототипа, включающие в состав раствора добавки SiO2 в качестве загустителя, не позволили сформировать при их нанесении на поверхность образцов из сплава Д16АТ качественные покрытия. После высыхания растворов поверхность или не изменяет цвета, или на ней появляются отдельные пятна серого или светлого серо-желтого цвета.
Предложенный состав можно использовать для защиты от коррозии сварных швов (АРДС), мест припиловок, сверления, запиловок и повреждения на анодно-окисленных деталях и может применяться для ремонта изделий в эксплуатации.
| Таблица 1 Химические составы для обработки изделий из алюминиевых сплавов | |||||||||||
| Состав химического оксидирования | № п/п | Содержание компонентов, г/л | |||||||||
| CrO3 | KHF2 | К3Fe(CN)6 | (C6H11NH2)2·Н2CrO4. | SrCrO4 | синтанол | SiO3 | HF | TiO2 | H2O | ||
| Предлагаемый | 1 | 12,0 | 3,0 | 2,0 | 0,02 | 0,0006 | 0,1 | 250 | - | - | До 1 литра |
| 2 | 11,0 | 2,0 | 1,5 | 0,005 | 0,0005 | 0,05 | 220 | - | - | -«- | |
| 3 | 13,0 | 3,5 | 2,2 | 0,035 | 0,0008 | 0,15 | 270 | - | - | -«- | |
| 4 | 13,5 | 4,0 | 2,5 | 0,05 | 0,001 | 0,2 | 300 | - | - | -«- | |
| Прототип | 5 | 4 | - | 0,7 | - | - | - | - | 0,8 | 0,9 | -«- |
| Таблица 2 Технологические особенности предлагаемого состава и раствора-прототипа и качество покрытия при обработке вертикальной поверхности | ||||||||
| Состав химического оксидирования | № п/п | Качество покрытия | Защитные свойства (степень коррозии после 168 час вКСТ) | Адгезия ЛКП, балл (ГОСТ 15140-78) | Технологичность - возможность оксидировать | |||
| Поверхности | Изделия | |||||||
| Вертикальные | Часть поверхности, требующая обработки | Со щелями и зазорами | Со стальным контактом | |||||
| Предлагаемый | 1 | Равномерное, немажущееся | Отсутствует | 1-2 | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) |
| 2 | Равномерное, немажущееся | Отсутствует | 1-2 | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | |
| 3 | Равномерное, немажущееся | Отсутствует | 1-2 | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | |
| 4 | Равномерное, немажущееся | Отсутствует | 1-2 | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | Хор. (возможно) | |
| Прототип | 5 | Неравномерное, мажущееся в нижней части образца | Значительная в верхней части образца | 2-4 | Неуд. (невозможно) | Неуд. (невозможно) | Неуд. (невозможно) | Неуд. (невозможно) |
| Таблица 3 Прочность клеевых соединений образцов из алюминиевого сплава с различной подготовкой поверхности | ||
| Вариант обработки по таблице 1 | Предел прочности при сдвиге, кГс/см2 | |
| Исходные | После выдержки а течение 30 суток в 3% растворе NaCl | |
| 1 | |  |
| 2 |  |  |
| 3 |  |  |
| 4 |  |  |
| 5 |  |  |
Состав для химической обработки поверхности деталей из алюминия и его сплавов, включающий хромовый ангидрид, железосинеродистый калий, фторсодержащее неорганическое соединение и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит циклогексиламмоний хромовокислый, хромат стронция, синтанол и окись кремния, а в качестве фторсодержащего неорганического соединения - бифторид калия, при следующем соотношении компонентов, г/л:
| Хромовый ангидрид (CrO3) | 11-13,5 |
| Бифторид калий (KHF2) | 2-4 |
| Железосинеродистый калий (К3Fe(CN)6) | 1,5-2,5 |
| Циклогексиламмоний хромовокислый | |
| (C6H11 NH2)2*H2CrO4 | 0,005-0,05 |
| Хромат стронция (Sr CrO4) | 0,0005-0,001 |
| Синтанол (CnH2n+1O(C2H4O)mH), n=10-18; m=8-10 | 0,05-0,2 |
| Окись кремния (SiO2) | 220-300 |
| Вода | До 1 л |
