Электролитический способ нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов

Изобретение относится к электролитическим способам нанесения анодных покрытий с использованием подвижного электролита и может быть использовано в машиностроении, радиоэлектронике, приборостроении, авиационной и судостроительной промышленности. Способ включает микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного электродом и пористым экраном, через который подается жидкий электролит, приложение напряжения между обрабатываемым участком поверхности и электродом, подачу электролита через пористый экран с расходом 4-8 л/мин при нарастающем напряжении, перемещение устройства по обрабатываемой поверхности в процессе нанесения покрытия, при этом микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 А/дм², а при перемещении устройства ему придают в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью возвратно-поступательное и/или вращательное движение с линейной скоростью 10-50 м/мин при давлении 5-30 г/см². Техническим результатом изобретения является повышение служебных свойств защитного покрытия - удельного электросопротивления и напряжения пробоя. 1 табл.

 

Изобретение относится к электролитическим способам нанесения анодных покрытий с использованием подвижного электролита и химических реакций, проходящих на поверхности обрабатываемых изделий, для придания им защитных, диэлектрических, декоративных и других свойств и может быть использовано в машиностроении, радиоэлектронике, приборостроении, авиационной, судостроительной промышленностях и т.д.

Известен «Способ микродугового получения защитных пленок на поверхности металлов и их сплавов» патент РФ №2061107, МКИ C 25 D 11/06, опубл. 25.05.96 г., "Способ нанесения электролитического покрытия на поверхность металлов и сплавов" патент №2112086, МКИ C 25 D 11/00, опубл. 27.05.98 г., "Способ нанесения коррозионно- и износостойкого оксидного слоя с локально уменьшенной толщиной на поверхности металлической детали", патент Германии №4442792, МКИ C 25 D 11/02, опубл. 04.05.98 г. "Способ получения тонкостенного керамического покрытия", заявка РСТ 9703231, МКИ C 25 D 11/02, опубл. 05.05.98 г.

К недостаткам указанных способов обработки поверхности металлов относится сложность обработки в ваннах с электролитом крупногабаритных деталей, а также невозможность обработки поверхности деталей непосредственно в условиях эксплуатации.

Известна заявка ЕПВ 0340733, МКИ C 25 D 11/04, опубл. 08.11.89 г. «Способ обработки поверхности на месте». Недостатком указанного способа является невозможность обработки больших поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности и взятым в качестве прототипа является "Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов путем микродугового оксидирования с помощью устройства, снабженного электродом и пористым экраном, через который подается жидкий электролит, и приложением напряжения между обрабатываемым участком поверхности и пористым экраном, отличающийся тем, что подачу электролита через пористый экран, имеющий переменную толщину сечения, осуществляют с расходом 4-8 л/мин при нарастающем напряжении и силе тока до соответственно 190 В и 5 А/дм² в течение 3-10 мин, причем процесс оксидирования осуществляют путем перемещения устройства по обрабатываемой поверхности, при этом вектор скорости перемещения и вектор максимального градиента толщины сечения пористого экрана взаимно перпендикулярны и находятся в зависимости от следующего соотношения:

где V - скорость перемещения пористого экрана, мм;

Hmax - максимальная толщина сечения экрана, м;

Hmin - минимальная толщина сечения экрана, мм;

U - напряжение электрического тока между экраном и обрабатываемой поверхностью, В,

патент РФ №2194804, МКИ C 25 D 11/02, опубл. 20.12.2002 г.

Недостатками известного способа являются пониженные служебные свойства защитного покрытия, например удельное электросопротивление и напряжение пробоя вследствие неравномерности распределения материала покрытия на обработанной поверхности.

Техническим результатом изобретения является повышение служебных свойств защитного покрытия, например удельного электросопротивления и напряжения пробоя, за счет более равномерного распределения материала покрытия на обработанной поверхности.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в электролитическом способе нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов, включающем микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного электродом и пористым экраном, через который подается жидкий электролит, приложение напряжения между обрабатываемым участком поверхности и электродом, подачу электролита через пористый экран с расходом 4-8 л/мин при нарастающем напряжении, перемещение устройства по обрабатываемой поверхности в процессе нанесения покрытия, согласно изобретению микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 А/дм², а при перемещении устройства ему придают в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью возвратно-поступательное и/или вращательное движение с линейной скоростью 10-50 м/мин при давлении 5-30 г/см².

Рельеф поверхности нанесенного покрытия в поперечном разрезе, сформированного при низких давлениях (менее 0,1 г/см²) представляет на профилограмме хаотическое чередование пиков вершин и впадин наносимого материала. При этом предельная величина служебных свойств покрытия определяется минимальной толщиной нанесенного защитного материала во впадине, где и происходит потеря свойств покрытия, например, пробой напряжения. Последующая полировка или электрополировка сглаживает пики вершин, но не увеличивает рабочую толщину нанесенного материала во впадине.

Приложение давления к электроду при возвратно-поступательном и/или вращательном движении в процессе нанесения покрытия, когда материал покрытия на обрабатываемой поверхности находится в пластичном состоянии, приводит к его перемещению с вершин во впадины, увеличивая в этом месте эффективную рабочую толщину покрытия. Это обстоятельство обеспечивает повышение величины характеристик служебных свойств покрытия при одних и тех же параметрах процесса его нанесения по сравнению с прототипом.

Давление, прикладываемое к устройству в процессе нанесения покрытия в зоне контакта инструмента с рабочей поверхностью, менее чем 5,0 г/см², и линейная скорость менее чем 10 м/мин недостаточны для эффективного деформирования вершин.

При давлении, прикладываемом к устройству в процессе нанесения покрытия в зоне контакта инструмента с рабочей поверхностью, более чем 30 г/см², и линейной скорости более чем 50 м/мин происходит образование складок при деформировании вершин выступов материала покрытия, а при более высоком давлении происходит сдирание покрытия с обрабатываемой поверхности.

Пример конкретного выполнения:

Деталь с очищенной и обезжиренной поверхностью устанавливали на противень для сбора стекающего электролита.

Обрабатываемая деталь любого размера и конфигурации подключалась в качестве анода к электрическому току, а в качестве катода подключалось устройство, состоящее из электрода, выполненного в виде сетчатого металлического барабана с закрепленным на барабане пористым цилиндрическим экраном, например, из резины, образуя замкнутую внутреннюю полость. В замкнутую полость барабана принудительно, под давлением подавали электролит, который через отверстия сетчатой части барабана и пористой резины попадал на обрабатываемую поверхность, а барабану придавали вращательное и/или возвратно-поступательное движение относительно зоны контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью.

Для отработки параметров способа были проведены эксперименты по определению в условиях производства величины давления, прилагаемого к устройству, и линейной скорости в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью.

Для эксперимента использовался лист из титана марки ВТ1-0, подключенный в качестве анода.

Электролитом служил водный раствор тринатрийфосфата (Na₃HO₄·12Н₂O) концентрации 15 г/л при температуре 25°С. Прокачивая принудительно электролит через вращающийся электрод и пористый экран, его подавали в зону контакта электрода с обрабатываемой поверхностью детали с расходом 4,0; 6,0 и 8,0 л/мин. Постепенно увеличивая напряжения до 200 В и плотность тока до 3 А/дм², а затем - напряжение до 250 В и плотность тока до 1 А/дм², начинался процесс микродугового оксидирования, который и продолжался при указанных параметрах в дальнейшем. В процессе микродугового оксидирования в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью к электроду с пористым экраном прикладывали давление 1,0; 5,0; 15,0; 30,0 и 40,0 г/см² и придавалось ему вращательное и/или возвратно-поступательное движение, соответствующее линейной скорости 8,0; 10,0; 25,0; 50,0 и 60,0 м/мин. Обработку вели в течение 1,0; 3,0; 5,0; 10,0 и 12,0 минут.

После завершения процесса оксидирования поверхность листа промывали и просушивали, а затем нанесенное покрытие подвергали испытаниям на удельное электросопротивление, напряжение пробоя, а также определяли показатель шероховатости. Результаты испытаний свойств покрытия, полученного предлагаемым способом и по способу-прототипу, представлены в таблице.

Таблица Сравнительные данные испытаний свойств, полученных по заявляемому и известному способам.
Способ	Параметры способа	Свойства покрытия
Напряжение, В	Плотность тока, А/дм2	Расход электролита, л/мин	Время обработки, мин	Скорость перемещения, м/мин	Давление, г/см2	Напряжение пробоя, В	Показатель шероховатости,	Удельное электросопротивление, (Ом·м)·102
Предлагаемый	250,0	1,0	4,0	1,0	8,0	1,0	800	12,0	2,6
	250,0	1,0	4,0	3,0	10,0	5,0	1000	7,0	12,6
	250,0	1,0	6,0	5,0	25,0	15,0	1200	1,00	18,1
	200,0	3,0	8,0	10,0	50,0	30,0	1100	1,60	20,6
200,0	3,0	8,0	12,0	60,0	40,0	300	1,30	1,1
Известный	190,0	5,0	6,0	7,0	10,0	-	650	27,0	3,0
Примечания: 1. В таблице приведены усредненные результаты после испытаний трех образцов на точку. 2. Показатель шероховатости поверхности представляет отношение пяти наибольших вершин Нmax к пяти наибольшим впадинам Hmin профиля в пределах одной базовой длины. Линейные величины выступов Hmax и впадин Hmin определялась профилографом с разрешающей способностью 0,5 мкм. 3. Напряжение пробоя определяли с помощью установки УПУ-10 (ОН.0972.029-80) путем ступенчатого изменения напряжения через 50 В от 0 до 3,0 кВ и выдержке на каждой ступени 1,0-1,5 мин.

Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого способа по сравнению с известным выразится в увеличении надежности и срока службы оборудования, поверхность деталей которого будут обработаны по предлагаемому способу.

Электролитический способ нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов, включающий микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного электродом и пористым экраном, через который подается жидкий электролит, приложение напряжения между обрабатываемым участком поверхности и электродом, подачу электролита через пористый экран с расходом 4-8 л/мин при нарастающем напряжении, перемещение устройства по обрабатываемой поверхности в процессе нанесения покрытия, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 А/дм², а при перемещении устройства ему придают в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью возвратно-поступательное и/или вращательное движение с линейной скоростью 10-50 м/мин при давлении 5-30 г/см².