Способ фосфатирования поверхности титанового сплава

Авторы патента:

C23C22/36 - содержащих также фосфаты

Владельцы патента RU 2299268:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к химической обработке поверхности титановых сплавов и может быть использовано в авиационной, космической, автомобильной промышленности, в судостроении и других отраслях техники. Способ включает обезжиривание, промывку водой и фосфатирование поверхности титанового сплава составом, содержащим (г/л): РО₄ ^-3 4,0-75,0; Zi⁺²3,0-16,0; SO₄ ^-2 2,0-7,0; NO₃ ^-1 41,0-206,0; F^-1 1,0-3,5; (С₄Н₄O₆)^-2 1,8-9,0; ультрадисперсный политетрафторэтилен 800-1000. Технический результат: повышение адгезионной способности вертикальных поверхностей титановых сплавов под ЛКП, возможность восстановления декоративного покрытия при ремонте изделий в полевых условиях без контакта с другими металлами в конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химической обработке поверхности титановых сплавов, в частности для обработки вертикальных поверхностей титановых сплавов для повышения их адгезионной способности к лакокрасочным покрытиям (ЛКП), и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе:

авиационной, космической, автомобильной, в судостроении, в строительстве и архитектуре и т.д., где применяются титановые сплавы с возобновляемым декоративным покрытием при ремонте изделий.

Известен способ получения фосфатного покрытия, обладающего высокой адгезионной способностью и высокой коррозионной стойкостью, для чего поверхность металла подвергают катодной электролитической обработке при низкой температуре в растворе, содержащем фосфат ионы и другие анионы, а так же ионы порошкообразного металла. Отношение фосфат ионов ко всем другим анионам составляет 0,6-0,08 (заявка Японии №2-163098).

Благодаря наличию большого количества активных ионов происходит значительное травление металла, что повышает адгезию образующегося фосфатного покрытия. Однако полученное фосфатное покрытие и электролитический способ его нанесения не могут быть использованы для подготовки поверхности титановых сплавов под ЛКП, т.к. не обладают адгезионной способностью ни к ЛКП, ни к титановым сплавам.

Известен способ нанесения покрытия на изделия из титана или титановых сплавов, который предусматривает использование водного раствора, содержащего фторид ионы и ионы одного или нескольких металлов из группы, содержащей магний, кальций, марганец, железо, кобальт, никель, цинк и молибден, причем рН раствора превышает 1,5. Способ отличается тем, что состав покрытия на поверхности изделия содержит 5-40 г/л фторидов, нитратов, сульфатов, не менее одного металла из группы органических хелатообразователей, в количестве 0,1-2 г/л, растворимый в воде органический полимер в количестве 0,1-10 г/л и ПАВ в количестве 0,01-3 г/л (заявка Германии №3816557).

Недостатком этого покрытия является то, что оно не обладает адгезионной способностью к ЛКП.

Известен так же способ защиты участков поверхности детали перед нанесением на деталь покрытия, включающий нанесение на участки поверхности детали защитного состава, после нанесения которого осуществляют сушку детали, а в качестве защитного состава используют пасту, содержащую смесь порошков, состоящую из активного и инертного компонентов и связующего вещества, при этом в качестве активного компонента используют металл из группы, содержащей никель, железо, кобальт или сплавы на их основе, в количестве 5-80% от общей массы смеси порошков, а в качестве инертного компонента - окись алюминия или окись алюминия и окись магния в количестве 95-20% от общей массы смеси порошков (патент РФ №2232205).

Недостатком этого покрытия является то, что оно не обладает адгезионной способностью к титановым сплавам и к ЛКП.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ фосфатирования поверхности титанового сплава под ЛКП, который включает обезжиривание, промывку водой и фосфатирование поверхности титановых сплавов путем обработки поверхности раствором следующего состава, г/л:

PO₄^-3	4.0÷75.0
Zn⁺²	3.0÷16.0
SO₄^-2	2.0÷7.0
NO₃^-1	41.0÷206.0
F^-1	1.0÷3.5
(C₄H₄O₆)^-2	1,8÷9.0

Перед фосфатированием поверхность сплава обрабатывают окислительным раствором или окисью магния, а после фосфатирования проводят повторно промывку и сушку. Процесс фосфатирования ведут при температуре 18-30°С (патент РФ №2255139).

Недостатком известного способа является то, что его нельзя использовать при обработке вертикальных поверхностей, т.к. раствор стекает и невозможно получить равномерную фосфатную пленку по всей поверхности деталей из титановых сплавов. Кроме того, раствор затекает на контактирующие с ними детали из других сплавов, что затрудняет использование этого способа при ремонте авиационной техники, особенно в полевых условиях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа фосфатирования вертикальных поверхностей ремонтируемых изделий из титановых сплавов без их разборки, позволяющего сохранить активный контакт фосфатирующего состава с поверхностью титана в течение времени, необходимого для образования на ней фосфатной пленки, повышающей адгезионную способность титана к ЛКП. При этом фосфатирующий состав не растекается на другие детали из алюминиевых, магниевых сплавов и сталей, контактирующих с титановыми сплавами.

Для решения поставленной задачи предложен способ фосфатирования поверхности титанового сплава, включающий обезжиривание, промывку водой и фосфатирование поверхности титановых сплавов путем обработки составом, содержащим ионы фосфата, ионы цинка, ионы сульфата, ионы нитрата, ионы фтора, ионы тартрата, повторную промывку и сушку, отличающийся тем, что в состав для фосфатирования дополнительно вводят ультрадисперсный политетрафторэтилен (ПТФЭ) при следующем соотношении компонентов, г/л:

PO₄^-3	4.0÷75.0
Zn⁺²	3.0÷16.0
SO₄^-2	2.0÷7.0
NO₃^-1	41.0÷206.0
F^-1	1.0÷3.5
(C₄H₄O₆)^-2	1,8÷9.0
ультрадисперсный политетрафторэтилен	800÷1000,

дисперсностью - 0.2÷1 мкм.

В случае нанесения ЛКП в труднодоступных местах вертикальных поверхностей в состав дополнительно вводят хромоксан в количестве от 0.1÷10 г/л, отличающийся высокой поверхностной активностью и химической стойкостью. При этом образуется устойчивый гель, обладающий длительное время фосфатирующим свойством, и снижается количество требуемого ПТФЭ.

Введение в фосфатирующий состав ПТФЭ обеспечивает получение высокой адгезионной способности вертикальных поверхностей титановых сплавов к ЛКП при ремонте изделий без демонтажа титановых деталей. ПТФЭ не вступает в химическую реакцию с компонентами фосфатирующего состава, обеспечивает его стабильную активность по отношению к поверхности титановых сплавов, и, кроме того, имея высокую степень дисперсности (т.е. отношение поверхности к фосфатирующему составу), ПТФЭ позволяет иметь контакт фосфатирующего состава с поверхностью титана в течение длительного времени.

Пример осуществления.

Были проведены сравнительные испытания по влиянию подготовки поверхности сплава ВТ20 под ЛКП путем обработки поверхности фосфатирующим раствором (прототип) и предлагаемым фосфатирующим составом (пастой). Поверхность образцов сплава ВТ20, размером 60×120×1.2 мм, зачищали шкуркой Setch Brite до чистоты поверхности Ra=1.25÷0.32, затем обезжиривали влажной окисью магния с последующей промывкой и сушкой горячим воздухом. После этого часть образцов обрабатывали фосфатирующим раствором - прототипа, а часть - фосфатирующим предлагаемым составом - пастой (толщиной 1 мм). Затем образцы повторно промывали, сушили горячим воздухом, после чего определяли адгезионную способность поверхности титанового сплава путем замера угла смачивания на приборе "Пикус". Далее на поверхность образца наносили ЛКП (окраска: эпоксидный грунт ВГ28, сушка 24 часа, затем, эмаль С21/100 и VR - 2 слоя, сушка каждого слоя 1 час, затем выдержка до испытаний 7-10 суток), после чего определяли адгезию.

Испытание на адгезию проводили согласно ГОСТа 15140-78 методом решетчатых надрезов до и после испытания образцов в дистиллированной воде, в течение 14 суток. При определении адгезии данным методом на испытуемом участке поверхности образца скальпелем делали параллельные надрезы до металла, длиной не менее 20 мм на расстоянии 1, 2 или 3 мм друг от друга, аналогичным способом делали надрезы в перпендикулярном направлении. В результате на покрытии образовывалась решетка из квадратов одинакового размера. После нанесения надрезов, для удаления отслоившихся кусков покрытия на поверхность наклеивали липкую ленту и с ее помощью удаляли покрытие, если оно отслаивалось от поверхности металла.

В таблице 1 показаны фосфатирующие составы и режимы обработки поверхности титанового сплава, где пример 1-4 предлагаемый способ, пример 5 - способ-прототип.

Известно, что одной из характеристик, определяющих адгезионную способность титановых сплавов к другим металлам, является угол смачивания поверхности, При этом, чем меньше угол смачивания, тем выше адгезионные способности материала.

Из таблицы 1 следует, что после обработки поверхности сплава ВТ 20 предлагаемым способом на вертикальной поверхности в примерах 1-4 угол смачивания меньше угла смачивания по примеру 5, что характеризует хорошую адгезионную способность вертикальных поверхностей титанового сплава к ЛКП, обеспечивающуюся предлагаемым способом.

Эти результаты хорошо коррелируются с ускоренными испытаниями образцов с ЛКП в дистиллированной воде. Наибольшее число суток выдержали образцы без отслоения ЛКП от вертикальной поверхности титанового сплава по примерам 1-4 (14 суток), в то время как на образце по примеру 5 ЛКП отслоилось на третьи сутки.

Кроме того, фосфатирующий состав по предлагаемому способу не растекается по обрабатываемой поверхности и не вступает в контакт с другими металлами в конструкции.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить адгезионную способность вертикальных поверхностей титановых сплавов к ЛКП, что делает возможным расширить область их применения там, где используют титановые сплавы с восстанавливаемой декоративной окраской даже на вертикальных поверхностях.

1. Способ фосфатирования поверхности титанового сплава, включающий обезжиривание, промывку водой и фосфатирование поверхности титанового сплава путем обработки составом, содержащим ионы цинка, ионы нитрата, ионы фосфата, ионы сульфата, ионы фтора, ионы тартрата, повторную промывку и сушку, отличающийся тем, что в состав дополнительно вводят ультрадисперсный политетрафторэтилен при следующем соотношении компонентов, г/л:

РО₄^-3	4,0-75,0
Zi⁺²	3,0-16,0
SO₄^-2	2,0-7,0
NO₃^-1	41,0-206,0
F^-1	1,0-3,5
(С₄Н₄O₆)^-2	1,8-9,0
Ультрадисперсный политетрафторэтилен	800-1000

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультрадисперсный политетрафторэтилен имеет дисперсность 0,2-1,0 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав для фосфатирования дополнительно вводят хромоксан в количестве 1,0-10,0 г/л.

Изобретение относится к химической обработке железосодержащих поверхностей, в частности к фосфатированию перед нанесением лакокрасочных покрытий. .

Способ фосфатирования поверхности титанового сплава // 2255139

Изобретение относится к химической обработке поверхности титановых сплавов, в частности к способам обработки поверхности титановых сплавов для повышения адгезионной способности под лакокрасочные покрытия (ЛКП), и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе авиационной, космической, автомобильной, в судостроении, в строительстве и архитектуре и т.д., где применяются титановые сплавы с декоративной окраской.

Способ цинкового фосфатирования с интегрированным дополнительным пассивированием // 2179198

Изобретение относится к способам фосфатирования поверхностей металлов водными кислыми растворами. .

Состав для получения электроизоляционного покрытия // 2176286

Изобретение относится к обработке стали для получения электроизоляционных покрытий на ее поверхности и может быть использовано в электротехнической промышленности.

Способ подготовки поверхности проволоки перед сухим волочением // 2170285

Изобретение относится к области подготовки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла и деталей машин.

Раствор для фосфатирования стальных поверхностей // 2123067

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к составам для нанесения фосфатного слоя под лакокрасочное покрытие, и может быть использовано в машиностроении, энергомашиностроении, электро- и радиотехнике.

Композиция для получения фосфатных конверсионных покрытий на металлической поверхности и способ их формирования // 2123066

Композиция для обработки металлической поверхности // 2120495

Нехромовая пассивация металлических подложек // 2114933

Изобретение относится к области обработки металлических подложек, в частности к их пассивации. .

Состав концентрата для получения водного раствора для нанесения покрытия для обработки металлических поверхностей, водный раствор для нанесения фосфатного покрытия кристаллической структуры на металлическую поверхность, способ фосфатирования металлической поверхности и пополняющий состав для добавления к раствору для нанесения покрытия // 2109845

Металлический материал с обработанной поверхностью без применения хромата // 2387738

Изобретение относится к металлическому материалу с обработанной поверхностью без хрома, удовлетворяющей требованиям к коррозионной стойкости, термостойкости, стойкости к отпечаткам пальцев, проводимости, способности к нанесению покрытия и обладающей стойкостью к почернению во время работы

Бесхромовая пассивация стали // 2396370

Изобретение относится к области нанесения покрытий на металлические поверхности и позволяет получить бесхромовые конверсионные или пассивирующие покрытия на поверхности оцинкованной стали для ингибирования коррозии металлической поверхности и усиления адгезии краски или других наносимых на них покрытий

Способ нанесения покрытия на металлические поверхности из водной композиции, содержащей силан/силанол/силоксан/полисилоксан, и указанная композиция // 2402638

Изобретение относится к нанесению покрытия на металлические поверхности

Способ нанесения покрытия на металлическую поверхность путем ее обработки водной композицией, водная композиция и применение металлических субстратов с покрытием // 2418885

Изобретение относится к нанесению покрытия на металлические поверхности из водной композиции

Раствор фосфатирования с перекисью водорода и хелатообразующими карбоновыми кислотами // 2428518

Изобретение относится к фосфатированию металлических поверхностей из стали, оцинкованной или оцинкованной легированной стали, алюминия, алюминированной или алюминированной легированной стали

Не содержащее хром термически отверждаемое противокоррозионное средство // 2454486

Изобретение относится к области защиты от коррозии стальных поверхностей, покрытых цинком или цинковым сплавом, алюминием или алюминиевым сплавом, а также поверхностей цинка или цинкового сплава, алюминия или алюминиевого сплава

Цирконий- и титансодержащий фосфатирующий раствор для пассивирования металлокомпозитных поверхностей // 2464356

Изобретение относится к водной композиции и способу для антикоррозионной конверсионной обработки металлических поверхностей, которые содержат поверхности из стали, или оцинкованной стали, или оцинкованной легированной стали, или алюминия, а также все их комбинаций

Адгезия красочного слоя с помощью поливиниламинов в кислотных водных антикоррозионных средствах, содержащих полимеры // 2504601

Изобретение относится к не содержащему хром отверждаемому антикоррозионному средству для грунтовочного покрытия металлических окрашиваемых поверхностей. Средство содержит воду и фторсодержащие комплексные ионы титана и/или циркония, антикоррозионный пигмент, органический полимер или сополимер, водорастворимый или диспергируемый в воде, который как таковой в водном растворе при концентрации 50% по весу имеет значение рН в области от 1 до 3. Также средство содержит поливиниламин с молекулярной массой более 100000 г/моль, но не более 1000000 г/моль, причем степень ацилирования поливиниламинов составляет не менее 80%. Изобретение позволяет улучшить сцепление отвержденного грунтовочного покрытия с металлической поверхностью и с последующими органическими покрытиями. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл.

Жидкость для химической конверсионной обработки металлического материала и способ обработки // 2510431

Изобретение относится к жидкости для осаждения покрытия из фосфата цинка на металлический материал путем химической конверсионной обработки, представляющей собой водный раствор с рН от 3,6 до 4,4, содержащий от 500 до 4000 ч./млн фосфат-ионов и от 300 до 12000 ч./млн ионов цинка. При этом для данного раствора коэффициент К, вычисленный на основании концентрации фосфат-ионов: Р (ч./млн), концентрации ионов цинка: Z (ч./млн) и рН: Х по формуле: К=10Х×Р2×Z3/1018, находится в диапазоне от 1 до 50. Изобретение позволяет получить на металлических материалах тонкопленочные покрытия из фосфата цинка, обладающие отличными характеристиками грунтовочного слоя, а также позволяет уменьшить количество образующегося осадка и сократить потребление реагентов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

Раствор для фосфатирования металлической поверхности // 2572688

Изобретение относится к химической обработке поверхности металла путем нанесения фосфатного покрытия и может быть использовано в автомобилестроении, приборостроении, металлургической и метизной промышленности. Раствор для фосфатирования металлической поверхности содержит, г/л: Zn2+ 4,55-8,0, P2O5 7,8-14,0, NO3 - 9,1-16,0, Mn2+ 1,17-2,8, Ni2+ 0,07-0,2, F- 0,52-0,8, карбоновая кислота 0,19-0,3, вода - остальное, причем соотношение ионов Mn2+ к ионам Zn2+ составляет (0,257-0,615):(1,0-1,758). В качестве карбоновой кислоты раствор содержит диоксиянтарную, щавелевую или лимонную кислоту. Изобретение позволяет получить мелкокристаллическую фосфатную пленку с оптимальной массой фосфатного покрытия при температуре фосфатирования 55-70°C, при этом обеспечивает получение покрытий с высокими защитными и износостойкими свойствами. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.