Способ получения износостойкого покрытия на алюминии и его сплавах


 


Владельцы патента RU 2424381:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области формирования защитных износо- и коррозионно-стойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов. Способ включает анодирование в две стадии в растворе силиката или алюмината щелочного металла при переменном токе плотностью 5-150 А/дм2, в котором на первой стадии используют раствор силиката или алюмината щелочного металла концентрацией 20-150 г/л в соединении с кремнефтористым натрием концентрацией 2-20 г/л и выдержкой в нем детали в течение 20-40 мин, а на второй стадии - щелочной раствор силиката или алюмината с концентрацией 2-10 г/л и концентрацией щелочи 0,5-4,0 г/л с выдержкой 1,5-2 ч, при этом после анодирования покрытие обрабатывают 50-65% раствором плавиковой кислоты при температуре 30-60°С в течение 5-30 минут с последующим его промыванием в воде и механической обработкой. Технический результат - повышение износостойкости, надежности и долговечности покрытия с одновременной интенсификацией процесса получения керамического слоя покрытия с заданной шероховатостью.

 

Изобретение относится к области формирования защитных износо- и коррозионно-стойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов или деталях с покрытием из алюминия и его сплавов.

Известен способ формирования защитного покрытия на деталях запорной арматуры для газовых и жидких потоков, включающий формирование слоя алюминия или анодируемого алюминиевосодержащего сплава и микродуговое оксидирование, при этом после формирования слоя его механически обрабатывают до восстановления геометрии поверхности, причем слой формируют со сквозной пористостью не более 8%, с размером пор не более 1 мкм, а микродуговое оксидирование ведут в слабощелочном электролите, содержащем 3 г/л КОН и 10 г/л жидкого стекла, при плотности тока 10-15 А/дм2 и температуре электролита 40-60°С до получения слоя оксида алюминия толщиной 100-250 мкм (RU №2199613, кл. C25D 11/06, 2003).

Однако механическая обработка полученного керамического слоя до восстановления геометрии поверхности из-за его высокой твердости требует больших затрат времени, электроэнергии и инструментального материала.

Прототипом является способ получения износостойкого покрытия на алюминии и его сплавах путем их анодирования в растворе силиката или алюмината щелочного металла при переменном токе плотностью 5-150 А/дм2. При этом процесс анодирования ведут в две стадии, на первой - раствор алюмината или силиката щелочного металла концентрацией 20-150 г/л соединяют с кремнефтористым натрием концентрацией 2-20 г/л и выдерживают в нем деталь в течение 20-40 мин, а на второй стадии - деталь помещают в щелочной раствор силиката или алюмината с концентрацией 2-10 г/л и концентрацией щелочи 0,5-4,0 г/л и выдерживают в нем 1,5-2 ч (RU №2039133, кл. C25D 11/02, 1995).

Недостатком прототипа является получение очень грубой поверхности обрабатываемых деталей. Верхний слой композиционного керамического покрытия также склонен к саморазрушению из-за его высокой пористости. Это существенно ограничивает их область применения и снижает износоустойчивость деталей. Данный способ может быть использован для упрочнения поверхности шкивов ременных передач прядильных и ткацких станков, где не предъявляются высокие требования к шероховатости поверхности деталей узлов трения и других аналогичных случаях.

Задачей изобретения является расширение области применения способа получения износостойкого покрытия на алюминии и его сплавах и повышение износоустойчивости деталей.

Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости, надежности и долговечности покрытия с одновременной интенсификацией процесса получения керамического слоя покрытия с заданной шероховатостью.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения износостойкого покрытия на алюминии и его сплавах, включающем анодирование в две стадии в растворе силиката или алюмината щелочного металла при переменном токе плотностью 5-150 А/дм2, где на первой стадии используют раствор алюмината или силиката щелочного металла концентрацией 20-150 г/л в соединении с кремнефтористым натрием концентрацией 2-20 г/л и выдержкой в нем детали в течение 20-40 мин, а на второй стадии - щелочной раствор силиката или алюмината с концентрацией 2-10 г/л и концентрацией щелочи 0,5-4,0 г/л с выдержкой 1,5-2 ч, согласно изобретению после анодирования покрытие обрабатывают 50-65% раствором плавиковой кислоты при температуре 30-60°С в течение 5-30 минут с последующим промыванием его в воде и механической обработкой.

Обработка анодированных деталей 50-65% раствором плавиковой кислоты обеспечивает разрушение силикатов, из которых преимущественно состоит верхний слой керамического покрытия, и уменьшение толщины стенок, разделяющих его поры, при этом при процентном соотношении плавиковой кислоты меньше 50% произойдет травление и, соответственно, уменьшение прочности только наружной части технологического слоя покрытия, полученного на первой стадии микродугового оксидирования, что не приведет к интенсификации процесса получения керамического слоя покрытия с заданной шероховатостью. При повышении концентрации плавиковой кислоты выше 65% происходит растворение силикатов не только в верхнем слое, но и в основном высокотвердом поликристаллическом слое покрытия, тем самым, ослабляя его.

При выдержке в растворе плавиковой кислоты менее 5 минут произойдет травление и, соответственно, уменьшение прочности также только наружной части технологического слоя покрытия. В случае повышения времени выдержки более 30 минут плавиковая кислота проникает в поры основного высокотвердого поликристаллического слоя покрытия и по ним достигает практически материала подложки, вызывает травление силикатов, которые в небольшом количестве также в нем содержатся, тем самым, способствуя его отслаиванию и растрескиванию при последующей механической обработке, что в конечном итоге приводит к разрушению керамического слоя.

Экспериментально установлено, что при температуре менее 30°С химическая реакция травления идет медленно, основная часть силикатов остается не разрушенной, ее необходимо удалить, и, соответственно, снижение энергоемкости, материалоемкости, времени последующей механической обработки при этом незначительно. В случае повышения температуре более 60°С плавиковая кислота вызывает интенсивное травление силикатов во всем керамическом слое, тем самым вызывая его отслаивание и растрескивание при последующей механической обработке, что в конечном итоге приводит к разрушению керамического слоя.

Промывка водой осуществляется для удаления остатков плавиковой кислоты с поверхности детали и остановки процесса травления.

Механическая обработка поверхности детали производится на шлифовальном оборудовании для достижения заданной шероховатости поверхности. В качестве инструмента могут быть использованы абразивные бруски, круги на основе электрокорунда.

Способ получения износостойкого покрытия на алюминии и его сплавах иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Нанесение покрытия на образец из дюралюминия Д16 осуществляли из ванны с электролитом следующего состава (г/л) на 1-й стадии:

Силикат натрия - 20 г/л

Кремнефтористый натрий - 2 г/л

Вода до 1 л

при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц. Плотность тока 5 А/дм2. Процесс вели в течение 20 мин.

На 2-й стадии нанесение покрытия осуществляли в следующем составе:

Едкий натрий - 0,5 г/л

Жидкое стекло - 2 г/л

Вода до 1 л

при использовании переменного напряжения. Плотность тока 5 А/дм2. Процесс вели 1,5 ч. Затем деталь помещали в 50% раствор плавиковой кислоты при температуре 30°С на 5 минут. После этого проводили абразивную обработку детали площадью 20 см2. Для достижения шероховатости поверхности Ra 0,8-1,6 потребовалось 1 минута, расход абразивного материала при этом составил 4 см3.

Одновременно осуществляли нанесение покрытия на образец из дюрали Д16 в ванне с электролитом следующего состава:

Едкий натрий - 0,5 г/л

Жидкое стекло - 2 г/л

Вода до 1 л

при использовании переменного тока. Плотность тока 5 А/дм2. Процесс вели 4,5 ч. После этого проводили абразивную обработку детали площадью 20 см2. Для достижения шероховатости поверхности Ra 0,8-1,6 потребовалось 25 минут, расход абразивного материала при этом составлял 35 см3.

Пример 2

Нанесение покрытия на образец из дюралюминия Д16 осуществляли из ванны с электролитом следующего состава (г/л) на 1-й стадии:

Силикат натрия - 100 г/л

Кремнефтористый натрий - 10 г/л

Вода до 1 л

при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц. Плотность тока 80 А/дм2. Процесс вели в течение 40 мин.

На 2-й стадии нанесение покрытия осуществляли в следующем составе:

Едкий калий - 4 г/л

Жидкое стекло - 10 г/л

Вода до 1 л

при использовании переменного напряжения. Плотность тока 80 А/дм2. Процесс вели 2 ч. Затем деталь помещали в 65% раствор плавиковой кислоты при температуре 60°С на 30 минут. После этого проводили абразивную обработку детали площадью 20 см2. Для достижения шероховатости поверхности Ra 0,8-1,6 потребовалось 2 минуты, расход абразивного материала при этом составлял 6 см3.

Одновременно осуществляли нанесение покрытия на образец из дюрали Д16 в ванне с электролитом следующего состава:

Едкий натрий - 4 г/л

Жидкое стекло - 10 г/л

Вода до 1 л

при использовании переменного тока. Плотность тока 80 А/дм2. Процесс вели 4,5 ч. После этого проводили абразивную обработку детали площадью 20 см2. Для достижения шероховатости поверхности Ra 0,8-1,6 потребовалось 50 минут, расход абразивного материала при этом составил 72 см3.

Пример 3

Нанесение покрытия на образец из дюралюминия Д16 осуществляли из ванны с электролитом следующего состава (г/л) на 1-й стадии:

Силикат натрия - 60 г/л

Кремнефтористый натрий - 6 г/л

Вода до 1 л

при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц. Плотность тока 40 А/дм2. Процесс вели в течение 30 мин.

На 2-й стадии нанесение покрытия осуществляли в следующем составе:

Едкий натрий - 1 г/л

Жидкое стекло - 6 г/л

Вода до 1 л

при использовании переменного напряжения. Плотность тока 40 А/дм2. Процесс вели 1,75 ч.

Затем деталь помещали в 60% раствор плавиковой кислоты при температуре 45°С на 15 минут. После этого проводили абразивную обработку детали площадью 20 см2. Для достижения шероховатости поверхности Ra 0,8-1,6 потребовалось 1,5 минуты, расход абразивного материала при этом составил 5 см3. Одновременно осуществлялось нанесение покрытия на образец из дюрали Д16 в ванне с электролитом следующего состава:

Едкий натрий - 1 г/л

Жидкое стекло - 6 г/л

Вода до 1 л

при использовании переменного тока. Плотность тока 40 А/дм2. Процесс вели 4,5 ч. После этого проводили абразивную обработку детали площадью 20 см2. Для достижения шероховатости поверхности Ra 0,8-1,6 потребовалось 37 минут, расход абразивного материала при этом составил 58 см3.

Полученные детали, изготовленные по предлагаемому и известному способам, были испытаны на износ. Исследования показали, что интенсивность износа полученного упрочненного слоя по предлагаемому способу в паре с керамикой состава BaO-SiO2-Al2O3 составила 5-6 мкм/м. Интенсивность износа слоя, полученного по известному способу, - 8-10 мкм/м. Сравнительный анализ предлагаемого и известного способов показывает, что время обработки, расход электроэнергии сокращается в 2-2,5 раза, износ абразивного инструмента в 8-10 раз.

Способ получения износостойкого покрытия на алюминии и его сплавах, включающий анодирование в две стадии в растворе силиката или алюмината щелочного металла при переменном токе плотностью 5-150 А/дм2, в котором на первой стадии используют раствор силиката или алюмината щелочного металла концентрацией 20-150 г/л в соединении с кремнефтористым натрием концентрацией 2-20 г/л и выдержкой в нем детали в течение 20-40 мин, а на второй стадии - щелочной раствор силиката или алюмината с концентрацией 2-10 г/л и концентрацией щелочи 0,5-4,0 г/л с выдержкой 1,5-2 ч, отличающийся тем, что после анодирования покрытие обрабатывают 50-65% раствором плавиковой кислоты при температуре 30-60°С в течение 5-30 мин с последующим его промыванием в воде и механической обработкой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки поверхностей изделий и может использоваться в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. .
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения склеиваемых металлических подложек с коррозионностойким покрытием, обладающим стойкостью к окислению и усталостной прочностью.

Изобретение относится к химической обработке металлов и сплавов, в частности алюминия и сплавов на его основе. .

Изобретение относится к области микродугового оксидирования. .
Изобретение относится к электрохимическим способам формирования покрытий с высокими электроизоляционными свойствами, которые сохраняются как в сухой, так и во влажной атмосфере.

Изобретение относится к области получения защитно-декоративных покрытий и может быть использовано для разноцветной окраски алюминия и его сплавов. .

Изобретение относится к электротехнической обработке металлических поверхностей, в частности к электролитам окрашивания анодированных поверхностей алюминия или алюминиевых сплавов .
Изобретение относится к получению на поверхности металлов износостойких покрытий методом микродугового оксидирования и может быть использовано в машиностроении, химической и нефтеперерабатывающей промышленности

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении для работы в узлах трения и для защиты изделий от атмосферной и электрохимической коррозии
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания износостойких покрытий на трущихся поверхностях подшипников и опор скольжения, направляющих и других деталей машин из алюминиевых сплавов, применяемых в машиностроительной, металлообрабатывающей, станкостроительной и других областях промышленности

Изобретение относится к области катализа. Описан способ получения оксидных каталитически активных слоев на поверхности, выполненной из вентильного металла или его сплава, включающий микродуговое оксидирование в водных растворах электролита, содержащих гидроксид и метасиликат щелочного металла, соли переходных металлов Mn, Cr или их смеси, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование проводят в импульсном анодно-катодном режиме с длительностью пачек анодных импульсов 50 мс, катодных 40 мс, паузами между ними 10 мс, соотношением средних анодных и катодных токов 1,1:0,9 из водных растворов электролита, состоящего из трех растворов, которые дополнительно содержат тетраборат натрия, вальфромат натрия, молибдат натрия и метованадат натрия при последовательном оксидировании в каждом из них 10 мин. Технический результат - увеличение в комплексе с каталитическими свойствами коррозионно- и износостойкости, термостойкости оксидных слоев. 8 пр.

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к способу получения гибкой нанопористой композиционной мембраны с ячеистой структурой из анодного оксида металла или сплава, и может быть использовано для формирования керамических мембран с высокой проницаемостью, устойчивых при больших перепадах давления. Осуществляют нанесение защитного слоя путем селективного анодирования поверхности фольги из металла или сплава с получением барьерного оксидного слоя, формирование на незащищенных участках ячеек из пористой оксидной пленки металла или сплава путем повторного анодирования, удаление непрореагировавшего металла или сплава с обратной стороны фольги путем анодного окисления и последующего химического растворения оксидной пленки, полученной на обратной стороне фольги. Обеспечивается получение гибких пористых мембран, устойчивых при больших перепадах давления (более 10 атм) и позволяющих существенно снизить вероятность образования трещин в оксидном слое при монтаже фильтрующих элементов и проведении баромембранных процессов обогащения/разделения. 10 з.п. ф-лы, 5 ил., 1пр.

Изобретение относится к электролитическому способу нанесения покрытий, в частности к способам оксидирования деталей из алюминия и его сплавов. Способ включает первичное оксидирование продолжительностью 30-90 минут в водном электролите с применением синглетного кислорода, последующий нагрев деталей до температур не ниже 500°C и повторное оксидирование в течение 30 минут с плотностью тока 2,5-5 А/дм2, при этом первичное оксидирование осуществляют в водном электролите, содержащем 5-20 мас.% серной кислоты, при плотности электрического тока 5-10 А/дм2 с пропусканием озоно-воздушной смеси, содержащей 3 г/л озона. Обеспечивает снижение пористости оксидного покрытия. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения пористой пленки с высокоупорядоченной системой пор, образующих строгую гексагональную решетку, а также к способу формирования высокоупорядоченных массивов анизотропных структур. В качестве исходного материала для осуществления способа получения пористой пленки с высокоупорядоченной системой пор, образующих строгую гексагональную решетку, путем анодного окисления алюминия используют монокристаллический алюминий с кристаллографической ориентацией А1 (111), А1(110). Способ формирования высокоупорядоченных массивов анизотропных наноструктур осуществляют путем электрохимического осаждения внедряемого вещества из соответствующих растворов электролитов в каналах пористой матрицы. В качестве матрицы используют пористую пленку, полученную вышеуказанным способом. Технический результат - повышение упорядоченности и однородности пористой структуры пленок анодного оксида алюминия, возможность получения высокоупорядоченных массивов анизотропных наноструктур на основе указанных пленок и расширение области практического применения пористых пленок анодного оксида алюминия и массивов наноструктур на его основе. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 ил., 4 пр.
Наверх