Способ нанесения коррозионно-стойкого покрытия оксида алюминия на металлическое изделие


 


Владельцы патента RU 2430993:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к защитным покрытиям на основе алюминия и может быть использовано в авиационной, машиностроительной, приборостроительной и автомобильной промышленности. На металлическое изделие наносят подслой чистого алюминия, полученный разложением триизобутилалюминия или диизобутилалюминийгидрида с добавкой диэтилферроцена в количестве 2-5 об.%. Затем наносят оксид алюминия путем пиролитического разложения паров кислородсодержащих органических соединений алюминия. Подслой из чистого алюминия и покрытие оксида алюминия наносят последовательно в одной реакционной камере. В качестве кислородсодержащих органических соединений алюминия используют сек-бутоксид алюминия или изопропилат алюминия. Пиролитическое разложение паров кислородсодержащих органических соединений алюминия осуществляют при температуре 240-280°С и давлении, не превышающем 50 Па. Получается покрытие, обеспечивающее защиту поверхности металлических изделий от коррозии и повышающее их ресурс и надежность. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к защитным покрытиям на основе алюминия, а именно к способам получения коррозионно-стойкого покрытия на основе алюминия с высоким уровнем адгезии, методом термического разложения алюмоорганического соединения, и может применяться в авиационной, машиностроительной, приборостроительной, автомобильной промышленности для защиты поверхности металлических изделий от коррозии, а также улучшения свинчиваемости крепежных деталей.

Алюминий обладает склонностью к окислению на воздухе и образованию на поверхности естественного оксидного слоя, толщина которого не превышает 1 мкм. Известно, что микротвердость оксида алюминия значительно выше микротвердости чистого алюминия, но малая толщина оксидного слоя не позволяет обеспечить защиту от механических повреждений. Для увеличения толщины оксидного слоя на поверхности алюминия применяется анодное и химическое оксидирование.

Известно более двадцати способов нанесения алюминиевых покрытий, в т.ч. гальваническими методами. Наиболее применяемыми являются горячее, а также газотермическое алюминирование. Их общим недостатком является невозможность получения равномерного по толщине покрытия на изделиях сложной конфигурации и вредное воздействие на окружающую среду.

Известен способ нанесения коррозионно-стойкого алюминиевого покрытия из паровой фазы алюмоорганического соединения. Данный способ включает в себя получение алюминиевого покрытия путем пиролитического разложения паров алюмоорганического соединения в атмосфере сухого инертного газа (патент Великобритании №868845).

Основным недостатком наносимого данным способом покрытия является низкая механическая прочность слоя алюминия: покрытие нестойкое, в месте контакта с ответной деталью наблюдается его полное удаление.

Известен способ нанесения покрытия на основе алюминия для труб. Данный способ включает в себя газотермическое нанесение на внешнюю поверхность трубы сплава, содержащего 88 мас.% алюминия и 12 мас.% кремния (патент США №6554992).

Недостатком данного способа является невозможность нанесения покрытия на изделия сложной геометрической формы, с выступами, отверстиями, тела вращения и т.д.

Известен способ нанесения защитного коррозионно-стойкого покрытия на изделия из жаропрочного никелевого сплава. Способ включает нанесение покрытия из сплава на основе алюминия, содержащего платину, палладий или другие элементы при температурах более 1000°С на жаропрочные сплавы, применяемые в авиации (патент США №6533875).

Данный способ нанесения покрытия не нашел широкого применения из-за экономической неэффективности, обусловленной высокой температурой нагрева в течение продолжительного времени (~10 ч).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и принятым за прототип является способ нанесения оксида алюминия путем разложения паров алюмоорганических соединений, в т.ч. кислородсодержащих. Данный способ включает в себя:

- перевод алюмоорганического соединения в пар путем нагрева;

- подачу паров к покрываемой детали, нагретой до температуры разложения алюмоорганического соединения (300-700°С);

- разложение на поверхности покрываемой детали паров алюмоорганического соединения с образованием слоя оксида алюминия (патент США №6037003).

Недостатком данного способа является невозможность получить электрохимическую защиту от коррозии покрываемых металлов: при нарушении целостности покрытия возникают коррозионные процессы на поверхности покрытого изделия. Это вызвано диэлектрическими свойствами осаждаемого оксида алюминия.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа нанесения покрытия на металлические изделия, обеспечивающего получение оксидоалюминиевого покрытия, обладающего повышенной коррозионной стойкостью, прочностью сцепления с основой, при этом свинчиваемость резьбовых пар с покрытием, не должна уступать по своим параметрам свинчиваемости резьбовых пар с серийно применяемым хроматированным кадмиевым покрытием.

Для решения поставленной задачи предложен способ нанесения коррозионно-стойкого покрытия оксида алюминия на металлическое изделие путем пиролитического разложения паров кислородсодержащих органических соединений алюминия, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия оксида алюминия на металлическое изделие наносят подслой чистого алюминия, полученный пиролитическим разложением триизобутилалюминия или диизобутилалюминийгидрида с добавкой диэтилферроцена в количестве 2-5 об.%.

Нанесение алюминия и оксида алюминия осуществляют последовательно в одной реакционной камере.

В качестве кислородсодержащих органических соединений алюминия используют алюминий сек-бутоксид, изопропилат алюминия. Пиролитическое разложение паров кислородсодержащих органических соединений алюминия осуществляют при температуре 240-280°С при давлении, не превышающем 50 Па. Продолжительность процесса осаждения не превышает 1 ч.

Покрытие, наносимое по предлагаемому способу, не ухудшает механические свойства основного изделия. Нанесение подслоя чистого алюминия, полученного разложением триизобутилалюминия или диизобутилалюминийгидрида с добавкой диэтилферроцена в количестве 2-5 об.%, обеспечивает получение покрытия с повышенной коррозионной стойкостью, за счет электрохимической способности чистого алюминия анодно защищать основное изделие. Прочность сцепления обеспечивается за счет поверхностного диффузионного внедрения чистого алюминия в материал основного изделия при температуре 240-280°С. Микротвердость чистого алюминия близка к микротвердости кадмия, что позволяет обеспечить свинчиваемость резьбовых пар с покрытием, наносимым по предлагаемому способу, на уровне свинчиваемости резьбовых пар с серийно применяемым хроматированным кадмиевым покрытием.

Примеры осуществления:

Пример 1

Нанесение покрытия оксида алюминия с подслоем чистого алюминия на кронштейн из стали 30ХГСА, шероховатостью Ra=0,32 мкм.

Подслой чистого алюминия нанесли в вакуумной реакционной камере разложением паров триизобутилалюминия при температуре 280°С и давлении, не превышающем 50 Па. Расход триизобутилалюминия составил 20 мл, дополнительно было введено 0,4 мл (2 об.%) каталитической добавки диэтилферроцена. Слой оксида алюминия получили по аналогичным режимам из изопропилата алюминия. Расход изопропилата алюминия составил 10 мл.

На поверхности кронштейна получили покрытие, состоящее из подслоя чистого алюминия толщиной ~10 мкм и слоя оксида алюминия толщиной 1,5-2 мкм.

Шероховатость полученного покрытия соответствует исходной шероховатости кронштейна. Прочность сцепления покрытия с основой оценивали на образцах-свидетелях. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 2

Нанесение покрытия оксида алюминия с подслоем чистого алюминия на болты 6-30, изготовленные по ОСТ 1.311.03-80 из стали 16ХСН.

Подслой чистого алюминия нанесли в вакуумной реакционной Камере разложением паров диизобутилалюминийгидрида при температуре 240°С и давлении, не превышающем 30 Па. Расход триизобутилалюминия составил 10 мл, дополнительно было введено 0,3 мл (3 об.%) каталитической добавки диэтилферроцена. Слой оксида алюминия получили по аналогичным режимам из алюминий сек-бутоксида. Расход алюминий сек-бутоксида составил 10 мл.

На поверхности болтов получили покрытие, состоящее из подслоя алюминия толщиной 7 мкм и слоя оксида алюминия толщиной 1 мкм.

Прочность сцепления покрытия с основой оценивали на образцах-свидетелях. Оценку свинчиваемости резьбовых пар с покрытием оксида алюминия проводили согласно требованиям стандарта SAE J 174М:1998. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 3

Нанесение покрытия оксида алюминия с подслоем чистого алюминия на лопатки ГТД из никелевого сплава.

Подслой чистого алюминия нанесли при температуре 260°С и давлении, не превышающем 50 Па. Расход триизобутилалюминия составил 10 мл, дополнительно было введено 0,5 мл (5 об.%) каталитической добавки диэтилферроцена. Слой оксида алюминия получили по аналогичным режимам из алюминий сек-бутоксида. Расход алюминий сек-бутоксида составил 10 мл.

На поверхности лопаток получили покрытие, состоящее из подслоя алюминия толщиной 7 мкм и слоя оксида алюминия толщиной 1 мкм. Продольный шлиф показал наличие покрытия во внутренних полостях лопатки.

Прочность сцепления покрытия с основой оценивали на образцах-свидетелях. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 4

Нанесение покрытия оксида алюминия на корпус охладителя по способу, описанному в прототипе.

Покрытие оксида алюминия наносили путем пиролитического разложения паров эквимолярной смеси триэтилалюминий+алюминий сек-бутоксид при температуре 400°С и атмосферном давлении в среде сухого азота. Расход смеси триэтилалюминий + алюминий сек-бутоксид составил 4 мл.

На поверхности корпуса охладителя получили покрытие оксида алюминия толщиной 1 мкм.

Прочность сцепления покрытия с основой оценивали на образцах-свидетелях. Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, предлагаемый способ позволяет получать покрытия с высокой коррозионной стойкостью, прочностью сцепления с изделием, свинчиваемостью резьбовых пар.

Таким образом, применение предлагаемого способа обеспечит защиту поверхности металлических изделий, в том числе и крепежных деталей от коррозии, повысит ресурс и надежность изделий.

Пример Время до появления первых очагов коррозии изделия, ч по ГОСТ Адгезия по ГОСТ Свинчиваемость по стандарту SAEJ 174М:1998
1 810 Вздутий, сколов, отслаивания покрытия не обнаружено. Не определялась
2 720 Вздутий, сколов, отслаивания покрытия не обнаружено. Достигаются необходимые условия затяжки: крутящий момент затяжки на 10-15% ниже (в сравнении с покрытием Cd 6-9 Хр); отмечены высокие смазывающие свойства покрытия.
3 780 Вздутий, сколов, отслаивания покрытия не обнаружено. Не определялась
4 72 Вздутий, сколов не обнаружено, наблюдалось отслаивание покрытия в некоторых образцах Не определялась

1. Способ нанесения коррозионно-стойкого покрытия оксида алюминия на металлическое изделие, включающий пиролитическое разложение паров кислородсодержащих органических соединений алюминия, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия оксида алюминия на металлическое изделие наносят подслой чистого алюминия, полученный разложением триизобутилалюминия или диизобутилалюминийгидрида с добавкой диэтилферроцена в количестве 2-5 об.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подслой из чистого алюминия и покрытие оксида алюминия наносят последовательно в одной реакционной камере.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащих органических соединений алюминия используют сек-бутоксид алюминия, изопропилат алюминия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пиролитическое разложение паров кислородсодержащих органических соединений алюминия осуществляют при температуре 240-280°С и давлении, не превышающем 50 Па.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам нанесения покрытий и может быть использовано при изготовлении печатных плат. .

Изобретение относится к нанотехнологии и металлоуглеродным наноструктурам, в частности к металлоуглеродным нанопокрытиям, стойким к окислению и коррозии. .
Изобретение относится к нанесению покрытий термическим разложением паров металлоорганических соединений. .
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяемых при конструировании радиоэлектронной техники.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении для создания на внешней поверхности длинномерных, преимущественно цилиндрических изделий, твердых износо- и коррозионно-стойких защитных покрытий.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для восстановления размеров изношенных деталей из цветных, черных металлов и чугуна. .
Изобретение относится к области изготовления обтекателей антенн, устанавливаемых на фюзеляже летательных аппаратов

Изобретение относится к технологиям изготовления полупроводниковых приборов, в частности каталитически активных слоев, и может быть использовано для получения гетероструктур микро- и наноэлектроники, высокоэффективных катализаторов с развитой высокопористой поверхностью носителя, а также для получения новых наноматериалов

Изобретение относится к получению покрытий методом химического осаждения из газовой фазы, а именно к получению защитных покрытий из хрома и его сплавов. Способ нанесения износостойкого металлического покрытия на основе хрома включает подачу парогазовой смеси, содержащей бис-ареновое соединение хрома и летучее соединение олова к поверхности нагретого изделия в вакууме, при этом в качестве летучего соединения олова используют 0,1-1,0% тетрахлорида олова, а процесс проводят при температуре нагретого изделия от 350 до 400°С. Износостойкое металлическое покрытие на основе хрома содержит модифицирующую добавку олова, имеет многослойную структуру из последовательно расположенных слоев на основе хрома с модифицирующей добавкой олова, обогащенных и обедненных углеродом. В обедненных углеродом слоях содержится 0,5-5,0% углерода, а в обогащенных углеродом слоях - 6,0-12,0%. Обеспечивается повышенная износостойкость покрытий, что позволяет улучшить трибологические характеристики деталей двигателей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 2 пр.
Изобретение относится к способу нанесения палладиевого покрытия на подложку и может быть использовано при изготовлении водородопроницаемых палладийсодержащих мембран. Подложку помещают в реактор, который откачивают до 1·101 Па. Подложку нагревают до необходимой температуры и доставляют пары прекурсора в зону реактора, в которой расположена подложка. Подложку нагревают до температуры 150-300°C, дискретно последовательно подают в зону реакции пары прекурсора бис-гексафторацетилацетонат палладия (II) с температурой 55-70°C и газ-реагент водород, выдерживают реакционную смесь в течение заданного времени и проводят откачку реактора. Далее в реактор напускают азот, выдерживают заданное время и откачивают реактор до первоначального давления, при этом процесс повторяют в импульсном режиме цикл за циклом до формирования заданной толщины покрытия. В частных случаях осуществления изобретения время одного цикла процесса составляет не менее 30 секунд, объемы используемых газа-реагента водорода и азота задают в зависимости от количества вводимого в реактор прекурсора с помощью компьютерной программы. В качестве материала подложки используют пористую сталь, пористую сталь, покрытую оксидом металла, кремний или медь. Обеспечивается возможность получения палладиевых покрытий в широком интервале толщин (10нм-10мкм) при повышении качества покрытия и получении плотных палладиевых слоев. 3 з.п. ф-лы, 3 пр.

Настоящее изобретение относится к способу получения комплексов рутения (0) с олефинами типа (арен)(диен)Ru(0). Способ осуществляется по реакции исходного соединения рутения формулы Ru(+II)(X)p(Y)q, в которой X представляет собой анионную группу, Y представляет собой незаряженный двухэлектронный донорный лиганд, p составляет 1 или 2, q представляет собой целое число от 1 до 6, с циклогексадиеновым производным или смесью диенов, включающей производное циклогексадиена, в присутствии основания. При этом арен, связанный с комплексом рутений(0)-олефин, образуется из этого производного циклогексадиена при окислении. Также предложена изомерная смесь соединения (η6-пара-кумол)(η4-1-изопропил-4-метилциклогексадиен)рутения(0). Изобретение позволяет получить комплексы рутения (0) с олефином с высокой чистотой, которые можно применять в качестве предшественников для гомогенных катализаторов, для получения функциональных слоев, содержащих рутений или оксид рутения, и для терапевтических целей. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 пр.
Наверх