Способ нанесения покрытий на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенных давлениях


 


Владельцы патента RU 2476627:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли России (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем создания разности потенциалов между обрабатываемой деталью в качестве анода и корпусом герметичного сосуда в качестве катода с инициированием анодных плазменных разрядов, при этом МДО на первом этапе проводят при избыточном давлении в газовой части объема герметичного сосуда более 105 атм. путем введения газов, при этом парциальное давление газов создают с учетом их растворимости в электролите, а на втором этапе в электролит вводят катодный модификатор в виде порошка окиси рутения с размером фракции в наноразмерном диапазоне от 20 до 40 нм, при этом МДО ведут при давлении 1-2 атм. Технический результат: повышение коррозионной стойкости, снижение электросопротивления за счет увеличения пористости покрытия на первом этапе и электроискрового легирования на втором этапе с обеспечением равномерности покрытия. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к электролитической обработки деталей из титана и его сплавов и может быть использован в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике, в частности система (Ti-Ru)O2 используется для опреснительных установок и в оффшорной технике.

Известны следующие способы нанесения покрытий: шликерный способ, «холодное» газодинамическое напыление, детонационное напыление, ионноплазменное напыление и др. Общим недостатком данных методов является невозможность обработки изделий сложной формы, а также неравномерное, некачественное нанесение покрытия. Поэтому для обработки таких изделий используются электрохимические и, в частности, микроискровые способы получения покрытий.

Известен «Электролитический способ нанесения защитных и электроизоляционных покрытий» патент РФ №2367727, МКИ C25D 11/02, опубл. 20.09.2009 г. и «Titanium material with biological activity and preparation method there» патент CN №101310897, МКИ A61L 27/06, A61L 27/30, опубл. 20.02.2008 г.

К недостаткам указанных способов обработки поверхности металлов относятся низкая пористость полученных покрытий и низкое давление при обработке металлов под давлением в процессе спекания титанового порошка в вакууме и, как следствие, получение плохо развитой поверхности с высоким электросопротивлением, что принципиально важно для катализаторов, сорбентов и электродных систем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и взятым в качестве прототипа является «Method for vacuum - compression micro - plasma oxidation and device for carrying out said method» патент ЕР №2045366, МКИ C25D 11/02, опубл. 29.01.2007 г.

В соответствии с прототипом отдельные части деталей погружают в раствор электролита, который наливают в герметично закрывающийся сосуд для создания микроплазменного разряда на поверхности изделия и соответственно для формирования покрытия, которое микроплазменный разряд образует при пониженном давлении выше раствора электролита. Устройство для проведения указанного способа имеет возможность формировать разряжение над электролитом с помощью герметичного сосуда и дополнительных средств для перекачки воздуха.

Недостатком данного способа является то, что формирование покрытия происходит под низким избыточным давлением 1-2 атм., когда качественно формируется покрытие, обладающее пониженной коррозионной стойкостью за счет низкой пористости.

Техническим результатом изобретения является увеличения коррозионной стойкости в хлорсодержащих электролитах и снижение электросопротивления за счет увеличения пористости покрытия на первом этапе работы при избыточном давлении в автоклаве более 105 атм., а затем, на втором этапе работы, введение в электролит катодного модификатора (порошка окиси рутения) для заполнения образовавшихся пор.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет того, что электролитическая обработка деталей из титана и его сплавов включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде, например автоклаве, путем создания разности потенциалов между обрабатываемой деталью в качестве анода и корпусом герметичного сосуда в качестве катода с инициированием анодных плазменных разрядов, отличающийся тем, что МДО на первом этапе проводят при избыточном давлении в газовой части объема автоклава более 105 атм. путем введения газов, при этом парциальное давление газов создают с учетом их растворимости в электролите, а на втором этапе в электролит вводят катодный модификатор в виде порошка окиси рутения с размером фракции в наноразмерном диапазоне от 20 до 40 нм, при этом МДО ведется при давлении 1-2 атм.

Способ обработки осуществляется следующим образом:

- предварительно в автоклаве создается избыточное давление требуемой величины путем подсоединения к магистрали (баллону) с кислородом или нейтральными газами (аргон, гелий);

- обрабатываемая деталь помещается на токопроводе в автоклав из титанового сплава, а автоклав снабжен монометром и запорным клапаном для контроля внутреннего давления;

- электролитом служат водные растворы минеральных солей, рекомендованные для микродугового оксидирования титана и его сплавов в традиционных условиях (т.е. без избыточного давления);

- при давлении более 105±1 атм. покрытие получают с увеличенной пористостью и толщиной, что и необходимо на первом этапе обработки. А при давлении менее 105±1 атм. покрытие получают с минимальным количеством пор и минимальной толщиной;

- введение в электролит наноразмерных частиц окисленного порошка рутения размером 20-40 нм является оптимальным, так как поры после МДО, в которые и вводится окисленный порошок рутения, имеют размер 30-45 нм. Порошок рутения с размерами менее 20 нм получить не удалось, т.к. он подвержен «комкованию»;

- после проведения вышеперечисленных процедур обработки детали в автоклаве под избыточным давлением обрабатываемую деталь вынимают и помещают в ванну с электролитом, рекомендуемым для МДО титана и его сплавов с добавлением катодного модификатора (порошка окиси рутения) при избыточном давлении 1-2 атм. для проведения МДО.

Предлагаемый способ опробован на специализированном участке ЦНИИ КМ “Прометей”.

Конкретный пример реализации предложения. На первом этапе изделие из титана ВТ1-0 подвергли МДО на установке, позволяющей вести процесс электролитической обработки в гальваностатическом режиме с тиристорным управлением типа ТПР. Продолжительность процесса 15-100 мин при плотности тока 0,510 А/дм2, напряжении до 400 В, в слабощелочном электролите Na3PO4-12Н2О 15 г/л с избыточным давлением 100, 105, 115 и 130 атм. Давление создавали путем подсоединения к магистрали (баллону) с кислородом. По мере выполнения обработки поддерживали давление на заданном уровне значений. Данный вид обработки производили для получения пористого покрытия.

На втором этапе в ванну с вышеуказанным электролитом при избыточном давлении 1, 1,5 и 2 атм. ввели катодный модификатор - окисленный порошок рутения с фракцией 20-40 нм, которая соизмерима с порами, полученными на первом этапе обработки, и провели МДО в течение 15-30 мин. Данный вид обработки производили для увеличения коррозионной стойкости, а именно получения плотного покрытия с порами, в которых находился порошок окиси рутения.

Результаты испытаний сведены в табл.1.

Ускоренные испытания проводились на общую коррозионную стойкость в растворе 10%-НСl, при температуре 100±2°С по ГОСТ 9.905-82.

Таблица 1.
Давление на первом этапе, атм Скорость коррозии в 10%-НСl при 100±2°С, г/(м2 ·час)
Операции Способ Пористость, % Давление на втором этапе, атм Толщина покрытия,
мкм
Электро
сопротивле
ние, кОм·см
1 100 1,0 1,0 12,0-18,0 10,0 30,45
2 Предлагае
мый
105 4,5 1,5 20,0-25,0 1,1 6,84
3 115 8,5 2,0 27,0-30,0 1,0 6,23
4 130 16,0 2,0 30,0-35,0 1,0 5,87
Известный
- 2,0 1,0-3,0 - 6,0-8,0 9,5 50,48

Эффективность процесса по сравнению с прототипом выразится в повышении срока службы и надежности деталей и изделий из титана и его сплавов за счет увеличения коррозионной стойкости и снижения электросопротивления путем повышения пористости покрытия и затем легирования поверхности катодным модификатором.

1. Способ нанесения покрытия на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенном давлении, включающий микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем создания разности потенциалов между обрабатываемой деталью в качестве анода и корпусом герметичного сосуда в качестве катода с инициированием анодных плазменных разрядов, отличающийся тем, что МДО на первом этапе проводят при избыточном давлении в газовой части объема герметичного сосуда более 105 атм путем введения газов, при этом парциальное давление газов создают с учетом их растворимости в электролите, а на втором этапе в электролит вводят катодный модификатор в виде порошка окиси рутения с размером фракции в наноразмерном диапазоне от 20 до 40 нм, при этом МДО ведут при давлении 1-2 атм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что МДО на первом и втором этапах проводят в слабощелочном электролите Na3PO4·12H2O при концентрации 15 г/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что МДО на первом и втором этапах проводят при плотности тока 0,510 А/дм2 и напряжении 400 В.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что МДО на первом этапе проводят в течение 15-100 мин.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед МДО на первом этапе вводят нейтральные газы или кислород.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что МДО на втором этапе проводят в течение 15-30 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области электрохимической обработки вентильных металлов и может быть использовано в атомной энергетике для защиты от воздействия агрессивных сред и изоляции оболочек тепловыделяющих элементов из циркония.

Изобретение относится к получению покрытий из диборида титана путем высокотемпературного электрохимического синтеза. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для защиты от гальванокоррозии металлоконструкций из разнородных металлов и сплавов, работающих в водных коррозионно-активных средах.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в двигателестроении. .

Изобретение относится к способам получения магнитных материалов, в частности магнитоактивных оксидных покрытий на вентильных металлах, преимущественно алюминии и его сплавах и титане и его сплавах, и может найти применение в конструкциях электромагнитных экранов и поглотителей электромагнитного излучения.
Изобретение относится к сварочным материалам для специальных наплавок при изготовлении изделий из титановых сплавов. .

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности титановых сплавов, а именно к способам получения защитного покрытия на титановых сплавах методом анодного оксидирования.
Изобретение относится к способам получения материалов, содержащих пирофосфат циркония ZrP2О7. .

Изобретение относится к сварочным материалам для специальных наплавок при изготовлении изделий из титановых сплавов. .

Изобретение относится к области получения тонких пленок магнитных материалов, в частности магнитоактивных оксидных покрытий на титане и его сплавах, и может найти применение при изготовлении электромагнитных экранов и поглотителей электромагнитного и высокочастотного излучения для различной аппаратуры, экранированных помещений, защищенных от утечки информации, а также для космической и авиационной техники

Изобретение относится к сварочным материалам для антифрикционных наплавок при изготовлении изделий из титановых сплавов
Изобретение относится к области получения декоративных покрытий на изделиях из стекла, керамики и других материалов с оптически гладкой поверхностью и может быть использовано при нанесении декоративных покрытий на товары народного потребления, отделочно-декоративные и художественные изделия в различных областях народного хозяйства

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области наноэлектроники. Способ включает формирование слоя пористого анодного оксида анодным окислением титанового образца в потенциостатическом режиме в электролите на неводной основе, при этом после формирования слоя пористого анодного оксида проводят электрохимический процесс его отделения в слабом водном растворе неорганической кислоты катодной поляризацией титанового образца в потенциостатическом режиме, затем анодным окислением титанового образца в потенциостатическом режиме в электролите на неводной основе формируют вторичный слой пористого анодного оксида титана, при этом анодное окисление титанового образца для формирования слоя и вторичного слоя пористого анодного оксида проводят при термостабилизации зоны протекания электрохимической реакции. Технический результат: повышение воспроизводимости формирования пористого оксида титана с высокой степенью упорядоченности наноструктуры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения защитно-декоративных покрытий в промышленности, в частности для формирования тонких пленок нитрида титана на поверхностях из титана и его сплавов. Способ включает электролитическое получение тонкого слоя нитрида титана на поверхности титана, при этом формирование покрытия осуществляют методом анодной поляризации при постоянном токе в электролитах на основе полярных органических растворителей с добавлением воды в присутствии 0,1-0,5 мас.% электропроводящих добавок с барботированием азотсодержащим газом, при этом электролиз проводят при комнатной температуре электролита. Технический результат: получение тонких, плотных, равномерных слоев нитрида титана различной толщины, в том числе на деталях различной конфигурации. 8 пр.

Изобретение относится к электролитическим методам обработки поверхности металлических материалов и может быть использован в стоматологическом протезировании. Способ заключается в получении биосовместимого покрытия на стоматологических имплантатах, выполненных из титана и его сплавов, включающий помещение изделий в водный раствор электролита, содержащий гидроксид калия и наноструктурный гидроксиаиатит в виде водного коллоидного раствора, возбуждение на поверхности изделий микродуговых разрядов, при этом оксидирование обрабатываемых изделий осуществляют в химически стойкой непроводящей ванне; в раствор электролита помещают одновременно две партии обрабатываемых изделий, предварительно закрепив изделия одной партии к клеммам для обрабатываемых деталей, изделия другой партии - к клеммам вспомогательного электрода; а электролит дополнительно содержит гидроксид натрия, гидрофосфат натрия, натриевое жидкое стекло, метасиликат натрия, в следующих соотношениях, из расчета массы сухого вещества в граммах на литр состава: гидроксид калия КОН - 2, гидроксида натрия NaOH - 1, гидрофосфата натрия Na2HРО4×12H2О - 5, жидкое стекло nNa2O·mSiO2 (М=3,2) - 5, метасиликат натрия Na2SiO3×9H2O - 8, нанодисперсный гидроксиапатит - 0,5÷5, причем отклонения от указанных концентраций компонентов электролита не превышают ±10%. 1 табл., 4 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к биологически совместимым покрытиям на имплантате, обладающим свойствами остеоинтеграции, и может быть использовано в стоматологии, травматологии и ортопедии при изготовлении высоконагруженных костных имплантатов из конструкционных материалов. Покрытие на имплантате из корундовой или циркониевой керамики содержит промежуточный слой титана толщиной 5-50 мкм на имплантате, нанесенный в плазме непрерывного вакуумного дугового разряда, и слой кальций-фосфатного соединения, нанесенный электрохимическим методом анодирования титана в режиме искрового или дугового разрядов. Технический результат - расширение номенклатуры материалов для основы имплантатов, на которые можно наносить кальций-фосфатные биоактивные покрытия электрохимическим методом в условиях искрового или дугового разрядов. 3 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для увеличения удельной поверхности деталей из сплавов устройств различной функциональности, в частности, при создании каталитически активных устройств. Способ изготовления детали из сплава титан-алюминий с нанопористой поверхностью включает изготовление детали с пористой поверхностью из спеченного порошка сплава титан-алюминий с размерами гранул 1-10 мкм, промывку детали в этаноле, сушку, промывку в дистиллированной воде, сушку при температуре 80-90°С и формирование нанопористого оксида на поверхности детали анодированием в 10,0% растворе серной кислоты с добавкой 0,15% фтористоводородной кислоты при постоянной плотности тока. Технический результат: увеличение удельной поверхности деталей. 1 пр., 1 ил.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в промышленности для формирования тонких слоев защитно-декоративных покрытий нитрида титана на поверхностях из титана и его сплавов. Способ электролитического формирования слоя нитрида титана на поверхности титана и его сплава включает анодную поляризацию изделия при постоянном токе в электролите на основе полярных органических растворителей в присутствии воды и 0,1-0,3 мас.% соли аммония в качестве электролитической добавки, при этом электролиз проводят при комнатной температуре электролита. Технический результат: получение тонких, плотных и равномерных слоев нитрида титана различной толщины на деталях различной конфигурации. 8 пр.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для изготовления материалов, содержащих пленочные структуры с новыми электрическими, магнитными и оптическими характеристиками, в частности, для получения имплантатов, обладающих электретными свойствами. Способ формирования покрытия пентаоксида тантала на подложке включает формирование покрытия из прекурсора - фторидного соединения тантала, при этом покрытие формируют методом плазменно-электролитической обработки подложки импульсным током во фтортанталатном электролите на проводящей металлической подложке из титана или его сплава в диапазоне напряжений от 50 до 300 В в потенциостатическом режиме. Технический результат: упрощение способа нанесения покрытия пентаоксида тантала, при этом осуществление процесса не требует сложного специального оборудования и дорогостоящих реагентов. 1 з.п. ф-лы, 7 пр.
Наверх