Способ формирования износостойких покрытий на деталях из алюминиевых сплавов

Авторы патента:

Коломейченко Александр Викторович (RU)

C25D11/12 - многократное анодирование, например в различных электролитах

Владельцы патента RU 2487200:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Орел ГАУ) (RU)

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. Способ включает микродуговое оксидирование МДО при наложении положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц, при этом после МДО на поверхность рабочего упрочненного слоя покрытия наносят слой состава, содержащего 1 мас.ч. нанопорошка оксида меди и по 3 мас.ч. жидкого стекла и дистиллированной воды, высушивают деталь при температуре 20°С в течение 50-60 мин, после чего деталь повторно обрабатывают в режиме дугового электрофореза в силикатно-щелочном электролите, содержащем 1 г/л гидроксида калия и 2 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 25-26 А/дм² в течение 1-2 мин. Технический результат - снижение коэффициента трения покрытия, снижение приработочного износа подвижного соединения, а также повышение его нагрузочной способности и износостойкости. 1 табл.

Изобретение относится к области электрохимического нанесения антифрикционных покрытий на металлы и сплавы 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.

Известно композиционное покрытие, имеющее наружный антифрикционный слой карбида хрома толщиной 5…50 мкм и основу из алюминиевого сплава, между которыми размещен слой оксидокерамики толщиной 50…300 мкм, и способ его изготовления, включающий формирование на основе из алюминиевого сплава слоя оксидокерамики с открытой пористостью анодно-катодным микродуговым оксидированием (МДО) и последующее нанесение антифрикционного слоя карбида хрома путем его осаждения в вакууме из паровой фазы при температуре 430…450°С [Патент РФ 2175686, С23С 28/00, опубл. в БИ №31, 2001 г.].

Однако нанесение слоя карбида хрома при температуре 430…450°С приводит к короблению деталей, имеющих сложную геометрическую форму, а использование при этом вакуума и специального оборудования существенно повышает себестоимость покрытия. Все перечисленное сужает возможность применения данного изобретения для повышения износостойкости деталей сложной формы из алюминиевых сплавов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нанесения покрытий на металлы и сплавы в режиме МДО при наложении положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц, при этом величина катодного тока изменяется в интервале 0,5…24 А/дм², а величина анодного тока - в интервале 0,6…25 А/дм² [Авторское свидетельство СССР 1200591, C25D 11/02, опубл. в БИ №13, 1989 - прототип].

Существенным недостатком данного способа является то, что покрытие, сформированное МДО, имеет высокий коэффициент трения при работе в режиме трения без смазочного материала или граничной смазки, характерного для пуска и остановки узла, а также при реверсивном и нестационарном режимах работы. Это приводит к тому, что деталь с покрытием вызывает повышенный износ ответной, зачастую дорогостоящей детали подвижного соединения при их взаимодействии, за счет чего происходит снижение его долговечности в целом.

Задачей изобретения является повышение долговечности подвижных соединений, имеющих детали с покрытием, сформированным по предлагаемой технологии.

Техническим результатом изобретения является снижение коэффициента трения покрытия, сформированного МДО, при граничной смазке или взаимодействии без смазочного материала, снижение приработочного износа подвижного соединения, а также повышение его нагрузочной способности и износостойкости.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе нанесения покрытий на металлы и сплавы, включающем микродуговое оксидирование при наложении положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ после микродугового оксидирования на поверхность рабочего упрочненного слоя покрытия наносят состав, содержащий одну массовую часть нанопорошка оксида меди и по три массовых части жидкого стекла и дистиллированной воды, высушивают деталь при температуре 20°С в течение 50…60 мин, после чего деталь повторно обрабатывают в режиме дугового электрофореза в силикатно-щелочном электролите, содержащем 1 г/л гидроксида калия и 2 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 25…26 А/дм² в течение 1…2 мин.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале на рабочей поверхности детали из алюминиевого сплава анодно-катодным МДО при наложении положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц формируют покрытие. При этом используют силикатно-щелочной электролит на основе дистиллированной воды с добавлением 2 г/л гидроксида калия и 10 г/л натриевого жидкого стекла с модулем m=3. Режимы МДО: плотность катодного тока - 24 А/дм², плотность анодного тока - 25 А/дм², продолжительность оксидирования - 60…70 мин, температура электролита - 40°С.

Сформированное МДО покрытие состоит из двух основных слоев: рабочего упрочненного и верхнего рыхлого (технологического), который необходимо удалять, т.к. при трении он будет осыпаться и служить дополнительным абразивом. Для удаления верхнего рыхлого слоя целесообразно использовать эластичный абразивный инструмент, состоящий из лепестков шлифовальной шкурки, закрепленных между двумя дискам. Обработку ведут периферийной частью лепестков шкурки при вращении инструмента. Общая толщина покрытия, сформированного МДО, составляет 115…120 мкм, при этом толщина рабочего упрочненного слоя равна 60…65 мкм.

Затем на поверхность рабочего упрочненного слоя покрытия, сформированного МДО, наносят состав, состоящий из следующих компонентов (по массе): нанопорошок оксида меди (CuO) дисперсностью 100 Нм, ТУ 1791-003-36280340-2008 - одна часть, натриевое жидкое стекло Na₂SiO₃ с модулем m=3,2…3,5 - три части и дистиллированная вода - три части. Натриевое жидкое стекло служит в качестве связующего компонента, а дистиллированная вода - в качестве разбавителя. Толщина нанесенного состава должна составлять 60…80 мкм. После этого деталь высушивают при температуре 20°С в течение 50…60 мин.

После этого деталь с покрытием, сформированным МДО и имеющим на поверхности слой состава с нанопорошком оксида меди, повторно обрабатывают в режиме дугового электрофореза, используя силикатно-щелочной электролит, содержащий 1 г/л гидроксида калия и 2 г/л натриевого жидкого стекла, дистиллированная вода - остальное при плотности тока 25…26 А/дм² в течение 1…2 мин.

Коэффициент трения покрытия, сформированного МДО, при граничной смазке или взаимодействии без смазочного материала определяли с использованием машины трения МТУ-01, ТУ 4271-001-29034600-2004. Приработочный износ подвижного соединения и его износостойкость оценивали по результатам сравнительных ускоренных испытаний на изнашивание. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 23.224 «Обеспечение износостойкости изделий. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей». Нагрузочную способность подвижного соединения определяли на установке МТТ-3М, воспроизводящей схему трения при вращении контртела в виде диска относительно трех неподвижных цилиндрических образцов, взаимодействующих с контртелом торцевыми поверхностями.

Одним из основных компонентов состава, наносимого на поверхность рабочего упрочненного слоя покрытия, сформированного МДО, является нанопорошок CuO, обладающий высокими антифрикционными свойствами. При дуговом электрофорезе детали с покрытием и с нанесенным составом частицы нанопорошка CuO включаются (вплавляются) в состав покрытия в зонах пор в упрочненном слое. В результате коэффициент трения покрытия при граничной смазке или взаимодействии без смазочного материала, а также приработочный износ подвижного соединения существенно снижаются, а нагрузочная способность, износостойкость и долговечность подвижного соединения существенно увеличиваются (таблица).

Таблица
Показатели	Прототип	Предлагаемый способ
1. Коэффициент трения покрытия, сформированного МДО, при граничной смазке или взаимодействии без смазочного материала	0,3…0,6	0,1…0,15
2. Приработочный износ соединения, мг	18	6
3. Нагрузочная способность соединения, МПа	4,5	10,0
4. Износостойкость соединения, %	100	150
5. Долговечность соединения, %	100	140

Как видно из таблицы, предлагаемый способ формирования износостойких покрытий на деталях из алюминиевых сплавов позволяет в среднем в 3,5…4,0 раза снизить коэффициент трения покрытия, сформированного МДО, при граничной смазке или взаимодействии без смазочного материала и в 3,0 раза - приработочный износ подвижного соединения, а также в 2,2 раза увеличить его нагрузочную способность и на 50% - износостойкость. В результате долговечность подвижных соединений, имеющих детали с покрытием, сформированным по предлагаемой технологии, увеличивается не менее чем на 40%.

Способ формирования износостойких покрытий на деталях из алюминиевых сплавов, включающий микродуговое оксидирование при наложении положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц, отличающийся тем, что после микродугового оксидирования на поверхность рабочего упрочненного слоя покрытия наносят слой состава, содержащего одну массовую часть нанопорошка оксида меди и по три массовых части жидкого стекла и дистиллированной воды, высушивают деталь при температуре 20°С в течение 50-60 мин, после чего деталь повторно обрабатывают в режиме дугового электрофореза в силикатно-щелочном электролите, содержащем 1 г/л гидроксида калия и 2 г/л натриевого жидкого стекла, при плотности тока 25-26 А/дм² в течение 1-2 мин.

Способ для изготовления форм и электродная конструкция для использования в данном способе // 2480540

Способ микродугового получения композиционного покрытия на алюминии и его сплавах // 2466218

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.

Тонкослойное керамическое покрытие, способ его получения, поверхность трения на основе тонкослойного керамического покрытия и способ ее получения // 2453640

Изобретение относится к получению на поверхности металлов износостойких покрытий методом микродугового оксидирования и может быть использовано в машиностроении, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Способ получения износостойкого покрытия на алюминии и его сплавах // 2424381

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

Способ получения покрытий // 2392359

Изобретение относится к области микродугового оксидирования. .

Способ формирования оксидного покрытия на алюминии и его сплавах // 2353717

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

Способ разноцветного окрашивания изделий из алюминия и его сплавов // 2072000

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

Водный электролит для окрашивания анодированных поверхностей алюминия или алюминиевых сплавов // 1722235

Изобретение относится к электротехнической обработке металлических поверхностей, в частности к электролитам окрашивания анодированных поверхностей алюминия или алюминиевых сплавов .

Способ анодирования алюминия // 1244212

Способ получения оксидных каталитически активных слоев на поверхности, выполненной из вентильного металла или его сплава // 2500474

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.

Способ получения гибкой нанопористой композиционной мембраны с ячеистой структурой из анодного оксида металла или сплава // 2545887

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.

Способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов // 2548841

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.

Способ получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой и способ формирования массивов анизотропных наноструктур на его основе // 2555366

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.

Способ анодирования алюминия и его сплавов // 2595167

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания износостойких покрытий на трущихся поверхностях деталей машин в машиностроительной, металлообрабатывающей, станкостроительной и других отраслях промышленности. Способ включает анодирование на постоянном токе в кислотном электролите с дополнительным окислителем в две стадии с промежуточным нагревом. Нагрев изделий проводят при температуре 500-640°C в течение 20-30 мин. Анодирование выполняют при плотности тока 5-10 А/дм2 в электролите с концентрацией 2-10 мас.% серной кислоты с продувкой воздушной смесью, содержащей 1-5 мг/л озона, и с одновременным ультразвуковым воздействием, при этом анодирование на первой стадии проводят в течение 30±5 мин, а на второй стадии не более 15 мин. Технический результат: получение защитных анодных покрытий толщиной не менее 60 мкм с повышенной твердостью. 1 табл.

Способ формирования цветного декоративного покрытия с помощью анодирования // 2620801

Изобретение относится к технологии получения декоративных покрытий при окраске металлических изделий в различные цвета и создания высокотехнологичных оптоэлектронных устройств с применением элементов, способных отражать или пропускать свет с определенной настраиваемой длиной волны. Способ получения декоративного покрытия с изменяющимся цветом при изменении угла наблюдения заключается в формировании одномерного фотонного кристалла с фотонной запрещенной зоной в видимом диапазоне с помощью анодирования поверхности вентильного металла или сплава на его основе с содержанием вентильного металла не менее 50% при циклически изменяющихся параметрах: тока и напряжения, причем каждый цикл состоит из двух стадий: на первой стадии анодирование проводят при стабилизации тока в интервале от 0,1 до 50 мА/см2 в течение времени, обеспечивающего протекание заряда от 0,05 до 5 Кл/см2; на второй стадии анодирование проводят при стабилизации напряжения, повышая его от значения напряжения в конце первой стадии до значения, лежащего в диапазоне от 10 до 200 В, с уменьшающейся скоростью подъема напряжения от 5 В/с до 0 В/с, и выдерживают при этом значении в течение времени, обеспечивающего протекание заряда от 0,05 до 5 Кл/см2, обеспечивая соотношение максимального напряжения на второй стадии к минимальному напряжению на первой стадии более 1,4, при этом металлическая поверхность в процессе получения декоративного покрытия служит в качестве анода, а в качестве катода используют инертный материал, при этом заряд анодирования на первой и второй стадиях сокращают на 0,01-10% на каждом последующем цикле анодирования, количество которых лежит в интервале от 20 до 300. Изобретение позволяет получать цветные декоративные покрытия высокого качества простым и воспроизводимым способом, характеризующимся безопасностью и экологичностью за счет исключения из технологии ядовитых веществ. 8 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл., 5 пр.