Способ получения толстослойных износостойких покрытий методом микродугового оксидирования


 


Владельцы патента RU 2541246:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Открытое акционерное общество "УФИМСКОЕ МОТОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ" (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электрохимической обработке поверхностей металлов и сплавов методом микродугового оксидирования (МДО), для создания толстослойных износостойких покрытий и может быть использовано для упрочнения деталей из алюминиевых сплавов объектов машиностроения, например двигателей внутреннего сгорания. Способ получения толстослойных защитных покрытий в режиме микродугового оксидирования включает установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали. В качестве электролита используют водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 2,5 г/л, процесс микродугового оксидирования ведут в течение 2,5-3,5 часов при силе тока I=4,5÷12 A, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=200÷415 B. Предложенное изобретение позволяет получить толстослойное износостойкое покрытие методом МДО с повышенными значениями микротвердости, а также снизить трудоемкость и энергоемкость за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.

 

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электрохимической обработке поверхностей металлов и сплавов методом микродугового оксидирования (МДО), для создания толстослойных износостойких покрытий и может быть использовано для упрочнения деталей из алюминиевых сплавов объектов машиностроения, например двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ получения покрытий, включающий МДО изделий из алюминия, титана, циркония и их сплавов в режиме переменного тока в комбинированном электролите на основе силиката натрия - 80…120 г/л, фосфата натрия - 5…10 г/л и гидроксида натрия - 5…15 г/л, продолжительностью 5…80 минут при плотности тока 5…30 А/дм2 и напряжении 120…220 B (патент РФ №2238351, МПК C25D 11/02, опубл. 20.10.2004).

Известен способ получения декоративных и электроизоляционных покрытий на металлах и их сплавах методом МДО, заключающийся в том, что оксидируемую деталь помещают в ванну-электролизер с перемешиваемым электролитом и подвергают обработке микродуговым оксидированием, перемешивание электролита ведут мешалкой-электродом со скоростью 0,8-1 м/с (патент РФ №2251595, МПК C25D 11/02, опубл. 10.05.2005).

Недостатком известных способов является сложность химического состава электролита, что повышает трудоемкость процесса обработки.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения толстослойных защитных покрытий с высокой адгезией на деталях из вентильных металлов или их сплавов в режиме микродугового оксидирования, включающий установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали. Держатель детали снаружи покрыт электроизоляционным материалом на границе воздух - электролит. В одном из вариантов осуществления изобретения используют электролит, содержащий смесь едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л (патент РФ №2228973, МПК C25D 11/02, опубл. 20.05.2004).

Недостатком прототипа являются недостаточные показатели микротвердости и трудоемкость получения покрытия необходимой толщины ввиду следующего. Для получения заданной толщины покрытия нужно добиваться высокого напряжения, вплоть до 700 B, что увеличивает энергопотребление. Слишком высокая концентрация веществ, входящих в состав электролита, ведет к снижению микротвердости и толщины покрытия.

Задачей изобретения является получение толстослойных износостойких покрытий методом МДО для пар трения объектов машиностроения с целью увеличения их ресурса с повышенными значениями микротвердости и толщины, а также снижение трудоемкости и энергоемкости за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.

Технический результат - повышение толщины покрытия и, соответственно, износостойкости с одновременным обеспечением повышенной микротвердости.

Задача решается способом получения толстослойных защитных покрытий в режиме микродугового оксидирования, включающим установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали. В отличие от прототипа, в качестве электролита используют водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 2,5 г/л, процесс микродугового оксидирования ведут в течение 2,5-3,5 часов при силе тока I=4,5÷12 A, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=200÷415 B.

Технический результат заявляемого изобретения достигается благодаря следующему.

Концентрация едкого калия и жидкого стекла 2,5 г/л выбрана исходя из результатов проведенных исследований по оптимизации процесса МДО, которые показали, что максимальную толщину и микротвердость МДО-слоя можно получить при указанной концентрации веществ, при длительности процесса 2,5-3,5 часа, при силе тока I=4,5÷12 A, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде U=200÷415. Кроме того, выбранные параметры процесса МДО и концентрации веществ, входящих в состав электролита, обеспечивают снижение трудоемкости и энергоемкости получения покрытия.

Осуществление изобретения раскрыто в примере конкретной реализации.

Пример конкретной реализации способа

Методом МДО было получено упрочняющее покрытие на опытном образце, изготовленном из алюминиевого сплава АК12Д.

Предлагаемый способ получения толстослойного покрытия реализован с использованием установки МДО, которая состоит из ванны, заполненной электролитом, в которую погружают катод и анод (роль анода выполняет опытный образец), затем через них пропускают электрический ток.

Электролит состоит из дистиллированной воды с добавлением 2,5 г/л KOH и 2,5 г/л Na2SiO3 (жидкое стекло). МДО-обработку ведут в течение 3,5 часов. Процесс оксидирования протекает при силе тока на аноде и катоде I=4,5÷12 A, при этом по мере протекания процесса ток уменьшается с 12 до 4,5 A. При обработке ведется контроль над следующими показателями: t - температура электролита; Ia - сила тока на аноде; Ik - сила тока на катоде; Ua - падение напряжения на аноде; Uk - падение напряжения на катоде, которые в процессе обработки имели значения в следующих диапазонах:

t=25,0÷38,8°C,

Ia=4,5÷12,0 A,

Ik=4,5÷12,0 A,

Ua=200÷415 B,

Uk=60÷95 B.

После упрочнения по заявляемому способу микротвердость поверхности опытного образца составила Нµ=16 ГПа, а толщина слоя - 160 мкм. По сравнению с прототипом (толщина слоя около 150 мкм), по заявляемому способу получено покрытие большей толщины и, соответственно, износостойкости с высокими значениями микротвердости.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить толстослойное износостойкое покрытие методом МДО с повышенными значениями микротвердости, а также снизить трудоемкость и энергоемкость за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.

Способ получения толстослойных защитных покрытий в режиме микродугового оксидирования, включающий установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали, отличающийся тем, что в качестве электролита используют водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 2,5 г/л, процесс микродугового оксидирования ведут в течение 2,5-3,5 часов при силе тока I=4,5÷12 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=200÷415 В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении. Устройство содержит источник питания, бак для электролита, насос для перекачки электролита, электрохимическую ячейку, при этом оно содержит шунт для измерения силы тока, измеритель электрической мощности, вычислительный блок с преобразователем частоты, соединенный с насосом для перекачки электролита, который выполнен регулируемым.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении для упрочнения или ремонта поверхностей деталей путем нанесения оксидного покрытия.

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на электропроводящие изделия, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали и изделия из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, используемых в авиационной, машиностроительной, химической и строительной промышленности.

Изобретение относится к области электрохимической обработки поверхности изделий из вентильных металлов и их сплавов и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для получения гидрофобных покрытий, обладающих высокой износостойкостью, а также антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Изобретение относится к области получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников и изучения наноструктурированных материалов в in-situ экспериментах. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обработки поверхности металлов и их сплавов. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может найти применение в машиностроении и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для оксидирования поверхностей деталей, выполненных из вентильных металлов, в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к электролитическим способам нанесения защитных покрытий и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, прецизионном машиностроении, приборостроении и медицинской технике.

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов и сплавов для получения коррозионно-стойких покрытий и может быть использовано для осуществления локальной обработки поверхности конструкций, например, из титановых сплавов в машиностроении, медицине, авиации. Способ получения защитного беспористого покрытия микродуговым оксидированием на поверхности листа из титанового сплава включает очистку и обезжиривание поверхности листа, установку на локальном участке листа устройства в виде корпуса из винипласта с уплотнительным кольцом и катодом в виде металлической сетки из нержавеющей стали в конической трубе и непрерывную подачу электролита на основе гидрофосфата натрия в упомянутый корпус по замкнутому контуру на обрабатываемый лист - анод под принудительным давлением 0,4-0,5 атм, а затем на катод при максимальном напряжении 190 В и плотности тока 0,5 А/дм2 в течение 10 мин. Технический результат: повышение коррозионной стойкости оксидных покрытий путем снижения пористости и увеличения эффективной толщины покрытия. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для использования при изготовлении металлокерамических зубных протезов. Изготавливают металлическую основу из металлов вентильной группы. Осуществляют ее очистку и обработку. На металлической основе микродуговым оксидированием формируют керамический слой, толщиной не менее 50 мкм, в водном растворе электролита на основе сульфата алюминия, с последующим нанесением глазури и термической обработкой протеза в вакууме при температурах, не превышающих температур аллотропических превращений в материале металлической основы, но не менее 830°С, времени выдержки не менее 15 минут. При этом скорость подъема температуры должна быть не более 15°C/мин, скорость охлаждения - не более 7°C/мин, а отношение толщины керамического слоя к общей толщине покрытия должно составлять 0,6 - 0,8. Способ, за счет получения металлокерамических конструкций, обладающих требуемыми физическими свойствами и высокими прочностными характеристиками, позволяет изготавливать протезы с меньшей трудоемкостью, высоких качества, надежности и эстетических характеристик. 20 ил., 10 табл., 1 пр.

Группа изобретений относится области медицины и может быть использовано для получения антибактериального покрытия на медицинских изделиях. Способ обработки поверхности медицинского изделия включает стадии, на которых: получают коллоидно-диспергированную систему, подвергают медицинское изделие обработке коллоидно-диспергированной системой путем погружения, создают разность потенциалов цепи переменного тока между медицинским изделием в качестве первого электрода и/или вторым электродом, помещенным в коллоидно-диспергированную систему, для превращения погруженной поверхности в оксидную пленку посредством плазменного электролитического оксидирования, при этом превращенная поверхность частично покрывается островками, образованными коллоидно-диспергированными частицами коллоидно-диспергированной системы. Напряжение переменного тока подают как асимметричное и/или синусоидальное напряжение переменного тока, причем отношение, полученное делением положительной амплитуды на отрицательную амплитуду, настраивают на абсолютную величину в диапазоне от значения >1 до 4. Группа изобретений относится также к медицинским изделиям, полученным указанным способом, и устройству для осуществления указанного способа. Группа изобретений обеспечивает возможность регулирования степени однородности покрытия на любом типе формы медицинского изделия. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области формирования функциональных покрытий, в частности оксида алюминия, на поверхности изделий из титана и его сплавов методами плазменного напыления и микродугового оксидирования. Способ включает электроплазменное напыление на поверхность изделия порошка оксида алюминия дисперсностью 50-100 мкм с дистанцией напыления от 100 до 120 мм при токе дуги от 300 до 350 А и микродуговое оксидирование в анодном режиме при плотности тока (1-2)×103 А/м2, продолжительностью от 10 до 30 минут в щелочном электролите на основе гидрооксида натрия 1-3 г/л. Задачей изобретения является повышение механических свойств плазмонапыленных покрытий на титане и его сплавах, в частности микротвердости, при сокращении времени нанесения. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для изготовления катушек индуктивности для высоковольтного электрооборудования, силовых низковольтных трансформаторов, трансформаторов распределительных сетей. Способ включает формирование изоляционного покрытия на проводнике микродуговым оксидированием (МДО). Проводник пропускают через электролит с размещенным в нем электродом, на который подают переменное электрическое напряжение, при этом используют две ванны, объем которых заполняют электролитом, в каждой из которых размещают по электроду, которые соединяют с источником переменного напряжения. Проводник пропускают последовательно через электролит обеих ванн, при этом напряжение и время пропускания проводника через электролит выбирают согласованными с требуемой толщиной формируемого покрытия в отсутствие его деградации, причем согласование проводят в отношении порции проводника, находящейся в электролите, а для остального проводника оксидирующее воздействие не осуществляют. Технический результат: повышение сопротивляемости электрическому пробою получаемого покрытия, достижение возможности пропускания проводника через электролит, игнорирования необходимости анодного контакта проводника при МДО, достижение эластичности формируемого покрытия, его устойчивости к воздействиям на изгиб и растяжение изделия, на котором сформировано покрытие, достижение однородности покрытия по толщине всей поверхности проводника, достижение структурной однородности покрытия по всей поверхности проводника. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 пр.
Наверх