Способ получения покрытий на поверхности металлов и сплавов

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 способам электрохимической обработки металлов и сплавов для получения на поверхности деталей защитных коррозионно-стойких оксидных покрытий.

Известны: «Способ микродугового получения защитных пленок на поверхности металлов и сплавов» патент РФ №2061107, МКИ C25D 11/06, опубл. 27.05.96 г., «Способ нанесения электролитического покрытия на поверхность металлов и сплавов» патент №2112086, МКИ C25D 11/06, 27.05.98 г., «Способ нанесения коррозионно-износостойкого оксидного слоя с локально уменьшенной толщиной на поверхности металлической детали», патент Германии №4442792, МПК C25D 11/06, опубл. 04.05.1998 г.

К недостаткам указанных способов обработки относится сложность обработки в ваннах с электролитом крупногабаритных деталей, а также невозможность обработки поверхности деталей непосредственно в условиях эксплуатации.

Известен также «Электролитический способ нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов», патент RU 2294987, МПК C25D 11/02, опубл. 15.09.2005 г.

Недостатками этого способа являются неравномерность распределения материала покрытия на обрабатываемой поверхности и большой расход электроэнергии, так как микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 A/дм2.

Известен также «Способ получения покрытий на деталях из металлов и сплавов в режиме компрессионного микродугового оксидирования и устройство для его осуществления» патент RU 2324014, МПК C25D 11/02, опубл. 20.12.2007 г.

Недостатками этого способа являются: сложность обработка детали при ее полном погружении в раствор электролита в герметично закрываемой емкости, наличие дополнительного устройства для создания вакуума.

Наиболее близким по технической сущности и взятым в качестве прототипа является «Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов» патент RU 2194804, МПК, C25D 11/02, опубл. 20.12.2002.

В данном способе применяется устройство, обеспечивающее локальное оксидирование, перемещаемое по всей поверхности детали. Способ включает микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного анодом и катодом, и пористым экраном, через который подается жидкий электролит.

Недостатками известного способа являются наличие пористости в защитном оксидном покрытии и невозможность получения большой толщины покрытия. В известном способе электролит сначала подается на катод и через поролон сливается на анод. При этом электролит насыщается газообразным водородом вследствие основной катодной реакции электролиза воды: H+e→H.

Водород, являясь одним из самых сильных восстановителей, восстанавливает окислы металла и образует пористую, рыхлую оксидную пленку MeO+H2→Me+H2O или (MeO2+H2→MeO+H2O). Поры снижают эффективную толщину и коррозионную стойкость покрытий. Кроме того, электролит подлежит удалению, т.е. используется однократно.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости оксидных покрытий путем снижения пористости и увеличения эффективной толщины оксидного покрытия.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов, включающем микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного анодом и катодом, через который подается жидкий электролит, в соответствии с изобретением электролит сначала подается на анод под давлением 0,4-0,5 атм, а затем на катод. Давление 0,4-0,5 атм обеспечивает напор для движения потока электролита, уносящего пузырьки водорода в сторону, противоположную аноду, и механического уплотнения формируемых покрытий.

Давление выше 0,5 атм нецелесообразно, так как сильный напор электролита будет препятствовать получению более толстых покрытий и снижать коррозионную стойкость. Давление ниже 0,4 атм не обеспечит движение потока электролита, при этом водород не будет уноситься с потоком, в покрытии будут поры, снижающие коррозионную стойкость.

Катод выполнен в виде сетчатого металлического экрана, что исключает попадание электролизного водорода на обрабатываемую поверхность и не изменяет ионно-газовый состав электролита в этой зоне. Из зоны электролитной среды с обрабатываемой деталью-анодом атомарный и молекулярный водород в виде газовых пузырьков под давлением с потоком электролита втягивается внутрь сетчатого электрода-катода и по обратным шлангам стекает в бак с электролитом. За счет удаления водорода происходит уменьшение восстановительной способности электролита и образование оксидных пленок. При этом на обрабатываемой поверхности формируются более толстые и менее пористые оксидные пленки: (Me+O→MeO2).

За счет механического уплотнения первоначально податливых поверхностных оксидных формирований при интенсивном движении электролита от анода к катоду под давлением 0,4-0,5 атм становится возможным формировать беспористые оксидные покрытия большей толщины.

Схема микродугового оксидирования по заявляемому способу представлена на чертеже. Обрабатываемая деталь 1 (анод) плотно присоединена к корпусу 3 из винипласта или другого электроизоляционного материала. Плотный контакт корпуса из винипласта с обрабатываемой деталью обеспечивается уплотнительным кольцом из резины. Электролит 4 подают на анод 1 по гибкому шлангу 5 под давлением от электронасоса 7. Электронасос обеспечивает непрерывное движение электролита по замкнутому контуру: от бака 8 с электролитом 4 по гибкому шлангу 5 на обрабатываемую деталь-анод 1, затем на катод 2, по конической трубе 9 и шлангу 6 в бак 8.

Способ осуществляется следующим образом.

Поверхность детали, подлежащую микродуговому оксидированию, очищают и обезжиривают. Для примера использовали лист из титанового сплава марки BT1-0 толщиной 4 мм и площадью 1 м2.

На лист устанавливают плотно прилегающий к поверхности детали корпус из винипласта.

В качестве сетчатого экрана-катода 2 использовали конструкцию в виде конической трубы 9 с металлической сеткой из нержавеющей стали с ячейками 0,5 мм, площадью 1 дм2. Размер ячейки сетки не регламентируется.

Бак 8 с электролитом 4 объемом в 50 л помещен под обрабатываемым изделием 1. Электролит используют известных составов на основе Na3PO4·H2O. Электронасос производительностью 0,1 м3/час обеспечивает непрерывное интенсивное движение электролита.

Электролит подается в корпус по гибким резиновым шлангам на обрабатываемую деталь-анод под принудительным давлением 0,4-0,5 атм. Деталь не погружается в бак. Процесс идет на локальном участке обрабатываемой поверхности при максимальном напряжении 190 В и плотности тока 0,5 A/дм.2

Для получения заданной толщины оксидного слоя процесс обработки выдерживается определенное расчетное время. При длительности обработки 10 мин толщина покрытия составит 10 мкм.

Толщину покрытия определяют с помощью многофункционального электромагнитного толщиномера «Константа К 52», шероховатость покрытий измеряют портативным профилометром. Пористость оценивали в процентном отношении при взвешивании образцов. Результаты представлены в таблице 1.

Результаты свойств оксидных покрытий, полученных при использовании заявляемого способа.

Таблица 1
Способ Свойства покрытий
Пористость, % Толщина покрытия, мкм Параметр шероховатости, Ra, мкм Микротвердость, HV кгс/мм2
Заявляемый 5,0 10 0,32 780
Известный 35,0 0,5-1,0 1,25 230

Отсутствие пористости и большая толщина оксидного слоя повышают коррозионную стойкость покрытия.

Разработанная технология позволяет получать оксидные покрытия толщиной до 10-15 мкм, прочно сцепленные с основой, кроме того, она экологически безопасна, не требует специальных природоохранных мероприятий. Сбор и хранение электролита в открытой емкости способствует естественной дегазации, что позволяет его многократное использование по замкнутому циклу.

Способ получения защитного беспористого покрытия микродуговым оксидированием на поверхности листа из титанового сплава, отличающийся тем, что он 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.



 

Похожие патенты:
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.

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 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.

Изобретение относится к титановым лопаткам большого размера последних ступеней паротурбинных двигателей. Лопатка содержит сплав на основе титана и имеет переднюю кромку, включающую оксид титана, содержащий поры и верхний герметизирующий слой, заполняющий поры, выбранный из группы, состоящей из хрома, кобальта, никеля, полиимида, политетрафторэтилена и сложного полиэфира. Рассмотрен способ изготовления такой лопатки и изделие, включающее сплав на основе титана и содержащее переднюю кромку. Изобретение обеспечивает повышение долговечности, и уменьшение потерь от эрозии, и высокую экономическую эффективность. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области получения керамических покрытий методами электроплазменного напыления на изделиях из титановых сплавов и может быть использовано в приборостроении и машиностроении, в частности в деталях компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, в имплантируемых медицинских конструкциях. Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава включает электроплазменное напыление покрытия на основе диоксида и его модифицирование путем проведения микродугового оксидирования в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия с концентрацией 1-3 г/л в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 A/м2 продолжительностью 20-30 мин. Техническим результатом изобретения является повышение адгезии и микротвердости покрытия на основе диоксида циркония. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к твердому анодированию алюминиевых сплавов. Способ определения толщины оксидного покрытия в процессе твердого анодирования алюминиевого сплава включает измерение плотности тока и времени анодирования, а также измеряют напряжение на электролизере, рассчитывают удельное энергопотребление а толщину покрытия рассчитывают по формуле h=k⋅Q, где Q - удельное энергопотребление, кВт⋅ч/дм2, t - время анодирования, ч, J - плотность тока, A/дм2, U - напряжение на электролизере, В, h - толщина покрытия, мкм, k - эмпирический коэффициент, определяемый по тарировочной кривой зависимости h, мкм, и Q, кВт⋅ч/дм2, для анодируемого алюминиевого сплава и состава электролита. Технический результат - повышение точности определения толщины покрытия. 1 табл., 3 пр., 8 ил.

Изобретение относится к электрохимическому способу нанесения покрытий и может найти применение в машиностроении и других отраслях промышленности. Устройство содержит источник силового питания, связанный с ним силовой блок управления, соединенный с ванной с электролитом с погруженной в нее деталью и измерительным блоком, причем силовой блок содержит регулирующий элемент, обеспечивающий управление напряжением, временем начала и конца и длительности анодного и катодного циклов. Регулирующий элемент выполнен с возможностью подачи импульсов с промежутками между ними продолжительностью от 80 мксек до 5 мсек в течение анодного и катодного циклов с импульсами регулируемой частоты и длительности, при этом использован регулирующий элемент, обеспечивающий управление напряжением с широтно-импульсной и/или амплитудно-импульсной модуляцией. Технический результат: расширение технологических возможностей микродугового оксидирования, повышение сцепления покрытия с подложкой, достижение высокой твердости покрытия при регулируемой его пористости. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения оксидно-керамических покрытий. Устройство содержит источник трехфазного переменного или постоянного напряжения, подключенного к трехфазному мостовому выпрямителю, выходы которого соединены с фильтром, первый и второй датчики напряжения, повышающий высокочастотный трансформатор, вторичная обмотка которого одним выходом подключена к обрабатываемой детали, а другим выходом к катоду ванны с электролитом, первый датчик тока, компьютер, управляющий микроконтроллером, при этом оно дополнительно содержит понижающий и повышающий стабилизаторы напряжения, второй датчик тока, информационный выход которого подключен к четвертому входу микроконтроллера, первый дроссель, активный делитель напряжения и полумостовой инвертор напряжения, при этом силовые входы понижающего стабилизатора подключены к фильтру, а силовые выходы - один напрямую и другой - через второй датчик тока и первый дроссель подключены к силовым входам повышающего стабилизатора, силовые выходы которого подключены к первому датчику напряжения, силовым входам активного делителя напряжения и полумостового инвертора, а информационные входы обоих стабилизаторов соединены соответственно с первым и вторым выходами блока драйверов, при этом активный делитель напряжения формирует амплитуды анодного и катодного напряжений. Технический результат - простой алгоритм управления устройством и снижение его габаритов и веса. 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для электролитической обработки поверхностей металлов и сплавов и может быть использовано для получения оксидно-керамических покрытий. Устройство содержит источник трехфазного переменного или постоянного напряжения, подключенный к трехфазному мостовому выпрямителю, фильтр, первый и второй датчики напряжения, высокочастотный трансформатор, вторичная обмотка которого одним выходом подключена к обрабатываемой детали, а другим - к катодному электроду ванны, датчик тока, компьютер, управляющий микроконтроллером, выходы которого подключены к входам блока драйверов, первый и второй комбинированные стабилизаторы напряжения, мостовой инвертор напряжения, при этом силовые входы комбинированных стабилизаторов напряжения объединены и подключены к выходу фильтра, а силовые выходы - к первому и второму датчикам напряжения и к мостовому инвертору напряжения, состоящему из двух транзисторных полумостов, первый из которых подключен к силовым выходам первого комбинированного стабилизатора напряжения, а второй - к силовым выходам второго комбинированного стабилизатора напряжения, а в диагональ мостового инвертора напряжения включены последовательно соединенные датчик тока и первичная обмотка высокочастотного трансформатора. Технический результат - упрощение конструкции и системы управления и повышение надежности всего устройства. 1 ил.

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 Адм2 в течение 10 мин. Технический результат: повышение коррозионной стойкости оксидных покрытий путем снижения пористости и увеличения эффективной толщины покрытия. 1 табл., 1 ил.

Наверх