Способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов

Авторы патента:

Сафронов Александр Владимирович (RU)

C25D11/12 - многократное анодирование, например в различных электролитах

Владельцы патента RU 2548841:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) (RU)

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.

Изобретение относится к электролитическому способу нанесения покрытий, в частности к способам оксидирования деталей из алюминия и его сплавов.

Известен способ получения покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование в кислых растворах продолжительностью не более 5 минут и нагрев до 150-600°C с выдержкой не более 5 минут [Патент РФ №2081947. Способ получения покрытий / Атрощенко Э.С., Розен А.Е., Казанцев И.А. - Бюл. 2002. №17]. Однако этот способ применяется для получения тонких декоративных покрытий с низкими физико-механическими характеристиками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование продолжительностью 30-85 минут током плотностью 25-35 А/дм² в водном электролите с добавкой 0,5-0,8 г/л метиленового голубого, который способствует переходу кислорода в синглетное (активное) состояние ¹O₂; после оксидирования изделия нагревают до температур не ниже 500°C [Патент РФ №2354758. Способ получения покрытий / Чуфистов О.Е., Борисков Д.Е., Чуфистов Е.А. - Бюл. 2009. №13]. Указанный способ выбран в качестве прототипа.

Известной причиной, препятствующей достижению технического результата, обеспечиваемого предлагаемым способом, является повышенная пористость оксидного покрытия и, как следствие, пониженная коррозионная стойкость.

Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является снижение пористости оксидного покрытия.

При осуществлении способа поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в уменьшении количества и размеров пор в покрытии.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов 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.

Между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения имеется следующая причинно-следственная связь. При прохождении через электролит озон взаимодействует с ним и оксидом алюминия и превращается в синглетный кислород ¹O₂, активность которого значительно больше, чем у молекулярного O₂ [Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. - М.: Изд-во МГУ, 1998. 480 с.]. Интенсифицируется окисление алюминия через барьерный слой, и на поверхности пор появляется дополнительное количество оксида алюминия. Кроме того, в покрытии образуется повышенное количество кристаллического Al₂O₃, так как в присутствии озона облегчается его зародышеобразование [Кусков В.Н., Коленчин Н.Ф., Шадрина П.Н., Сафронов А.В. Строение и свойства анодной оксидной пленки на алюминии и сплаве // Фундаментальные исследования. - 2012. - №11 (часть 3). - С.625-629].

Нагрев выше 500°C в печи с воздушной средой способствует дополнительной перекристаллизации аморфной составляющей покрытия [Строение и свойства адсорбентов и катализаторов: Пер. с англ. / под ред. Б.Г. Линсена. - М.: Мир, 1973. 653 с.]. При перегреве выше температуры плавления алюминия металл частично заполняет поры благодаря капиллярному эффекту, а при последующем оксидировании он окисляется, и объем пор уменьшается.

Приведем примеры осуществления предлагаемого способа на пластинах размером 60×25×3 мм. Условия и результаты обработки пластин представлены в таблице. Для сравнения в таблице приведена пористость покрытия пластин, обработанных по способу-прототипу.

Таблица
Режимы и результаты обработки пластин алюминия и его сплавов
№ образца	Марка материала	Содержание H₂SO₄, %	Время выдержки в печи, мин	Температура нагрева, °C	Плотность тока повторного оксидирования, А/дм²	Пористость, %
1	А5	5	15	500	5	14
2	АД31	20	20	500	3	13
3	Д16	10	30	600	2,5	10
4	АД31	25	40	600	8	21
5 прототип	А5	0	90	500	0	22

Оксидирование осуществляли с помощью известной установки, которая позволяет получать озоно-воздушную смесь, содержащую 3 мг/л озона [Патент РФ на полезную модель №114056. Установка для анодирования алюминия и его сплавов / Коленчин Н.Ф., Кусков В.Н., Сафронов А.В., Шадрина П.Н. Бюл. №7 от 10.03. 2012 г.]. Использовали водный электролит, содержащий 5-20 мас.% серной кислоты, плотность электрического тока составляла 5-10 А/дм².

После оксидирования пластины промывали водой, помещали в печь, нагретую до 500-600°C, и выдерживали 15-30 минут. Затем пластины повторно оксидировали в течение 30 мин с плотностью тока 2,5-5 А/дм² в том же электролите. После извлечения пластины промывали водой, сушили и определяли пористость по известной методике гидростатического взвешивания [ГОСТ 9.304-87. Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля].

Из таблицы видно, что пористость покрытия по предлагаемому способу (образцы №№1-3) уменьшается по сравнению с показателем по способу-прототипу (образец №5). При превышении предлагаемых параметров обработки пористость практически равна пористости, полученной по способу-прототипу.

Способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов, включающий первичное оксидирование продолжительностью 30-90 минут в водном электролите с применением синглетного кислорода и последующим нагревом деталей до температур не ниже 500°C, отличающийся тем, что 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, а после нагрева выполняют повторное оксидирование в течение 30 минут с плотностью тока 2,5-5 А/дм².

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.

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.

Способ формирования износостойких покрытий на деталях из алюминиевых сплавов // 2487200

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.

Форма и способ ее изготовления // 2482221

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 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.