Способ нанесения керамического покрытия на алюминий и его сплавы


 


Владельцы патента RU 2581956:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области формирования защитных антифрикционных износостойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов или на деталях с покрытием из алюминия и его сплавов. Способ включает микродуговое оксидирование детали в электролите, содержащем щелочь 1-4 г/л, жидкое стекло 3-12 г/л и дистиллированную воду - до 1 л, при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой наложения импульсов 50 Гц переменного тока, при этом поверхность детали подвергают несквозной перфорации путем формирования на ней углублений в шахматном порядке диаметром 0,3-0,6 мм, глубиной 0,5-1,3 мм, на расстоянии 0,3-0,6 мм друг от друга, после чего осуществляют микродуговое оксидирование детали в электролите в течение 3-6 ч. Технический результат: повышение надежности и долговечности работы детали. 3 пр.

 

Изобретение относится к области формирования защитных антифрикционных износостойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов или деталях с покрытием из алюминия и его сплавов.

Известен способ нанесения оксидного покрытия, описанного в патенте RU №2055696, 6 B22F 3/14, B22F 3/24, 1996, заключающийся в том, что поверхность изделия подвергают микродуговому оксидированию в течение 3 ч до достижения напряжения 500-800 В и толщины пленки 0,5-1,1 мм. Существенное возрастание величины керамического слоя обусловлено структурой спеченного материала, позволяющей электролиту проникать вглубь изделия при микродуговом оксидировании.

Недостатком известного способа являются невысокие прочностные характеристики основного материала самого изделия, что значительно ограничивает его область применения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ нанесения покрытий на металлы и их сплавы, включающий микродуговое оксидирование детали в щелочном силикатсодержащем электролите при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой наложения импульсов 50 Гц переменного тока (RU №2424381, C25D 11/02, C25D 11/24, 2010).

Однако данным способом можно получить твердое покрытие толщиной до 0,1-0,2 мм. Созданный слой на поверхности металла обладает достаточно высокой твердостью, но его толщина во многих случаях не позволяет достичь требуемой долговечности и работоспособности изделия.

Задачей изобретения является разработка нового способа, позволяющего увеличить толщину керамического слоя до 0,5-1,3 мм и повысить его работоспособность.

Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности работы детали.

Поставленная задача и указанный технический результата достигаются тем, что в способе нанесения керамического покрытия на алюминии и его сплавах, включающий микродуговое оксидирование детали в электролите, содержащем щелочь 1÷4 г/л, жидкое стекло 3÷12 г/л и дистиллированную воду - до 1 л, при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой наложения импульсов 50 Гц переменного тока, согласно изобретению поверхность детали подвергают несквозной перфорации путем формирования на ней углублений в шахматном порядке диаметром 0,3÷0,6 мм, глубиной 0,5÷1,3 мм, на расстоянии 0,3÷0,6 мм друг от друга, после чего осуществляют микродуговое оксидирование детали в электролите в течение 3÷6 ч.

В результате несквозной перфорации, дополнительно происходит снятие напряжений в слое покрытия, что позволяет повысить работоспособность изделия. При этом несущая способность поверхности не уменьшается, так как углубления, при микродуговой обработке детали, заполняются оксидами кремния и алюминия.

Выбор размеров углублений на поверхности детали и их взаимного расположения был обусловлен следующими факторами. При диаметре углубления менее 0,3 мм доступ электролита к его внутренней поверхности и соответственно отвод газов при микродуговом оксидировании затруднен, что не позволяет существенно увеличить толщину керамического слоя по сравнению с известным способом. Если диаметр их больше 0,6 мм, то осаждаемый из состава электролита слой оксида кремния и оксид алюминия не заполняет полностью все отверстие, что приводит к воздушным разрывам в керамическом слое. Это может привести к снижению несущей поверхности детали и, как следствие, потере работоспособности изделия при его последующей эксплуатации. Нанесение углублений на поверхности изделия глубиной менее 0,5 мм не имеет большого практического смысла, так как не приводит к существенному увеличению толщины керамического слоя. Если же их размер увеличить более 1,3 мм, то высока вероятность образования очагов электрохимической коррозии в толще керамического слоя на поверхности изделия, что снижает адгезию покрытия к основному материалу изделия и его прочность.

Большую роль для формирования упрочненного покрытия играет взаимное расположение углублений на поверхности детали. При нанесении их на расстоянии более 0,6 мм друг от друга при микродуговом оксидировании в полученных выступах останется слой основного материала - алюминия и, следовательно, слой керамического покрытия будет неоднородным. При создании углублений на поверхности на расстоянии менее 0,3 мм от одного до другого при микродуговом оксидировании будет существенно уменьшено содержание модификации оксида алюминия в керамическом слое, обладающей высокой микротвердостью до 24 ГПа, за счет возрастания доли оксида кремния. Это существенно снижает физико-механические характеристики керамического слоя. Так как расстояние между отверстиями существенно влияет на структуру покрытия, то с целью получения его изотропного состава было предложено наносить их в шахматном порядке.

Выбор состава электролита обусловлен следующим. При содержании щелочи менее 1 г/л электролит имеет недостаточную электропроводность, что уменьшает величину и число электрических разрядов внутри слоя покрытия, тем самым снижая его толщину. При содержании щелочи выше 4 г/л в течение короткого времени микродуговой обработки возникают мощные дуговые разряды на поверхности изделия, разрушающие поверхность. При содержании жидкого стекла менее 3 г/л внутри поверхностного слоя детали возникают локальные очаги электрохимической коррозии, что делает невозможным дальнейшую эксплуатацию изделия. При увеличении в составе электролита содержания жидкого стекла более 12 г/л, увеличивается доля оксида кремния в составе покрытия, которая приводит к уменьшению прочности керамического слоя, также увеличивается мощность микродуговых разрядов, которые при определенном значении разрушают покрытие.

Выбор времени микродуговой обработки был сделан исходя из следующего. При времени менее 3 часов толщина покрытия недостаточна для надежной эксплуатации изделия. При обработке свыше 6 часов процесс микродугового оксидирования практически прекращается, не происходит дальнейшего увеличения размера керамического слоя.

Пример 1. В соответствии с предложенным способом, на поверхность образца из дюралюминия Д16 методом электроэрозионной прошивки были нанесены углубления в шахматном порядке диаметром 0,3 мм, глубиной 0,5 мм, на расстоянии 0,3 мм друг от друга. После этого обрабатываемое изделие помещено в электролит следующего состава:

NaOH - 1 г/л;

жидкое стекло - 3 г/л;

вода до 1 л,

при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц. Плотность тока 10 А/дм2. Процесс вели в течение 3 ч.

Одновременно с этим, в соответствии с известным способом, в электролите данного состава подвергали микродуговому оксидированию деталь алюминиевого сплава Д16 с гладкой поверхностью. Плотность тока 10 А/дм2. Процесс вели также в течение 3 ч.

Толщина керамического слоя, созданного по предложенному способу, составляет 0,5 мм; по известному - 0,05 мм.

Пример 2. Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но на поверхности образца формировались углубления диаметром 0,45 мм, глубиной 0,9 мм, на расстоянии 0,45 мм друг от друга. Микродуговое оксидирование проводилось в электролите следующего состава:

NaOH - 2,5 г/л;

жидкое стекло - 9 г/л;

вода до 1 л.

Процесс проводили в течение 4,5 часов. Одновременно в данном электролите получали керамический слой по известному способу.

Результаты: толщина керамического слоя, созданного по предложенному способу - 0,9 мм; по известному - 0,07 мм.

Пример 3. Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но на образец наносились углубления диаметром 0,6 мм, глубиной 1,3 мм, на расстоянии 0,6 мм друг от друга. Микродуговое оксидирование проводилось в электролите следующего состава:

NaOH - 4 г/л;

жидкое стекло - 12 г/л;

вода до 1 л.

Процесс проводили в течение 6 часов. Одновременно в данном электролите получали керамический слой по известному способу.

Результаты: толщина керамического слоя, созданного по предложенному способу - 1,3 мм; по известному - 0,15 мм.

Представленные примеры выполнения заявляемого способа подтверждают, что за счет несквозной перфорации поверхности детали, взаимного расположения углублений на ней, а также выбора состава электролита достигается существенное увеличение толщины керамического слоя, а соответственно, повышается долговечность и работоспособность изделия.

В настоящее время способ находится на стадии лабораторных экспериментов.

Способ нанесения керамического покрытия на деталь из алюминия или его сплава, включающий микродуговое оксидирование детали в электролите, содержащем щелочь 1-4 г/л, жидкое стекло 3-12 г/л и дистиллированную воду - до 1 л, при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой наложения импульсов 50 Гц переменного тока, отличающийся тем, что поверхность детали подвергают несквозной перфорации путем формирования на ней углублений в шахматном порядке диаметром 0,3-0,6 мм, глубиной 0,5-1,3 мм, на расстоянии 0,3-0,6 мм друг от друга, после чего осуществляют микродуговое оксидирование детали в электролите в течение 3-6 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в способах штамповки, отливки и для печати. Пресс-форма содержит на поверхности анодированный пористый слой оксида алюминия, который имеет множество первых утопленных частей и множество вторых утопленных частей, при этом множество вторых утопленных частей имеет двумерный размер не менее 190 нм и не более 50 мкм, если смотреть в направлении, перпендикулярном к поверхности пресс-формы, и содержит множество мелких утопленных частей на внутренней поверхности, которое имеет двумерный размер не менее 10 нм и не более 200 нм, а множество первых утопленных частей имеет двумерный размер не менее 10 нм и не более 200 нм и расположено между множеством вторых утопленных частей, при этом среднее значение двумерного размера множества вторых утопленных частей больше среднего значения двумерного размера множества первых утопленных частей.
Изобретение относится к области гальванотехники. .
Изобретение относится к формированию износостойких покрытий на алюминиевых деталях сложной формы и большой площади и может быть использовано в машиностроении. .
Изобретение относится к области нанесения износостойких покрытий и может быть использовано для повышения эксплуатационных свойств деталей из алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на изделиях из алюминиевых сплавах, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали, используемые в авиационной, машиностроительной, химической и строительной отраслях промышленности.

Изобретение относится к области нанесения покрытий на алюминий или его сплавы путем плазменного электролитического оксидирования. Способ включает нанесение на алюминиевый сплав оксидного покрытия путем плазменного электролитического оксидирования в водном электролите при наложении переменного тока эффективной плотностью 5-60 А/дм2, при этом дополнительно проводят модифицирующую обработку поверхности алюминиевого сплава в водном растворе, содержащем, г/л: азотную кислоту 450-500 и фтористый натрий 45-50, после чего проводят плазменное электролитическое оксидирование при наложении переменного тока, сформированного последовательностями из анодного и катодного импульсов с временным интервалом между последовательностями, при этом продолжительность каждого импульса составляет 100-250 микросекунд, а длительность временного интервала составляет не менее суммарной продолжительности анодного и катодного импульсов, при этом водный электролит имеет следующий состав, г/л: тетраборат натрия 10-водный 20-50, гидроокись натрия 1-4, натрий молибденовокислый 0,5-2, борная кислота 5-15.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. .
Изобретение относится к электрохимическому формированию оксидных износостойких покрытий на алюминии и его сплавах. .

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в авиационной, машиностроительной и судостроительной промышленности. .
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения седел клапанов методом микродугового оксидирования, и может быть использовано для упрочнения седел клапанов двигателей внутреннего сгорания из алюминиевого сплава.
Изобретение относится к способу восстановления и упрочнения изношенных стальных деталей и направлено на восстановление ресурса деталей и повышение эффективности и надежности их последующей эксплуатации и может быть использовано в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания пар трения, стойких к изнашиванию. .

Изобретение относится к области нанотехнологии и наноэлектроники, в частности к получению пористых наноматериалов. .

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов и сплавов для формирования на их поверхности коррозионно-, тепло- и износостойких покрытий и придания им защитных диэлектрических и декоративных свойств и может быть использовано в машиностроении, радиоэлектронике, химической промышленности, медицине, авиации.
Наверх