Способ анодирования алюминия и его сплавов



Способ анодирования алюминия и его сплавов

 


Владельцы патента RU 2595167:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) (RU)

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.

 

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания износостойких покрытий на трущихся поверхностях подшипников, опор скольжения, направляющих и других деталей машин из алюминия и его сплавов, применяемых в машиностроительной, металлообрабатывающей, станкостроительной и других областях промышленности.

Известен метод [патент RU 2136788 C1. Способ получения покрытий / Э.С. Атрощенко, О.Е. Чуфистов, И.А. Казанцев, В.А. Дурнев. Патентообладатель: Пензенский государственный университет. Опубл.: 10.09.1999], заключающийся в том, что анодирование выполняют с микродуговыми разрядами в электролите, содержащем борную кислоту и гидроксид калия, а затем проводят термоообработку при температурах не ниже 500°C в течение не менее 100% от времени анодирования. Этот метод применяется для получения тонкослойных покрытий со значительными затратами электроэнергии, а при изготовлении установки необходимо использовать электротехнические устройства, работающие при высоких плотностях тока.

В качестве прототипа выбран способ [патент №1244212 SU. Способ анодирования алюминия / Е.Ф. Сперанская, А.А. Мейрманова, В.Л. Добженецкая, Л.К. Гудин. Патентообладатель: Казахский государственный университет им. С.М. Кирова. Опубл. 15.07.1984], в котором на первой стадии анодирования в качестве электролита используют тетраборат натрия и винную кислоту, после чего проводят термообработку при 400-420°C в течение не более 5 мин, конечной стадией является повторное анодирование с добавлением виннокислого кобальта (II), который восстанавливается и образует на алюминиевой подложке слой металлического кобальта.

В результате получаются тонкослойные покрытия с хорошими диэлектрическими свойствами, но их толщина и твердость чрезмерно малы.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в достижении технического результата: получении защитных анодных покрытий толщиной не менее 60 мкм с повышенной твердостью.

Указанный технический результат достигается тем, что анодирование алюминия и его сплавов выполняют на постоянном токе плотностью 5-10 А/дм2 в электролите с концентрацией серной кислоты от 2 до 10 масс. %, продувая через электролит воздушную смесь, содержащую 1-5 мг/л озона, с одновременным ультразвуковым воздействием в течение 30±5 минут на первой стадии, затем проводят нагрев изделий при температуре 500-640°C в течение 20-30 минут, охлаждают их и повторно анодируют не более 15 минут при указанных выше условиях (вторая стадия анодирования).

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 1 O 2 , 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 в кристаллическую [Строение и свойства адсорбентов и катализаторов: Пер. с англ. / под ред. Б.Г. Линсена. - М.: Мир, 1973. 653 с.]. Также алюминий частично заполняет поры благодаря диффузии и при последующем анодировании окисляется - объем пор уменьшается.

Ультразвуковое воздействие на электрохимическую ячейку обусловливает появление кавитационных пузырьков, схлопывание которых обеспечивает дополнительное силовое и тепловое воздействие на формирующееся анодное оксидное покрытие благодаря ударным волнам и кумулятивным струйкам. Это, в свою очередь, также интенсифицирует образование кристаллов оксида алюминия в покрытии.

Указанные выше способы воздействия на реакционную зону при анодировании дают синергетический эффект.

Приведем примеры осуществления предлагаемого способа на пластинах размером 40×25×3 мм. В качестве катода использовали пластину стали 12Х18Н10Т. Условия и результаты анодирования пластин, обработанных в соответствии с предлагаемым изобретениям (образцы №2-4), представлены в таблице. Для сравнения в таблице приведены толщина и твердость покрытия пластин, обработанных по способу-прототипу (образец №6), и по условиям анодирования, выходящим за интервалы предлагаемого способа (образцы №1 и 5).

Анодирование осуществляли с помощью известной установки, которая содержит ультразвуковую ванну и позволяет получать озоно-воздушную смесь, содержащую 1-5 мг/л озона [Влияние ультразвука на формирование и свойства оксидного покрытия при анодировании алюминия и его сплавов / Н.Ф. Коленчин, В.Н. Кусков, П.Н. Шадрина, А.В. Сафронов // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. Т 15. №4. С. 96-98]. Использовали водный электролит, содержащий 2-10 мас. % серной кислоты, плотность электрического тока поддерживали в интервале 5-10 А/дм2. Частота ультразвуковых колебаний составляла 20,35-48,4 кГц.

Очищенный и осушенный воздух пропускали через озонатор и продували через электролит. Пластины из алюминия или его сплава помещали в ультразвуковую ванну с электролитом и подключали к источнику питания постоянного тока. Через 30±5 минут электропитание отключали. Образец извлекали, промывали водой, сушили на воздухе, помещали в печь, нагретую до 500-640°C, и выдерживали 20-30 минут. После охлаждения образцов на воздухе повторяли анодирование не менее 15 минут, промывали водой и сушили. Затем контролировали характеристики полученного покрытия.

Из таблицы видно, что толщина и твердость покрытий, полученных по предлагаемому способу анодирования, заметно увеличиваются по сравнению с показателями способа-прототипа. При невыполнении предлагаемых параметров обработки характеристики покрытия уменьшаются на 15-30%.

Способ анодирования изделий из алюминия и его сплавов, включающий анодирование на постоянном токе в кислотном электролите с дополнительным окислителем в две стадии с промежуточным нагревом, отличающийся тем, что нагрев изделий проводят при температуре 500-640°C в течение 20-30 мин, а 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 после нагрева и охлаждения не более 15 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения пористой пленки с высокоупорядоченной системой пор, образующих строгую гексагональную решетку, а также к способу формирования высокоупорядоченных массивов анизотропных структур.

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.

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.

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.
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.

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.
Изобретение относится к получению на поверхности металлов износостойких покрытий методом микродугового оксидирования и может быть использовано в машиностроении, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Изобретение относится к области формирования защитных износо- и коррозионно-стойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов. .
Наверх