Модифицированный наноуглеродом электролит анодирования детали из алюминия или его сплава



Модифицированный наноуглеродом электролит анодирования детали из алюминия или его сплава
Модифицированный наноуглеродом электролит анодирования детали из алюминия или его сплава

 


Владельцы патента RU 2607075:

Общество с ограниченной ответственностью "Наногальваника" (ООО "Наногальваника") (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и нанотехнологии. Электролит содержит серную кислоту, композицию «ЭКОМЕТ-А200» и порошок углеродного наноматериала «Таунит», введенный с помощью ультразвукового диспергатора, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л: серная кислота 180-220, композиция «ЭКОМЕТ-А200» 26-28, углеродный наноматериал «Таунит» от 0,005 до менее 0,03. Технический результат: упрощение технологии увеличения микротвердости алюминиевых поверхностей. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области гальванотехники и нанотехнологии, а именно к способам получения модифицированных наноматериалом электрохимических оксидных покрытий.

Традиционными технологическими процессами, используемыми для упрочнения алюминиевых образцов, являются: лужение, фосфатирование, графитизация, никелерование и анодирование. Среди представленных наиболее перспективным с точки зрения технологичности и себестоимости является анодирование поверхности. Анодирование производят, как правило, в серной, хромовой или фосфатной кислоте. Высокая токсичность хромовой кислоты не позволяет считать ее использование целесообразным.

Известен способ и фосфорно-кислый электролит анодного оксидирования алюминия и его сплавов с повышенной микротвердостью с использованием наночастиц (Weidmarm, S.K. Modifizierung von Anodisierschichten auf Aluminiumwerkstoffen durch chemische Nanotechnologie / S.K. Weidmarm, W. Furbeth, O. Yezerska, U. Sydow, M. Schneider // Galvanotechnik - 2010. - V. 101 (music). - P. 1728-1744). В результате получаются высокопористые анодные слои с хорошей адгезией. Далее происходит модифицирование верхнего слоя анодной пленки наночастицами SiO2 путем электрофоретического осаждения с использованием ультразвука на полученные покрытия с пропиткой пор.

Недостатком этого способа является техническая сложность реализации способа на практике ввиду требования дополнительного аппаратурного оснащения.

Известен также способ и электролиты серной, щавелевой и сульфосалициловой кислот анодного оксидирования алюминия и его сплавов из растворов с добавлением в них частиц фторопласта (патент РФ № 2078449, C25D 11/08, 11/18, опубл. 27.04.97). Частицы фторопласта при воздействии переменного асимметричного тока входят в поры покрытия, тем самым изменяя свойства покрытия.

Основным недостатком данного способа является недостаточно высокая микротвердость и износостойкость из-за внедрения в микропоры мягких частиц фторопласта.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ нанесения оксидного покрытия на деталь из алюминия и его сплава, включающий анодирование детали в электролите, содержащем частицы углеродного наноматериала «Таунит», при этом осуществляют прикрепление множества частиц на алюминиевую поверхность, с использованием связывающей среды - оксидных гальванических покрытий, и также электролит для нанесения оксидного поркытия на деталь из алюминия или его сплава, содержащий частицы углеродного наноматериала «Таунит», введенные с помощью ультразвукового диспергатора, при следующем соотношении компонентов, г/л:

серная кислота 190-210
композиция «ЭКОМЕТ-А200» 26-28
углеродный наноматериал «Таунит» 0,1-1,6

раскрытые в RU 2511806 С1, опубл. 10.04.2014.

Недостатком данного способа является недостаточно высокая микротвердость и износостойкость из-за высокой коагуляции микрочастиц материала «Таунит» и осаждения их на поверхность с образованием оксидных выпуклостей.

Ввиду перечисленных недостатков эти способы не нашли достаточного применения в производстве.

Задачей изобретения является повышение микротвердости оксидного слоя алюминия за счет использования электролита анодирования, модифицированного наноматериалом.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии увеличения микротвердости алюминиевых поверхностей.

Поставленная задача решается путем введения в электролит анодирования частиц наноматериала углеродных нанотрубок (УНТ) «Таунит» с помощью ультразвукового диспергатора. Таким образом, электролит анодирования алюминия: 180-220 г/л серной кислоты, 26-28 г/л композиции «ЭКОМЕТ-А200», от 0,005 до менее 0,03 г/л порошка УНТ «Таунит». После введения в раствор электролита наноуглеродного материала «Таунит» электролит обрабатывают в ультразвуковом диспергаторе с частотой 22 кГц. Интенсивность ультразвуковой обработки: амплитуда 80 мкм; интенсивность звука 786 Вт/см2.

Задача повышения микротвердости получаемых покрытий решается путем прикрепления множества частиц наноматериала на алюминиевую поверхность, используя связывающую среду, причем в качестве частиц наноматериала используют УНТ «Таунит», а в качестве связывающей среды - оксидные электрохимические покрытия.

В качестве нанодисперсного материала используют фуллереноподобные углеродные нанотрубки (УНТ) - наноуглеродный материал, зарегистрированный под торговой маркой «Таунит», который производится в ООО «НаноТехЦентр». УНТ «Таунит» представляет собой длинные полые волокна, состоящие их графеновых слоев фуллереноподобной конструкции (табл. 1).

Композиция «ЭКОМЕТ-А200» представляет собой саморегулирующий сернокислотный электролит анодирования для формирования бесцветных пленок на алюминии и его сплавах, которое предусматривает те же стадии обработки, что и обычный процесс анодирования в сернокислотном электролите. Композицию «ЭКОМЕТ-А200» можно вводить в действующий сернокислотный электролит анодирования.

Нанесение оксидного покрытия реализуется при последовательном выполнении следующих этапов:

1. Подготовка растворов для обезжиривания, травления, осветления, анодного оксидирования и уплотнения.

Водный раствор для обезжиривания состоит из 35-45 г/л тринатрийфосфата, 35-45 г/л кальцинированной соды, 10-14 г/л композиции «ЭКОМЕТ-012у».

Водный раствор для травления состоит из 140 г/л плавиковой кислоты (HF), 680 г/л азотной кислоты (HNO3).

Водный раствор для осветления состоит из 145-155 г/л серной кислоты, 3-5 г/л композиции «ЭКОМЕТ-А180».

Водный раствор для анодного оксидирования состоит из 180-220 г/л серной кислоты, 26-28 г/л композиции «ЭКОМЕТ-А200», от 0,005 до менее 0,03 г/л порошка УНТ «Таунит». Перемешивание порошка производится в ультразвуковом диспергаторе в течение 4-6 минут.

Водный раствор для уплотнения состоит из 90-110 мг/л композиции «ЭКОМЕТ-А210».

2. Подогрев раствора для обезжиривания до температуры 60-70°C и обезжиривание образца в нем в течение 10-12 минут.

3. Промывка образца в теплой воде (40-60°C) в течение 1-2 минут.

4. Промывка образца в холодной воде (20-25°C) в течение 1-2 минут.

5. Травление образца при температуре 20-25°C в течение 4-5 минут.

6. Промывка образца в теплой воде (40-60°C) в течение 1-2 минут.

7. Промывка образца в холодной воде (20-25°C) в течение 1-2 минут.

8. Осветление образца при температуре 20-25°C в течение 4-5 минут.

9. Промывка образца в холодной воде (20-25°C) в течение 1-2 минут.

10. Анодное оксидирование образца при температуре 18-22°C в течение 20-22 минут при силе тока 0,106 А (при этом анодирование выполняется с одной стороны образца).

11. Выдержка образца без тока в электролите (растворе для анодного оксидирования) 30-60 секунд.

12. Промывка образца в холодной воде (20-25°C) в течение 1-2 минут.

13. Уплотнение образца при температуре 20-25°C в течение 15-17 минут.

14. Сушка образца феном при температуре 60-65°C.

Для пояснения изобретения описаны примеры осуществления данного метода.

Пример

Электрохимическое оксидирование проводилось на предварительно подготовленные поверхности основы из алюминия в электролите:

Серная кислота 200 г/л
Композиция «ЭКОМЕТ-А200» 27 г/л
Порошок УНТ «Таунит» 20 мг/л

После введения в раствор электролита наноуглеродного материала «Таунит» электролит обрабатывают ультразвуковом с параметрами:

частота 22 кГц
амплитуда 80 мкм
интенсивность звука 786 Вт/см2

При анодировании использовались детали двигателя (корпус головки блока цилиндров, деталь подшипника газораспределительного механизма, днище поршня) внутреннего сгорания автомобиля ВАЗ 21011 из сплавов алюминия: АЛ4, АЛ9 (алюминиевые), AS41, МЛ5 (магниевые), АЛ1, АЛ25, АЛ30, АКЦ, АК10М2Н (алюминиевые).

Процесс проводится при плотности тока 1,5 А/дм2 при температуре 18-22°C в течение 20 минут. Получаемое покрытие беспористое и равномерно распределено по поверхности образца. Толщина покрытия составила 12,1-15,6 мкм.

Измерения микротвердости Нμ проводились прибором ПМТ-3М с ФОМ-16 в соответствии с методикой паспорта прибора при нагрузке 50 г. Полученное покрытие достаточно равномерно распределено по поверхности детали.

В результате проведенных экспериментов выявлено, что при использовании разработанной технологии существенно (более чем на 30%) повышается микротвердость образцов (днища поршня, корпуса головки блока цилиндров, подшипника газораспределительного механизма), в связи с чем детали упрочняются и повышается долговечность их эксплуатации.

Оксидирование детали днища поршня без добавления наноматериала «Таунит» в электролит увеличило микротвердость на 8%. Наилучший результат при добавлении в электролит наноматериала «Таунит» получен при его концентрации 10 мг/л, при этом микротвердость увеличилась на 42% по сравнению с необработанной деталью и на 31% по сравнению с оксидированной деталью с использованием традиционного электролита без добавления наноматериала «Таунит».

Оксидирование детали корпуса головки блока цилиндров (ГБЦ) без добавления наноматериала «Таунит» в электролит увеличило микротвердость на 2,6%. Наилучший результат при добавлении в электролит наноматериала «Таунит» получен при его концентрации 10 мг/л, при этом микротвердость увеличилась на 34% по сравнению с необработанной деталью и на 31% по сравнению с оксидированной деталью с использованием традиционного электролита без добавления наноматериала «Таунит».

Оксидирование детали подшипника газораспределительного механизма (ГРМ) без добавления наноматериала «Таунит» в электролит увеличило микротвердость на 2,7%. Наилучший результат при добавлении в электролит наноматериала «Таунит» получен при его концентрации 10 мг/л, при этом микротвердость увеличилась на 34% по сравнению с необработанной деталью и на 31% по сравнению с оксидированной деталью с использованием традиционного электролита без добавления наноматериала «Таунит».

Приведенные выше результаты экспериментов в обобщенном виде отображены в табл. 2.

Электролит анодирования детали из алюминия или его сплава, содержащий серную кислоту, композицию «ЭКОМЕТ-А200» и порошок углеродного наноматериала «Таунит», введенный с помощью ультразвукового диспергатора, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л:

серная кислота 180-220
композиция «ЭКОМЕТ-А200» 26-28
углеродный наноматериал «Таунит» от 0,005 до менее 0,03



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нанесения гальванических покрытий на изделия из чугуна и стали. Способ включает последовательное осаждение слоев покрытия из электролита при прямой полярности тока, при этом деталь прогревают и подвергают катодной обработке при плотности катодного тока 100-150 А/дм2 и температуре 70-75°C в той же ванне при непрерывной циркуляции электролита, по окончании катодной обработки плотность тока снижают до 32 А/дм2 и продолжают хромирование до достижения толщины покрытия 8-10 мкм, далее без подачи тока проводят охлаждение электролита до температуры 45-50 °C посредством теплообменника с протоком холодной воды, а по достижении заданной температуры на деталь подают минимальный катодный ток с постепенным подъемом плотности до 45-50 А/дм2  и проводят хромирование до получения требуемой толщины покрытия.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной, электротехнической и других отраслях промышленности. Способ включает электрохимическое осаждение из дицианаргентатнороданистого электролита, содержащего ионы серебра и модифицированный наноуглерод-алмазный материал детонационного синтеза, г/л: K[Ag(CN)2] (в расчете на Ag) - 20-35; К2СО3 - 40-50; KCNS - 150-200; модифицированный 5-30%-ной азотной кислотой наноуглерод-алмазный материал - 0,2-2,0, при температуре 18-25°С и плотности тока 0,5-2,0 А/дм2.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной, электротехнической, ювелирной и других отраслях промышленности. Способ включает электрохимическое осаждение из дицианаргентатного электролита, содержащего ионы серебра и модифицированные (т.е.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения на детали, работающие под нагрузкой в агрессивных средах, для повышения надежности работы изделий.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности для повышения износостойкости режущего инструмента деталей, машин и механизмов.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электролитическим способам нанесения композиционных хромовых покрытий на металлические изделия, и может быть использовано в металлургии и машиностроении для получения коррозионно-стойких твердых хромовых покрытий.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для ремонта лопаток соплового аппарата газовой турбины. Согласно изобретению обеспечивают лопатку (120, 130), образующую катод и имеющую покрываемую поверхность, ограничивающую критическую зону (21), анод (19), электролитическую ванну, содержащую нерастворимые частицы, и опору (12), на которой устанавливают упомянутую лопатку в рабочем положении относительно опорной стенки (14), помещают опору (12) в упомянутую ванну и осуществляют соосаждение частиц и металла анода (19), образуя покрытие (20) на покрываемой поверхности, при этом образом упомянутый анод (19) размещен обращенным к критической зоне (21), а упомянутая опора (12) снабжена средством контроля линий тока таким образом, чтобы получить покрытие (20) с толщиной, заданной и относительно постоянной для критической зоны (21) и постепенно уменьшающейся до практически нулевого значения вдоль краев упомянутого покрытия (20).

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности в машиностроении, производстве монет, столовых приборов, дорожных ограждений и других изделий, подверженных истиранию, коррозии и эрозии.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания композиционных электрохимических покрытий различного назначения. Способ получения композиционного покрытия включает осаждение металлического покрытия из водного электролита-суспензии с ультрадисперсными частицами алмаза.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в радиотехнике и электротехнике. Покрытие равномерно по всему объему серебра содержит астралены в количестве от 0,005 мас % до 0,5 мас %.

Изобретение относится к области порошковой гальванотехники, а именно: к материалам для получения композиционных гальванических покрытий, и может быть использовано для создания износостойких покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства. Электролит-суспензия для получения износостойких покрытий на основе железа содержит нанодисперсный порошок оксида алюминия в виде частиц сферической формы размером 0,03 мкм и менее с концентрацией 0,5-50 г/л, который получен путем плазменной переконденсации крупнодисперсного порошка оксида алюминия. Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств предлагаемых покрытий, а именно: износостойкости и микротвердости, и седиментационной устойчивости электролита. 1 табл., 1 ил.
Наверх