Способ алюминидирования ванадия

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социапистических

Респубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявленооб.0з.75 (21) 2II2>77/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 050278.Бюллетень № 5 (45) Дата опубликования опиеания 04,0278 (51) М. Кл.

С 25 Э 5/28

Гостдарственный номнтет

Совета а(нннстров СССР

II0 делам наобрвтвннй н отнрытнй (53) УЛК, 821 . 3 57 . 7 (088.8) (72) Авторы изобретения

A. В. Чекавцев, Б. Н. Кабанов, И. Г. Киселева и H. М. Матвеева (71) Заявитель

Институт электрохимии AH СССР (54) C)IOCOB AJI)OMHHHQHPOBAHHH влнлдия

l5

Изобретение относится к способу электролитического.получения сплавов, в частности к получению сплава алюминия и ванадия, путем катодного внедрения алюминия в поверхност- 5 ный слой ванадия (алюминидирование) .

Ванадий является перспективным. конструкционным материалом, обладающим .ценными свойствами„ в частности высокими прочностными и пластичес- 10 кими характеристиками. Применению этого металла препятствует его низкая жаростойкость: при нагревании на воздухе до 500 С он интенсивно о окисляется, образуя легкоплавкую пятиокись ванадия. Известно, что улучшение коррозионных свойств ванадия достигается путем сплавления его с алюминием, которое производится в электродуговой печи с неоднократной переплавкой и отжигом для получения гомогенного сплава. для повышения. жаростойкости и оррозионной стойкости ванадия дос- 25 таточно получения слоя сплава на. его поверхности. Это позволяет, сохраняя присущие ванадию ценные свойства, обрабатывать готовые изделия из этого металла, а:«e выделывать 80 их из заранее приготовленного сплава.

Известен способ гальванического покрытия алюминия в растворе бромис— того алюминия в ксилоле Plj

Однако процесс катодного внедрения алюминия в ванадий принципиально отличается от нанесения гальваничес— кого покрытия.

Под катодным внедрением понимается не осаждение металла на поверхности с последующей его диффузией в глубь электрода, а образование интерметаллида непосредственно в акте электрохимического разряда. Термическая диффузия алюминия в ванадий в данном случае практически отсутст««ует и алюминид, следовательно, образуется непосредственно электрохими— ческим путем (2,3j

Что же касается электроосаждения металлического алюминия, го в данном случае оно является нежс:пательным побочным процессом.

Теоретически катодное внедрени» алюминия в ванадий должно имеrь место и в некоторой области потенциалов положительнее потенциала выделения алюминия. Поэтому возможно вести процесс так, чтобы выдел :ния

591532

25 фазы металлического алюминия не происходило. Однако в этом случае обраэование интерметаппида происходит с малой скоростью. Удобнее проводить процесс при более отрицательных потенциалах, когда скорость катодного внедрения возрастает, допуская при этом протекание побочного процесса — выделение фазы метаппического алюминия. 10

Этот процесс нежелателен, поскопьку защитные свойства алюминия превосходят свойства алюминиевого покрытия, Поэтому образующийся металлический алюминий необходимо полностью удалить с поверхности ванадия.

Известен способ апюминидирования ванадия в неводном электролите (4).

Недостатки этого способа заключаются в использовании расплава, содержащего фториды щелочных и щепочноземепьных металлов и апюминия, ведении процесса лри высоких о температурах (600 С), необходимости специального дорогостоящего оборудования вниду химической агрессивности расплавленных фторидов, трудности н обращении с рас— плавленными фторидами и их ядови—

30 тости, необходимости тщательной очистки от кислорода даже в виде следов влаги нпи окислов металлов .

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что, с целью упрощения процесса, повышения жаростойкости и коррозионной стойкости ванадия, в качестве неводного эпектропита берут 20 вЂ З раствор бромистого алюминия в ксипопе с последующей анодной обработкой в том же растворе лри плотности тока 0,01—

0,1 А/дм в течение 0,2-2 час.

Катодное внедрение алюминия проводят лри температуре 18-25 С, катодной плотности тока 0,5-5 А/дм 2 45 и продолжительности 4 — 40 час. Величины плотности тока и лродопжитепьности сочетаются таким образом, чтобы количество пропущенного эпектричества составило 20-40 А. час/дм . 50

Необходимо особо отметить, что присутствие и рабочем электро.".ите соединения внедряющегося металла является успонием необходимым, но не достаточным.

Бып исследован ряд,эпектропитов, предстанпяющих собой растворы разпичных солей алюминия в разпичных растворитепях, а именно: 25%-ный раствор бромистого алюминия в ксипопе, 30%-ный раствор сернокиспого алюминия в воде, насыщенный при 25 С раствор сернокислого алюминия в этиповом спирте и насыщенный при 25 С раствор хлористого алюминия в диметипформамиде>

Образование слоя апюминида на поверхности образца обнаруживают методом хронопотенциометрии по поянпению задержки спада потенциапа.

На чертеже показаны анодные хронопотенциограммы, полученные после

2-х часовой катодной попяризации ванадия в различных электролитах.

Площадки на хронопотенциограмме, свидетельствующие о наличии апюминидон нанадия, наблюдаются только после поляризации ванадия н растворе бромистого алюминия в ксипопе (кривая 1) . Во всех остальных случаях потенциал электрода быстро смещается до стационарного потенциапа ванадия (кривые 2-4) . Отсутствие площадки на хронолотенциограмме указывает на отсутствие апюминида.

Испытания на жаростойкость и кор розионную стойкость показали, что н том случае, когда катодная обработка образца лринодит к образованию в их поверхности слоя апюминида (в растворе бромистого алюминия и ксипопе), их жаростойкость лонышается в 2 раза,, а коррозионная стойкость — в 1,5 раза.

После обработки н других растворах, не приводящей к образованию апюминидон, жаростойкость и коррозионная cTQAKocTb образцов не отпичается от такового для чистого ванадия.

Пример . Образец ванадия представляет собой цилиндр диаметром .4 мм и высотой 17 мм. Преднаритепьная обработка поверхности образца сос-.оит н эпектропитической полировке его в смеси 10 хпорной кислоты и 90 мп ледяной уксусной кислоты анодным током плотностью

20 А/дм

z н течение 1-2 мин, По пе лопнровки образец промывают н большом количестве дистилпированной волы. Последующее катодное апюминидирование производят н стеклянной эпектрохимической ячейке.

Электролитом служит 25%-раствор бромистого алюминия н ксипопе. Объем раствора — 75 мп. В качестве анодов используют дна алюминиевых стержня диаметром 5 мм, расположенных ло обе стороны катода, и постепенно растворявшихся в ходе электролиза.

Апюминидирование осуществляют при температуре 25 С, катодной плотности тока 1 А/дм в течение 40 часов.

Затем удаляют образовавшийся на катоде слой металлического алюминия, дпя чего образец, не вынимая и3 ячейки, подвергают анодной обработке при плотности тока

0,1 А/дм до тех пор, пока . потен2 циап образца не достигнет потенциапа на 15 мВ положительнее эна591532 чения потенциала металлического алюминия (70 мин).

Этим способом получают сплав алюминия и ванадия толщиной порядка

1 мм.

В табл. 1 представлены данные о скорости внедрения алюминия и скорости роста слоя алюминида.

В табл. 2 приведены данные о жаростойкости и коррозионной стойкос- 0 ти поверхности ванадия.

Т а б л и ц а 1

Колич.электрич., А ч/дм

2 щич а оя, м ость ре500

0,7

1,7

Известный 0,4

Предлагаемый 0,5-5

500-1000 0,25-3,0

20-40

20-40

Та блиц а 2

Не обработанный ванадий

0,05

0,02 0,15 0,032 0,136

0 1

Объемный сплав ванадия с 5Ъ алюми ни я

0,083

0,016

0,055

0,039

0,013 0,016

0,009 0,1

0 50

Ванадий с поверхностью, алюминидированной по предлагаемому способу

Из табл. 2 видно, что алюминидированный ванадий превосходит не обработанный в 1,5-8 раз по коррозионной стойкости и, что особенно важно, в два раза по жаростойкости, а кроме того слой алюминида толщиной в 1000 мкм, позволяя сохранить неизменными объемные. свойства, защищает ванадий не хуже, чем введение 15% алюминия в объем ванадия.

591532

Формула изобретения агю

Ч п бреля, .вас.

Состаивтель В. Бобок

Редактор С. Снегирева Техред З.фанта Корректор С. Ямалова

Заказ 542/24 Тираж 738 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д ° 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная

Способ алюминидирования ванадия в неводном электролите, о т л и. ч аю шийся тем, что, с целью упрощения процесса, повышения жаростойкости g коррозионной стойкости ванадия, в качестве неводного электролита берут 20-30% раствор бромистого алюминия в ксилоле с последующей анодной обработкой в том же растворе при плотности тока 0,01-0,1 A/äì в течение 0,22 часов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

Симанавичус Л. Э., Левинскене A. М. Ксилольный электролит алюминидирования. Новые достижения отечественной гальванотехники.

ЛДНТП, 1967 ч. 1, с. 18-19.

2. Кабанов Б. Н. и др. Электрохимическое внедрение элементов в электроды, Электрохимия, 1972, том. 8, выпуск 7, с. 955-971.

3. Теплицкая Г. Л., Астахов П. П.

Исследование катодного внедрения с помощью"химического анализа. Электрохимия, 1972, том 8, выпуск 8, с. 1199-1202.

4.Патент Великобритании

9 119335, кл. С 7 В, 1970.