Способ обработки поверхности изделий из титана или его сплавов

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалистическил республик

1 929739 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 01.04ЯО(2I) 2902618/22 02 (5l)M. Кл, С 23 Р 17/00

В 23 P 1l18 с присоединением заявки УЙ—

Гвеударетвеннмй кемнтет

СССР по делам наабретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.05.82,61оллетень N 19 (53) УДК 621.197. .5(088.8) Дата опубликования описания 26 05 82 Г

H. Д. Томашов, В. В. Красноярский, Т. Н. Ипат6ва, В. П. Ианохин и А. С. Дорофеев f

f;

I

Ф

If,;1

Ордена Трудового Красного Знамени институт =.. ».,„ физической химии АН СССР (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ.ИЗ ТИТАНА ИЛИ ЕГО СПЛАВОВ

Изобретение относится к обработке металлов и может быть использовано при изготовлении малорастворимых анодов на основе титана для катодной защиты речных и морских гидротехнических сооружений.

Известен способ обработки поверхности изделий из титана, реализованный при изготовлении малорастворимого анода на титановой основе для катодной защиты, в котором поверхностный слой выполнен иэ корроэионностойкого интерметалличес, кого соединения T

Однако этот способ включает в себя весьма трудоемкие технологические операции: приготовление слитка Т1 М, его измельчение и отбор определенной фракции,, приготовление на ее основе водной суспензии и ее многократное нанесение на основу титана с последующим закреплением Т1П1ч1 путем прокатки, напрессов ки, спекания или плавления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ обработки поверхности изделий иэ титана или его сплавов, включающий нанесение на поверхность никеля или его сплавов из расплава солей и термодиффузионS ную обработку. При реализации способа на поверхности изделия получают слой интерметаллического соединения титана с никелем Т1 Ni 21 .

Недостатком способа являются сравнительно низкие опорные характеристики модифицированной поверхности при использовании обработанного титана в качестве анода. Эксплутаиия таких изделий при высоких плотностях анодного тока

15 (выше 100 A/M1) приводит к отслаиванию этого покрытия. Осуществление способа включает травление поверхности титановых изделий, получение покрытий из расплавов, требует сложной аппаратуры и дефицитных реактивов, т. е. процесс достаточно сложен.

Бель изобретения — улучшение анодных

Характеристик модифицированной поверхности и упрощение технологии ппоцесса

3 92973 9 1

Поставленная цель дсотигается тем, . что согласно способу, включающему нанесение никеля илн его сплавов на иэдерае из титана или его сплавов, преимуфцественно на титановые аноды, и термодвффузионную обработку, нанесение никеля или его сплавов осуществляют электро искровым легированием.

При электроискровой обработке изделие из титана имеющее 5 - 8кл. чистоты поверхности, служит катодом, а никельанодом. В качестве анода используют не только чистый никель, но и его сплавы, I например, титан-никелевые сплавы. Электроискровую обработку проводят как на воздухе, так и в инертной среде, причем режимы обработки (ток короткого замыкания и напряжение) в случае титана не выходят за пределы известных для обработки других металлов. Темродиффуэионный отжиг иэделия после электроискровой обработки для предотвращенйя окалинообразования целесообразно проводить в вакууме 10 - 10" торр в интервале температур 900 - 1100 С. Варьируя количество никеля, наносимого на титановую основу, а также режим отжига (время и температуру), можно создавать на поверхности изделий слой интерметаллиде требуемой толщины.

Для получения интерметаллидного покрытия согласно предлагаемому способу, во-первых, не требуется высокий класс чистоты поверхности титанового иэделия (достаточен 5 — 6 кл); во-втозз рых, не требуется предварительная обработка поверхности растворами кислот, и электроискровое нанесение никеля можно проводить на изделие из титана в состоянии поставки; в -третьих, полученное поверхностное покрытие имеет значительную степень шероховатости которое обычно оценивается 3-5 кл чистоты поверхности;в-четвертых, модифицированная поверхность имеет очень развитую поверхность по сравнению с известной.

Рентгенографически было установлено, что интерметаллидное покрытие изделий из титана, полученных предлагаемым способом, кроме фазы ThqN<, дополнительно содержит фаэуТ М О, которая отсутствует на иэделиях, полученных согласно известному способу.

Более высокая плотность тока по выделению кислорода на единице истинной поверхности на иэделиях объясняется присутствием фазы Т1А М1qÎ.

Основное преимушество предлагаемого способа состоит в том, что он позволяет получать аноды, с единицы геометрической поверхности которых в условиях

5 выделения кислорода можно снимать анодные токи на порядок выше, по сравнению с анодом, полученным согласно известному способу. Соответственно этому снижается скорость коррозии анода, так как при одинаковой токовой погрузке анодов, плотность тока, рассчитанная на единицу истинной поверхности анода, будет приблизительно в 10 раз меньше.

При токе 100 А/м скорость поверхностного интерметаллидного слоя, как было установлено, составляет 1,5 ммlгод. При нанесении 30 мг/см никеля получается слой интерметаллида 45 - 50 мкм, отсюда срок службы анода составит 240:

:360 ч. Обычно промышленные токи эксплуатации малорастворимых анодов в условиях катодной защиты составляют 20 Alì

При этом токе скорость растворения интерметаллидного покрытия составляет

0,24 мм/год (240 мкмlгод). B этом случае срок службы анода по регенерации увеличится по 2000 ч.

Пример. Титановые пластины мар- ки,ВТ 1 О размером 100х 10 2 мм, обработанные до 6 и 8 кл. чистоты поверхности, обезжиривали ацетоном. Для модификации поверхности пластины применяли никель марки НП-1. Нанесение никелевого покрытия проводили электроискровым способом на воздухе с помощью вращающейся никелевой щетки, которая в процессе нанесения служила анодом, а титановая пластина - катодом. Никелевая щетка представляла собой два металлических диска (диаметром 75 мм и тол40 шиной 2 мм) с втулкой из эбонита (диаметром 25 мм и длиной 30 мм), между которыми с помощью болтов были зажаты полоски никелевой фольги шириной

5мм. Концы фольги выступали за пределы дисков на 20 мм, Щетка с помощью втулки закреплялась в токарный станок и вращалась с скоростью 100 об/мин.

При нанесении никеля ток короткого замыкания не превышал 10 А, а средний ток нанесения составлял 5 А. Никель наносили из расчета 30 мг/см1, что соответствует толщине никелевого слоя

45-50 мкм и времени нанесения 2 мин, После нанесения никеля изделие отжигали в вакууме 10 торр при 990 С в течение 6 ч.

Былй получены две пластины с модифицированной поверхностью 3-4 и 4-5 кл. чистоты.

S 9297

Полученное изделие было подвергнуто злектрохимическим испытаниям.

Лля определения эффективности работы анода и скорости его растворения проводили гальваностатические испытания анода в синтетической речной воде состава, мг/л: Й4 HCO y 3 ОО; СаС0 50;

Мс o4 50 при нагружении токами 100, 2РО, 300, 400 А/м, а также была on7.

Время до пробоя, ч

Предельная плотность тока, А/м по вьщелению кислорода фактор шероховатос

Класс чистоты поверх ности

Плотность тока, А/м

100

200

400 ти по от

Способ ношению к 14 кл. на единицу ге метрической а единину истинно чистоты поверхности поверхностии поверхности

2750 40

Предлагаемый 1 3-4

1000 40 280 87

200 30 20

44 35 — н — 2 4-5

Пробой

Извес тный товленный согласно предлагаемому спо30 собу, не обладает указанными недостатками, что позволит широко использовать такие аноды для катодйой защиты.

З5 Формула изобретения

Способ обработки поверхности иэделий из титана или его сплавов, преимуществ веннб титановых анодов, включающий на40 несение на поверхность изделия никеля или его сплавов и термодиффузионную обработку, отличающийся тем, что, с целью улучшения анодных характеристик изделий и упрощения технологии процесса, нанесение никеля или его сплавов осуществляют электроискровым легированием.

Источники информации, 50 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 505751, кл. С 23 F 13/00, 1976.

2. Патент Японии ¹ 49-25095, кл. 12 А 212, 1974.

ВНИИПИ Заказ 341 9/36 Тираж 1049 Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4

Предлагаемый способ модификации для получения анодов на основе титана для катодной защиты речных и морских гидротехнических сооружений прост, экономичен, не требует разработки специального оборудования и обладает более высокими анодными характеристиками.

Сравнение технических характеристик . изделий, полученных согласно изобретению, с применяемыми в промышленности графитовыми, ферросилидовыми и платинированными анодами выявило, что графитовые аноды обладают тем недостатком, что подвергаются разрушению с образованием СОп и СО (имеет место так называемое "холодное горение").

Ферросилидовые аноды имеют низкие физико-механические и технологические свойства (высокая хрупность), в результате чего их невозможно подвергать механической обработке. Платинированный титан и сплав титана с палладием обладают хорошими электрохимическими и коррозионными свойствами, но такие аноды дороги и дефицитны, что ограничивает их широкое применение. Анод, изго39 ределена предельная плотность тока по выполнению кислорода. 3а критерий эффективности работы анода было взято время до пробоя титановой основы (6-7 В относительно нормального водородного . электрода) при данной плотности анодного тока.

Сравнительные данные испытаний приведены в таблице.