СПОСОБ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1995 года по МПК C25D11/18 

Изобретение относится к области электрохимического нанесения защитных покрытий на вентильные металлы и их сплавы.

Известен способ [1] изготовления декоративного покрытия на металлах, в водном электролите с применением образующих изоляцию металлов алюминия, титана, тантала, циркония, ниобия или их сплавов при помощи определяющей импульсное напряжение электрохимической и плазмохимической реакции при пике напряжения 250-750 В, длительности импульса 20-2 мс, частоте импульса 35-300 Гц, импульсном потоке 10-120 А, температуре электролита 318-360 К, средней плотности тока 0,1-1 А см^-2.

Покрытия, получаемые данным способом, имеют недостаточную износостойкость и низкую производительность.

Наиболее близким является способ нанесения покрытий на металлы и их сплавы [2] в режиме микродугового оксидирования в щелочном электролите при наложении положительных и отрицательных импульсов напряжения.

Покрытие, получаемое по этому способу, имеет внешний рыхлый слой, который необходимо сошлифовывать, что приводит к изменению линейных размеров, а это недопустимо при обработке по данному способу технологических деталей, например, роторов ППМ, роликов эмальагрегатов. Покрытие имеет недостаточную износостойкость (абразивный износ 0,045 г/см²).

Цель изобретения получить износостойкое покрытие на деталях сложной формы, выполненных из вентильных металлов без изменения их линейных размеров, с низкой шероховатостью.

Эта цель достигается тем, что в способе микродугового оксидирования вентильных металлов и их сплавов процесс ведут в щелочном электролите с частотой следования импульсов напряжения 50 Гц при соотношении амплитуд анодного и катодного тока 1,06-2. Новым является то, что длительность отрицательных и положительных импульсов прямоугольной формы лежит в пределах 100-300 мс, а пауза между положительным и последующим отрицательным импульсом составляет 100-300 мс, при температуре электролита 15-30^оС и плотности анодного тока 30-70 А/дм². Дополнительно полученное покрытие уплотняется в растворе фторопласта.

Установлено, что при введении процесса в искровом режиме и наложении больших плотностей тока происходит сильный разогрев приэлектродного слоя, что ведет к образованию оплавлений на поверхности образца, разрушению и оплавлению покрытия. Ведение процесса при малых значениях длительности импульсов и низкой температуре электролита 15-30^оС позволяет избежать сильного разогрева, т. к. микродуговые разряды возникают в течение короткого периода времени, а в интервале между ними тепло успевает отводиться в раствор. Температура электрода поддерживается ниже критической. Это способствует равномерному распределению плотности тока по поверхности образца, что ведет к получению равномерных по толщине покрытий, обладающих низкой шероховатостью.

Малые значения длительности импульсов приводят к появлению керамических и оксидных образований малых размеров, что обеспечивает низкую шероховатость покрытия. Шероховатость покрытия связана с коэффициентом трения. Низкая шероховатость обеспечивает низкий коэффициент трения. Длительность паузы между положительным и последующим отрицательным импульсом должна быть не меньше 100-300 мс. Этого времени достаточно для того, чтобы обеспечить отвод тепла от поверхности электрода. При катодном импульсе происходит поджигание искровым разрядом покрытия. Это приводит к образованию пор в покрытии. При длительности катодного импульса 100-300 мс пористость покрытия достигает 15% что достаточно для наполнения их полимерными материалами, например фторопластом. При введении в поры полимерного материала происходит связывание твердых соединений алюминия во внешнем слое и увеличение адгезии с внутренним слоем, что приводит к дальнейшему увеличению износостойкости покрытия (увеличивается в 32 раза) и уменьшению коэффициента трения до 0,06, что способствует уменьшению износа как самого образца так и контртела.

Прямоугольная форма импульсов тока обеспечивает наивысшую производительность, так как прямоугольный импульс тока имеет максимальное количество электричества, а количество электричества связано с производительностью.

Таким образом при реализации предлагаемого способа образуется двухслойное покрытие: монолитно проплавленный внутренний слой и внешний пористый слой, состоящий из твердых частиц соединений алюминия. Внешний слой имеет достаточную износостойкость (увеличение износостойкости в 6,7 раз), и низкую шероховатость.

П р и м е р 1. В режиме микродугового оксидирования наносили покрытие на роторы пневмопрядильных машин (ППМ), выполненные из материала Д16. Процесс вели в электролите следующего состава, г/л: натрий фтористый 10; натрий тетраборнокислый 10-водный 30; натрий фосфорнокислый двузамещенный 12-водный 40; борная кислота 28, при температуре электролита 15-30^оС. Использовали импульсный источник питания "Корунд" (изготовитель РИТЦ). Время образования покрытия 30-40 мин при толщине покрытия 20-30 мкм. Длительность положительного и отрицательного импульса 200 мс, пауза между ними 200 мс, частота следования положительных и отрицательных импульсов напряжения 50 Гц, напряжение 500 В, плотность тока 40-70 А/дм², соотношение анодного и катодного токов 1,06-2. Покрытие, наносимое при этих режимах, имеет шероховатость R_a 0,27-0,3 мкм.

Покрытие наносили на 3 партии деталей.

Одна партия уплотнялась в растворе фторопласта. Для приготовления раствора фторопласта применяли бутиловый эфир уксусной кислоты (ГОСТ 22300-76) и фторопласт Ф-32 (ОСТ 6-05-432-78, дисперсность порошка 30-40 мкм) при следующем соотношении компонентов: Ф-32 5-10 г/л, бутиловый эфир уксусной кислоты до 1 л. Фторопласт растворяли в бутиловом эфире уксусной кислоты до получения однородной массы.

Вторую партию деталей уплотняли полиамидом марки 6/66/610-1 (ОСТ 6-05-438-830 дисперсность порошка 30-40 мкм). Раствор готовится аналогично.

Уплотнение осуществляли окунанием в раствор подогретой детали (Т 40-50^оС) в течение 5-7 мин при нормальных условиях с последующей полимеризацией при температуре: для фторопласта 200-300^оС, для полиамида 180^оС, время полимеризации 15-20 мин. Коэффициент трения и износостойкость оценивали на машине трения СМТ в условиях: нагрузка 98 Н; материал пары СТ3; линейная скорость 3,925 м/c площадь контакта 2 см². Износ покрытия оценивали весовым методом на весах точностью до 0,0001 г. Для сравнения в этих же условиях определяли износостойкость и коэффициент трения образца из сплава Д16.

В таблице приведены данные по износу, (износ оценивали как отношение износа упрочненного образца к износу неупрочненного образца) и коэффициенту трения.

П р и м е р 2. В режиме микродугового оксидирования наносили покрытие на ролики эмальагрегатов изготовленные из материала Д16. Процесс вели в щелочном электролите следующего состава, г/л: натрий фтористый 10; натрий тетраборнокислый 10-водный 30; натрий фосфорнокислый 12-водный 40. Использовали импульсный источник питания "Корунд". Время образования покрытия 30-40 мин. Длительность положительного и отрицательного импульсов 200 мс, пауза между ними 200 мс, частота следования импульсов напряжения 50 Гц, напряжение 500 В, плотность тока 40-70 А/дм², соотношение анодного и катодного токов 1,2-2. Температура электролита 15-30^оС.

Полученные при этих условиях покрытия при толщине 15-20 мкм имеют следующие характеристики: шероховатость R_a 0,74 мкм; износостойкость 12,9 (увеличение износостойкости по сравнению с неупрочненным образцом); коэффициент трения 0,1.

П р и м е р 3. В режиме микродугового оксидирования наносили покрытие на образцы изготовленные из сплава титана ВТ-1. Процесс вели в щелочном электролите состава, г/л: натрий фтористый 10; натрий тетраборнокислый 10-водный 30; натрий фосфорнокислый двузамещенный 12-водный 40, при температуре электролита 15-30^оС. Использовали импульсный источник питания "Корунд". Длительность положительного и отрицательного импульсов 250 мс, пауза между ними 250 мс, частота следования импульсов 50 Гц, напряжение 500 В, плотность тока 40-50 А/дм², соотношение анодного и катодного токов 1,2-2. Температура электролита 15-30^оС.

Покрытия толщиной 5-10 мкм имеют следующие характеристики: шероховатость R_a 0,3 мкм; износостойкость 2,0 (увеличение износостойкости по сравнению c неупрочненным образцом); коэффициент трения 0,18.

Использование: для нанесения износостойких покрытий на роторы пневмопрядительных машин, ролики эмальагрегатов, торцовые уплотнения. Сущность изобретения: способ включает микродуговое оксидирование поверхности в щелочном электролите с частотой следования импульсов напряжения 50 Гц при соотношении амплитуд анодного и катодного тока 1,06-2, длительности отрицательных и положительных импульсов прямоугольной формы 100-300 мс, паузе между положительным и последующим отрицательным импульсом 100-300 мс, температуре электролита 15-30°С и плотности анодного тока 30-70 A/дм². Дополнительно полученное покрытие уплотняют в растворе фторопласта. 1з. п. ф лы, 1 табл.

1. СПОСОБ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ и их сплавов в щелочном электролите при плотности тока 30 70 А/дм² в импульсном режиме при длительности импульсов 100 300 мкс, отличающийся тем, что процесс ведут в анодно-катодном режиме с частотой следования прямоугольных анодных и катодных импульсов 50 Гц при соотношении амплитуд анодного и катодного токов 1,06 2,0 и длительности паузы между анодным и катодным импульсом 100 300 мкс при температуре электролита 15 30^oС. 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное покрытие дополнительно обрабатывают в растворе фторопласта.