СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ Российский патент 1997 года по МПК C25D11/04 

Изобретение относится к области электрохимии, в частности, к анодированию алюминия и его сплавов и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей, поверхности которых работают в условиях трения, повышенных требованиях к износостойкости или термостойкости. Такими деталями могут быть втулки подшипников скольжения, элементы пневматики и гидравлики - золотники, плунжеры, фильеры и т.д.

Обычно детали, работающие в условиях интенсивного износа изготавливают из высокопрочных сталей и сплавов или упрочняют их поверхности различными методами: гальваническими хромированием, никелированием, оксидированием: физико-химическими напылением различными микропорошками: металлургическими - закалкой токами высокой частоты, цементацией, азотированием, борированием и т.д. Все указанные методы являются дорогостоящими, требуют сложного технологического оборудования, экологически вредны.

Известен гальванический способ твердого износостойкого хромирования, суть которого заключается в осаждении слоя металлического хрома заданной толщины на поверхности детали [1] Способ характеризуется использованием агрессивного и токсичного электролита CrO₃, высокой плотностью тока до 60 А/дм² и критичностью и технологическому режиму: температуре, плотности тока, составу электролита, качеству подготовки поверхности, что и обуславливает его высокую стоимость и низкую технологичность.

Серьезным недостатком можно считать слабое сцепление покрытия и подложки, что в ряде случаев приводит к его отслоению. Указанные недостатки ограничивают широкое применение способа.

Наиболее близким по своему техническому выполнению и предлагаемому способу является электромеханический способ получения твердых анодных покрытий на алюминиевых сплавах, заключающийся в обработке деталей в электролите переменным асимметричным током в форме разнополярных импульсов частотой до 1 кГц, амплитудой до 1000 В в щелочном электролите при температуре до 90^oC [2]
Основным недостатком указанного способа являются сложные условия для нанесения покрытия, обусловленные необходимостью формирования регулировки частоты, скважности и амплитуды импульсов. Это требует сложной системы управления, значительных массогабаритных показателей оборудования (необходим силовой трансформатор), что и обуславливает высокую стоимость и низкую технологичность указанного способа.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в необходимости получения качественных твердых покрытий на алюминиевых сплавах.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого способа, заключается в повышении сцепления покрытия с подложкой, что практически исключает его отслаивание при эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения твердых покрытий на алюминиевых сплавах обработку деталей ведут переменным асимметричным током в виде разнополярных импульсов частотой до 1 кГц, амплитудой до 1000 В, в щелочном электролите при температуре до 90^oC, при этом импульсы формируются в виде усеченных синусоид с крутыми передними фронтами.

Формирование импульсов в виде усеченных синусоид не представляет технической сложности, т. к. они непосредственно реализуются из синусоидального напряжения промышленной сети без использования трансформатора. Сущность способа поясняется на фиг.1, где представлена осциллограмма напряжения на обрабатываемой детали. Приняты следующие обозначения:
U_Am амплитуда напряжения положительного (анодного) импульса, В;
U_кm амплитуда напряжения отрицательного (катодного) импульса, В;
t_A время включения анодного импульса, с;
t_к время включения катодного импульса, с;
t_з время задержки, с;
1h=f частота следования импульса, Гц.

Регулировка параметров процесса осуществляется в основном за счет изменения таким образом, чтобы величина U_кm находилась в пределах (160-350) В. При этом значение t_A не является критичным, должно лишь выполняться условие t_A < 0,25Т, откуда следует, что амплитудное значение анодного импульса определяется напряжением питающей сети (например, U_Am 530 В для промышленной сети 380 В) и остается постоянным. Частота следования импульсов в этом случае определяется как удвоенная частота промышленной сети и составляет 100 Гц. Подобная форма напряжения на нагрузке может быть реализована посредством полупроводниковых диодов и тиристоров, включенных по схеме мостового выпрямителя и инвертора. Крутизна передних фронтов синусоид определяется быстродействием используемых тиристоров и может находиться в пределах от 10 до 100 В/мкс, положительно влияя на процесс образования покрытия. При этом достигается импульсно-искровой режим обработки детали, при котором скорость образования покрытия составляет до 100 мкм/час. Время задержки t_з зависит от схемы коммутации тиристоров и находится в пределах 50-500 мкс.

Таким образом, использование разнополярных асимметричных импульсов в виде усеченных синусоид позволяет упростить электрические параметры процесса, соответственно упрощается применяемое оборудование. Управление осуществляется изменением всего лишь одного фактора U_кm. В совокупности это обеспечивает решение поставленной задачи повышение технологичности предлагаемого способа.

Практическая реализация способа поясняется на фиг.2 и заключается в следующем: обработанная в заданный размер и очищенная от загрязнений деталь 1 подключается к одному из выводов источника питания 2, на котором формируются положительные импульсы напряжения, и погружается в электролит 3, находящийся в электролитической ванне 4, изготовленной из нержавеющей стали типа Х18Н10Т, подключенной к другому выводу источника. Источник питания подключается к промышленной сети 380 В. Затем устанавливается режим обработки:
U_Am амплитуда положительных импульсов 530 В;
U_кm амплитуда отрицательных импульсов (170-250) В;
температура электролита (20-90)^oC;
время обработки 2 часа.

В процессе обработки поддерживается плотность тока (6-15) А/дм² за счет изменения величины U_кm. Толщина покрытия составит до 180 мкм.

Изобретение относится к области электрохимии, в частности, к апозированию алюминия и его сплавов. Сущность способа заключается в обработке деталей в щелочном электролите при температуре до 90^o с переменным асимметричным током в виде разнополярных импульсов частотой до 1 кГц, амплитудой до 1000 В. Новым в способе является использование импульсов в виде усеченных синусоид с крутыми передними фронтами, которые формируются путем несложного преобразования напряжения промышленной сети. Это позволяет упростить применяемое оборудование, систему управления и тем самым добиться повышения технологичности. 2 ил.

Способ получении твердых покрытий на алюминиевые сплавах, заключающийся в обработке детали переменным асимметричным током в виде разнополярных импульсов частотой до 1 кГц с амплитудой до 1000 В в щелочном электролите при температуре до 100^oС, отличающийся тем, что импульсы формируют в виде усеченных синусоид с передними фронтами крутизной более 10 В/мкс.