СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1999 года по МПК C25D11/08 

Описание патента на изобретение RU2136788C1

Изобретение относится к области обработки поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности.

Известен способ анодирования изделий из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование в растворах кислот и щелочей [1].

Наиболее близким по технической сущности является способ получения покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование в растворах электролита с последующим нагревом до температур не ниже 500oC [2]. Однако, данный подход применялся для расширения цветовой гаммы тонких декоративных покрытий.

Задачей изобретения является повышение поверхностной твердости, износостойкости и модуля нормальной упругости изделий, изготовленных из алюминия и его сплавов.

Поставленная задача достигается тем, что согласно предлагаемому способу оксидирование изделий продолжительностью 45...100 минут при плотности электрического тока 25. . .35 А/дм2 осуществляется в комбинированных растворах электролита на основе борной кислоты и едкого кали, при содержании едкого кали 3. . .5 г/л и борной кислоты 20...40 г/л, а время выдержки при нагреве изделий составляет не менее 100% от времени оксидирования.

Способ осуществляется следующим образом.

Изделие из алюминия или его сплава помещают в ванну с водным раствором электролита, основными компонентами которого являются борная кислота (20... 40 г/л) и едкое кали (3...5 г/л). Далее подводят ток, плотность которого составляет 25. .. 35 А/дм2, на электроды, один из которых (анод) закреплен на обрабатываемом изделии, другой (катод) на внутренней поверхности ванны. При взаимодействии продолжительностью 45...100 минут электрического тока, электролита и материала обрабатываемой детали происходит окисление алюминия с образованием оксидных покрытий. Затем, изделие промывают водой, высушивают, помещают в печь, нагревают до температур не ниже 500oC выдерживая при этом в атмосфере печи не менее, чем при оксидировании. Варьируя продолжительностью оксидирования, плотностью электрического тока, концентрацией компонентов в комбинированных растворах электролита и параметрами последующей термообработки изделий - температурой нагрева и временем выдержки, можно в широких пределах изменять твердость покрытий, износостойкость и модуль нормальной упругости изделий, что объясняется наличием в составе покрытия фаз оксида алюминия (α- и γ-Al2O3), моногидроокисей алюминия (α- и β-AlO(OH)), тригидроокисей алюминия (α- и β- Al(OH)3), а также фаз оксида бора (B2O3) и боридов алюминия (α- и β-AlB12). Свойства при этом тем выше, чем больше в составе покрытия оксида алюминия и меньше три- и моногидроокисей, устойчивый распад которых происходит при температурах термообработки не ниже 500oC и времени выдержки сопоставимом или большем, чем время оксидирования.

Пример. Изделия, изготовленные из алюминия АД0 и его сплавов АМг1, АМг3, АМг6, Д16, подвергали микродуговому оксидированию в указанном электролите при плотности электрического тока 25...35 А/дм2 и температуре электролита 10oC в течение 75 минут. Затем две трети от общего числа изделий помещали в печь, нагревали до температуры 500oC и выдерживали одну треть 75 минут (100% от времени оксидирования), а вторую - 190 минут (250% от времени оксидирования).

После получения покрытий и термообработки по стандартным методикам определяли поверхностную микротвердость, износостойкость и модуль нормальной упругости. Причем модуль нормальной упругости измеряли при соотношении толщин покрытия и обработанного изделия, равном 3:10. Результаты испытаний представлены в таблице. Важно отметить, что первая партия подвергалась только оксидированию, вторая - оксидированию с последующим нагревом до 500oC и временем выдержки - 75 минут, а третья - оксидированию с последующим нагревом до 500oC и временем выдержки - 190 минут.

Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет получать изделия с покрытиями толщиной более 100 мкм с высокими физико-механическими характеристиками.

При времени оксидирования менее 45 минут покрытия, получаемые на изделиях не обеспечивают одновременного сочетания высоких износостойкости и модуля нормальной упругости.

При времени оксидирования более 100 минут толщина оксидного покрытия перестает увеличиваться, а наружные слои покрытий начинают растворяться электролитом, что влечет появление пористости со следами рыхлости и снижение свойств.

Если плотность электрического тока превышает 35 А/дм2, то из-за неравномерного распределения скорости роста наружных и внутренних оксидных слоев покрытия, а также увеличения количества выделяемого тепла возникают тепловые пробои, приводящие к разрушению покрытия и снижению значений физико-механических свойств изделий.

Если плотность электрического тока составляет менее 25 А/дм2 то уменьшаются скорость роста покрытий и производительность процесса оксидирования.

При температурах оксидирования 5...25oC борная кислота полностью растворяется в электролите при концентрации до 40 г/л, поэтому при больших концентрациях часть борной кислоты выпадает в осадок, что увеличивает ее расход.

В том случае, если концентрация борной кислоты менее 20 г/л, ухудшаются условия пассивирования материала, что снижает способность образования искрового разряда и производительность процесса, а также увеличивает скорость растворения наружных оксидных слоев и повышается пористость.

Если концентрация едкого кали в электролите превышает 5 г/л происходит увеличение скорости растворения наружных слоев покрытия, что повышает пористость и ухудшает свойства изделий.

Если концентрация едкого кали в электролите составляет менее 3 г/л, ухудшается его проводимость, что требует использования при оксидировании установок большей мощности и процесс станет энергетически невыгодным.

При времени термообработки, составляющем менее 100% от времени оксидирования, процесс перехода моно- и тригидроокисей в оксид алюминия не успевает завершиться, а содержание фаз оксида алюминия в покрытии сопоставимо с их содержанием непосредственно после оксидирования, в результате чего, микротвердость, износостойкость и модуль нормальной упругости остаются практически неизменными - увеличиваются не более чем на 1...2%.

Если изделие нагревается до температур ниже 500oC, процесс перехода гидроокисей в оксид не происходит вообще, а изменения в фазовом составе, связанные с переходом тригидроокисей в моногидроокиси, не позволяют повысить свойства более чем на 2%.

Верхний предел температуры нагрева должен быть ниже температуры начала оплавления по границам зерен материала оксидируемого изделия.

Свойства изделий после микродугового оксидирования и термообработки.

Список используемых источников информации
1. Щукин Г. Л.. Беланович А.Л, Коледа В. Б. и др. Некоторые особенности электрохимической обработки алюминия и его сплавов: Теория и практика анодного окисления алюминия / Справочник. - Казань. 1990. ч. 1. с. 17.

2. Атрощенко Э.С., Розен А.Е., Казанцев И.А. Способ получения покрытий. Патент РФ N 2081947.

Похожие патенты RU2136788C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 2000
  • Атрошенко Э.С.
  • Чуфистов О.Е.
  • Казанцев И.А.
  • Дрязгин А.В.
  • Симцов В.В.
RU2166570C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКИХ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2003
  • Новиков А.Н.
  • Коломейченко А.В.
  • Пронин В.В.
RU2237758C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 2009
  • Чуфистов Олег Евгеньевич
  • Чуфистов Евгений Алексеевич
  • Родайкин Николай Васильевич
  • Родиков Антон Васильевич
RU2393274C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ 2012
  • Серебровский Владимир Исаевич
  • Серебровская Людмила Николаевна
  • Серебровский Вадим Владимирович
  • Коняев Николай Васильевич
  • Жданов Сергей Иванович
RU2484185C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 2004
  • Атрощенко Э.С.
  • Кривенков А.О.
  • Казанцев И.А.
  • Скачков В.С.
RU2252277C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА ДЕТАЛЯХ ИЗ СТАЛЕЙ 2016
  • Чуфистов Олег Евгеньевич
  • Чуфистов Евгений Алексеевич
  • Климкина Ольга Анатольевна
  • Колодяжный Максим Владимирович
  • Курманов Руслан Маратович
RU2622073C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ 2004
  • Руднев В.С.
  • Яровая Т.П.
  • Недозоров П.М.
  • Богута Д.Л.
RU2263164C1
Способ получения износостойких покрытий на сплавах алюминия 2021
  • Яровая Татьяна Петровна
  • Недозоров Петр Максимович
RU2764535C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 2007
  • Чуфистов Олег Евгеньевич
  • Борисков Дмитрий Евгеньевич
  • Чуфистов Евгений Алексеевич
RU2354758C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИИ И ЕГО СПЛАВАХ 2010
  • Болотов Александр Николаевич
  • Новиков Владислав Викторович
  • Новикова Ольга Олеговна
  • Васильев Максим Викторович
  • Горлов Артем Игоревич
RU2424381C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 136 788 C1

Реферат патента 1999 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Изобретение относится к обработке поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении и приборостроении и других отраслях промышленности. Предложен способ получения покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование в растворах электролита с последующим нагревом изделий до температур не ниже 500oС. При этом оксидирование продолжительностью 45 - 100 мин при плотности электрического тока 25 - 35 А/дм2 осуществляется в комбинированном электролите на основе борной кислоты и едкого кали при содержании едкого кали 3 - 5 г/л и борной кислоты 20 - 40 г/л, а время выдержки при нагреве изделий составляет не менее 100% от времени оксидирования. Техническим результатом изобретения является повышение поверхностной твердости, износостойкости и модуля нормальной упругости изделий, изготовленных из алюминия и его сплавов. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 136 788 C1

Способ получения покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование в растворах электролита с последующим нагревом изделий до температур не ниже 500oC, отличающийся тем, что оксидирование продолжительностью 45 - 100 мин при плотности электрического тока 25 - 35 А/дм2 осуществляется в комбинированном электролите на основе борной кислоты и едкого кали при содержании едкого кали 3 - 5 г/л и борной кислоты 20 - 40 г/л, а время выдержки при нагреве изделий составляет не менее 100% от времени оксидирования.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1999 года RU2136788C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 1995
  • Атрощенко Э.С.
  • Розен А.Е.
  • Казанцев И.А.
RU2081947C1
СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ АНОДНЫХ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИИ И ЕГО СПЛАВАХ 1993
  • Саакиян Люсия Семеновна
  • Ефремов Анатолий Петрович
  • Копылов Виктор Михайлович
  • Алексеев Александр Алексеевич
  • Афанасьева Галина Анатольевна
  • Костылев Игорь Михайлович
  • Лукьяница Александр Иванович
RU2073752C1
Способ обработки изделий из алюминия и его сплавов 1990
  • Белоусова Маргарита Юрьевна
SU1807095A1
US 4437945 A, 20.03.84
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЮБИТЕЛЬСКОГО МУЗЫКАЛЬНОГО ВИДЕОФИЛЬМА И ВИДЕОКАМЕРА ДЛЯ ЕГО СЪЕМКИ 1999
  • Майоров А.Д.
RU2145738C1

RU 2 136 788 C1

Авторы

Атрощенко Э.С.

Чуфистов О.Е.

Казанцев И.А.

Дурнев В.А.

Даты

1999-09-10Публикация

1998-09-24Подача