СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ ТРЕХВАЛЕНТНОГО ХРОМА НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКЕ Российский патент 2005 года по МПК C25D11/24 

Изобретение относится к получению склеиваемых металлических подложек с коррозионно-стойким покрытием, которые являются устойчивыми к расслоению, а коррозионно-

Уровень техники стойкое покрытие которых не содержит шестивалентного хрома.

Металлические конструкционные элементы, получаемые путем склеивания, а также узлы, выполненные из композиционных материалов, нашли широкое применение в авиационной промышленности и также в тех областях техники, где наиболее распространенным требованием к полученной конструкции является достаточная стойкость к экстремальным атмосферным условиям, характерным для эксплуатации. Во избежание разрушения конструкции летательного аппарата, металлические конструкционные элементы, получаемые путем склеивания, и узлы из композиционных материалов должны обладать устойчивостью к условиям окружающей среды, возникающим при их эксплуатации. Вопросом первостепенной важности является стойкость конструкций из композиционного материала к коррозии и расслоению. До настоящего времени прочность узлов из склеенных друг с другом слоев металла и узлов из композиционных материалов (без нанесения хроматной грунтовки) оказывалась неудовлетворительной из-за разрушения клеевого соединения, имеющего место на границе между полимерным клеем и поверхностью из алюминия.

В целях более эффективного ингибирования коррозии широкое распространение получило химическое нанесение покрытия на поверхность из другого металла. Покрытие является результатом химических реакций между металлом и раствором, содержащимся в ванне, когда на поверхности металла образуется тонкая пленка с требуемыми эксплуатационными свойствами. Химическое нанесение покрытий особенно актуально для металлических поверхностей из стали, цинка, алюминия и магния. Ранее наилучшим процессом для нанесения покрытия на поверхность из алюминия и магния считалось хроматирование. Однако процесс нанесения такого покрытия был традиционно связан с присутствием высокотоксичного шестивалентного хрома. Наличие шестивалентного хрома представляет собой потенциальную опасность для производственного персонала и делает очень дорогой утилизацию отходов.

Поэтому крайне желательно создать усовершенствованный способ получения склеиваемых, экологически безопасных и устойчивых к расслоению, металлических подложек с коррозионно-стойким покрытием.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа получения коррозионно-стойких подложек, не содержащих шестивалентного хрома и имеющих удовлетворительное качество соединения друг с другом при помощи клея, для эксплуатации в водной среде и в условиях высоких температур.

Вышеназванная задача достигается при помощи всей совокупности признаков прилагаемой формулы изобретения, в которой в общем заявляется способ получения покрытия из трехвалентного хрома на металлической подложке, в котором готовят из фосфорной кислоты электролит для анодирования, осуществляют в нем анодирование металлической подложки. Затем осуществляют контактирование анодированной металлической подложки с приготовленным кислым покрывочным раствором, содержащим трехвалентный хром и не содержащим шестивалентный хром, с получением на анодированной металлической подложке покрытия, содержащего трехвалентный хром. После нанесения хроматной грунтовки анодированную металлическую подложку с покрытием можно соединить склеиванием с другой аналогично обработанной металлической подложкой с получением композиционного изделия. Полученное изделие отличается высокой стойкостью к коррозии и отличным качеством клеевого соединения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Настоящее изобретение предусматривает поэтапный способ обработки металлических подложек (предпочтительно из алюминиевого сплава) для их соединения вместе, например при помощи клея, с получением композиционного изделия.

Способ включает в себя: (1) анодирование металлической подложки в электролите для анодирования, приготовленном из фосфорной кислоты, и (2) помещение анодированной подложки в кислый покрывочный раствор, содержащий трехвалентный хром, но не содержащий шестивалентного хрома, с получением покрытия, содержащего трехвалентный хром на анодированной металлической подложке.

Металлическая подложка может подвергаться анодированию в растворе фосфорной кислоты любым из способов, известных из уровня техники. Подходящие способы анодирования в фосфорной кислоте раскрыты в патентах США №№4085012 и 4127451, общей чертой которых является ссылка на данный способ. В соответствии со способом настоящего изобретения металлическую подложку, предпочтительно из алюминиевого сплава, анодируют в растворе фосфорной кислоты, концентрация которой лежит в интервале от 3 до 20 мас.% при температуре от 10 до 30°С (от 50 до 85°F) и при напряжении анодирования от 3 до 25 В.

Анодированные подложки помещаются в кислый покрывочный раствор, содержащий трехвалентный хром, для получения коррозионно-стойкого покрытия, содержащего трехвалентный хром, на металлической поверхности подложек. Кислый водный покрывочный раствор содержит водорастворимое соединение трехвалентного хрома, водорастворимое фторидное соединение и щелочной реагент. Концентрация соединения трехвалентного хрома в растворе лежит в интервале от 0,2 до 5 г/л (предпочтительно от 0,5 до 2 г/л). Концентрация фторидного соединения в растворе лежит в интервале 0,2 до 5 г/л (предпочтительно от 0,5 до 2 г/л). Щелочной реагент содержится в количестве, необходимом для поддержания рН раствора от 3,0 до 5,0 (предпочтительно от 3,5 до 4,0). Подходящий покрывочный раствор раскрыт в патенте США №5304257, который включен в данное описание посредством ссылки. Металлические подложки могут погружаться в раствор либо раствор наносится на них распылением или кистью, и т.д. Затем на подложки наносится грунтовка, не содержащая хромат.

Далее, обработанные в соответствии с настоящим изобретением подложки можно склеивать вместе способами, известными из уровня техники с получением композиционного изделия. Подходящие клеи хорошо известны из уровня техники, как и способ их нанесения на металлические подложки и способ склеивания (см. патенты США №№4085012 и 4127451). Композиционные изделия, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, отличаются высокой коррозионной стойкостью и отличной прочностью клеевого соединения, что отражено в следующем примере.

ПРИМЕР

Клиновые образцы в количестве 5 штук для испытаний на распространение трещины были изготовлены из склеенных между собой пластин алюминиевого сплава 6061. Две пластины размером 152,4х152,4х3,18 мм, очищенные и высушенные, погрузили в фосфорную кислоту для анодирования при следующих условиях:

Состав раствора для анодирования: 7,5 об.% фосфорной кислоты

Напряжение: 15 В

Температура: комнатная

Время: 20 минут

Затем анодированные в фосфорной кислоте пластины извлекли и высушили. После этого пластины погрузили в раствор, содержащий трехвалентный хром при следующих условиях:

Состав раствора: 1 часть хромсодержащего соединения;

1 часть фторидного соединения; и

18 частей деионизированной воды.

Соединение с трехвалентным хромом: сульфат хрома

Фторидное соединение: фторцирконат

рН 3,8

Температура: комнатная

Время: 10 минут

Немедленно после обработки соединением с трехвалентным хромом на пластины наносился слой безхроматной эпоксидной грунтовки BR6757-1 с последующим отверждением в течение 90 минут при температуре 177°С (350°F). Затем пластины соединялись вместе при помощи клея ЕА9689 на нейлоновой основе (фирма Loctite Aerospace) с последующим отверждением в течение 2-х часов при температуре 177°С (350°F) и под давлением 414 кПа (60 psi). После этого из склеенного пакета пластин вырезали 5 клиновых образцов для испытаний на распространение трещины и определения качества соединения. Далее образцы были подвергнуты испытаниям в соответствии со стандартом ASTM D3762. Результаты испытаний приведены ниже в таблице 1.

Таблица 1Образец №Первоначальная длина трещины, ммРост трещины через интервал времени, ммХарактер разрушения  1 час2 часа4 часа24 часа(Связность %)143,8151,3971,3971,3972,032100238,4811,2701,2701,2701,905100337,7191,0921,6511,6512,235100438,4811,2701,7781,7783,683100540,8941,4731,4731,4732,311100В среднем39,8981,2951,5241,5242,458100

Существуют три следующих механизма разрушения.

- Разрушение при когезии в клее. Характер разрушения является предпочтительным и указывает на то, что прочность соединения выше прочности клея. Разрушение происходит в клее, а не на границе "клей -грунтовка" или "грунтовка - металл".

- Разрушение на границе "клей - грунтовка". Этот характер разрушения указывает на возможное взаимодействие с грунтовкой, что может снизить прочность соединения клея с грунтовкой. Разрушение данного характера используется для системы контроля качества соединения.

- Разрушение на границе "грунтовка - металл". Характер разрушения свидетельствует о неудовлетворительном качестве соединения.

Как следует из таблицы 1, все образцы продемонстрировали связность 100% при разрушении, что свидетельствует об отличном качестве клеевого соединения. Также рост трещины происходил со стандартной скоростью, что является приемлемым.

Настоящее изобретение может иметь и прочие воплощения либо может быть реализовано иным образом без отклонения от идеи и сущности изобретения. Поэтому данное воплощение изобретения может рассматриваться во всех отношениях как иллюстрация, а не как ограничение, причем объем притязаний определяется прилагаемой формулой и предполагается, что ей охватываются все возможные изменения, заключенные в пределах эквивалентности понятий.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения склеиваемых металлических подложек с коррозионностойким покрытием, обладающим стойкостью к окислению и усталостной прочностью. Способ включает анодирование металлической подложки в электролите из фосфорной кислоты, после чего анодированную металлическую подложку помещают в кислый покрывочный раствор, содержащий трехвалентный хром, но не содержащий шестивалентного хрома, для нанесения покрытия. Анодированную металлическую подложку с покрытием можно соединять склеиванием с аналогичной анодированной металлической подложкой с покрытием для получения композиционного изделия. Полученное изделие отличается высокими антикоррозионными свойствами и отличной прочностью клеевого соединения при эксплуатации в водной среде и в условиях высоких температур. 10 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения покрытия из трехвалентного хрома на металлической подложке, отличающийся тем, что сначала готовят из фосфорной кислоты электролит для анодирования и осуществляют в нем анодирование металлической подложки, затем готовят кислый покрывочный раствор, содержащий трехвалентный хром, после чего осуществляют контактирование кислого покрывочного раствора с анодированной металлической подложкой с получением на анодированной металлической подложке покрытия, содержащего трехвалентный хром.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролит для анодирования готовят с концентрацией фосфорной кислоты в пределах от 3 до 20 мас.%.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислого покрывочного раствора, содержащего трехвалентный хром, готовят раствор, который включает в себя водорастворимое соединение трехвалентного хрома, водорастворимое фторидное соединение и щелочной реагент.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют нанесение клея на анодированную металлическую подложку с покрытием, склеивание этой подложки с другой анодированной металлической подложкой с покрытием и получают композиционное изделие.5. Способ по п.2, отличающийся тем, что при осуществлении анодирования поддерживают напряжение в интервале от 3 до 25 В.6. Способ по п.5, отличающийся тем, что при осуществлении анодирования поддерживают температуру электролита в интервале от 10 до 30°С.7. Способ по п.3, отличающийся тем, что поддерживают рН покрывочного раствора в интервале от 3,0 до 5,0.8. Способ по п.3, отличающийся тем, что поддерживают рН покрывочного раствора в интервале от 3,5 до 4,5.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие наносят на металлическую подложку из алюминиевого сплава.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что анодированную металлическую подложку погружают в кислый покрывочный раствор.11. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывочный раствор наносят на анодированную металлическую подложку посредством распыления.