СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2005 года по МПК C25D11/18 

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

Известен способ микродугового оксидирования изделий в щелочных электролитах [1].

Наиболее близким по технической сущности является способ получения покрытий на изделиях из металлов и сплавов, включающий микродуговое оксидирование в щелочном электролите на основе жидкого стекла [2].

Недостатком данного способа является то, что технологический процесс получения покрытия включает в себя три стадии обработки: микродуговое оксидирование в двух электролитах и трудоемкую и дорогостоящую операцию - шлифование для удаления внешнего рыхлого слоя и обеспечения требуемой шероховатости поверхности изделия. Шлифование, особенно при обработке изделий сложной геометрической формы, в ряде случаев произвести очень трудно или невозможно.

Задачей изобретения является получение оплавленных покрытий на изделиях из металлов или сплавов с однородной аморфной структурой и высоким качеством поверхности, исключив операции дополнительного оксидирования и шлифования изделий.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем микродуговое оксидирование в щелочных электролитах, на основе жидкого стекла, согласно предлагаемому изобретению, покрытия на изделиях из металлов или сплавов, температура плавления которых не ниже 1250°С, оплавляют путем нагрева до температуры 690...700°С со скоростью, соответствующей скорости нагрева печи, а затем до температуры 900...1050°С со скоростью не более 250°С/час, выдерживают при этой температуре в течение 20...30 минут и охлаждают вместе с печью со скоростью не более 300°С/час.

Способ осуществляется следующим образом: изделие из титана, циркония, никеля, тантала, ниобия, молибдена, вольфрама, ванадия или их сплавов, углеродистых и легированных сталей помещают в ванну с водным раствором щелочного электролита на основе жидкого стекла. Затем подводят ток на электроды, один из них (анод), на котором закреплено обрабатываемое изделие, другой (катод) - поверхность ванны. При взаимодействии электрического тока, электролита и материала обрабатываемого изделия происходит окисление его поверхности с образованием оксидных покрытий. В процессе оксидирования температура электролита остается постоянной и поддерживается за счет охлаждения проточной водой. Перемешивание раствора производится барбатацией сжатого воздуха при помощи компрессора. После завершения процесса окисления, изделие извлекают из ванны, промывают, сушат и подвергают нагреву до температуры 690...700°С со скоростью, соответствующей скорости нагрева печи, а затем до температуры 900...1050°С со скоростью не более 250°С/час, выдерживают при этой температуре в течение 20...30 минут и охлаждают вместе с печью со скоростью не более 300°С/час.

При нагреве до температуры 900...1050°С происходят фазовые превращения с оплавлением покрытия и образованием аморфных стекловидных структур типа Z₁Me_x1O_y1·Z₂Me_x2O_y2·Z₃SiO₂.

Введение новых признаков обеспечивает получение на изделиях из металлов или сплавов оплавленных покрытий с однородной структурой.

Варьируя температуру и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения можно получать оплавленные покрытия на изделиях из металлов или сплавов с однородной аморфной структурой, обладающей широкими функциональными возможностями.

Пример. Изделие из технического титана (ВТ1-0) и его сплавов (ВТ4, ВТ6), технического циркония и его сплавов (циркаллой - 2, Н-2,5, Э110), технически чистого никеля и его сплавов (НП-1, НП-2), технически чистого тантала и его сплавов (ТВЧ, ТВЧ-00), технически чистого ниобия и его сплавов (НБ-1, НБР), технически чистого молибдена и его сплавов (МЧ, М-МП), технически чистого вольфрама и его сплавов (ВА, ВЧ), технически чистого ванадия и его сплавов (ВнМ1, ВнМ2), углеродистых сталей (сталь 20, сталь 40) и легированных сталей (сталь 20ХН2М, сталь 40Х) подвергали микродуговому оксидированию продолжительностью (τ) 5...40 минут, при плотности тока (j) 10...20 А/дм², напряжении (U) 300...450 В в комбинированном электролите на основе жидкого стекла (nNa₂O·mSiO₂) - 50...70 г/л, фосфата натрия (Na₃PO₄) - 5...15 г/л, бихромата аммония ((NH₄)₂Cr₂O₇) - 10...15 г/л, хрома азотнокислого (Cr(NO)₃) - 2...5 г/л и гидроксида натрия (NaOH) - 5...20 г/л. Сжатый воздух подавали через барбатажные спирали. После оксидирования изделия промывали, просушивали и подвергали нагреву до температуры 690...700°С со скоростью, соответствующей скорости нагрева печи, а затем до температуры 900...1050°С со скоростью не более 250°С/час, выдерживали при этой температуре 20...30 минут и охлаждали вместе с печью со скоростью не более 300°С/час.

При оплавлении покрытия на изделиях из металлов или сплавов с температурой плавления ниже 1250°С происходит расплавление границ зерен основного материала, в результате изменяются первоначальные свойства и форма изделий, а их эксплуатация становится невозможной.

Если скорость нагрева в интервале температур от 690...700°С до 900...1050°С будет превышать 250°С/час, процесс оплавления покрытия происходит нестабильно с образованием участков вспучивания и трещин, что ухудшает качество и свойства изделий.

В том случае, когда скорость нагрева будет превышать 250°С/час, повышается энергоемкость процесса.

При температуре оплавления ниже 900°С покрытие формируется со следами кратеров и неоплавленных участков.

Если оплавление покрытия происходит в интервале температур 900...1050°С, формируется однородное покрытие без кратеров и неоплавленных участков.

При температуре оплавления больше 1050°С процесс формирования покрытия из стадии оплавления переходит в стадию кипения, что сопровождается вспениванием покрытия, и как следствие этого образуются кратеры и расслоения при последующем охлаждении.

Если время выдержки меньше 20 минут, процесс формирования покрытия не происходит в полной мере, остаются неоплавленные участки и при этом покрытие имеет разную толщину и неоднородную шероховатость.

В том случае, когда время выдержки находится в интервале 20...30 минут, процесс оплавления и формирования покрытия происходит полностью и заканчивается в полном объеме.

Если время выдержки больше 30 минут, увеличиваются энергоемкость процесса и себестоимость изделия.

При скорости охлаждения больше 300°С/час покрытие расслаивается, образуются трещины и сколы, что не обеспечивает требуемого комплекса свойств, а изделие становится непригодным для эксплуатации.

Если скорость охлаждения меньше 300°С/час, увеличивается энергоемкость процесса.

Источники информации

1. Грилихес С.Я. Оксидные и фосфатные покрытия металлов / Под ред. П.М.Вячеславова. - 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. - 96 с., ил. - (Библиотечка гальванотехника. Вып.8).

2. Способ нанесения покрытия на вентильные металлы и их сплавы. Мамаев А.И., Рамазанова Ж.М., Савельев Ю.А., Бутягин П.И. / Патент на изобретение №2077612.

Изобретение относится к области обработки поверхности изделий из металлов или сплавов и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности. Способ включает микродуговое оксидирование изделий в щелочных электролитах на основе жидкого стекла, при этом покрытие на изделиях из металлов или сплавов, температура плавления которых не ниже 1250°С, оплавляют путем нагрева до температуры 690-700°С со скоростью, соответствующей скорости нагрева печи, а затем до температуры 900-1050°С со скоростью не более 250°С/час, изделия выдерживают при этой температуре в течение 20-30 минут и охлаждают вместе с печью со скоростью не более 300°С/час. Способ позволяет получать изделия с однородной аморфной структурой покрытий, высоким качеством поверхности и широкими функциональными возможностями при исключении операции дополнительного оксидирования и шлифования изделий.

Способ получения покрытий на изделиях из металлов и сплавов, включающий микродуговое оксидирование в щелочных электролитах на основе жидкого стекла, отличающийся тем, что покрытие на изделиях из металлов или сплавов, температура плавления которых не ниже 1250°С, оплавляют путем нагрева до температуры 690-700°С со скоростью, соответствующей скорости нагрева печи, а затем до температуры 900-1050°С со скоростью не более 250°С/ч, изделие выдерживают при этой температуре в течение 20-30 мин и охлаждают вместе с печью со скоростью не более 300°С/ч.