ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Российский патент 2007 года по МПК C25D11/02 

Изобретение относится к электролитическим способам нанесения анодных покрытий с использованием подвижного электролита и химических реакций, проходящих на поверхности обрабатываемых изделий, для придания им защитных, диэлектрических, декоративных и других свойств и может быть использовано в машиностроении, радиоэлектронике, приборостроении, авиационной, судостроительной промышленностях и т.д.

Известен «Способ микродугового получения защитных пленок на поверхности металлов и их сплавов» патент РФ №2061107, МКИ C 25 D 11/06, опубл. 25.05.96 г., "Способ нанесения электролитического покрытия на поверхность металлов и сплавов" патент №2112086, МКИ C 25 D 11/00, опубл. 27.05.98 г., "Способ нанесения коррозионно- и износостойкого оксидного слоя с локально уменьшенной толщиной на поверхности металлической детали", патент Германии №4442792, МКИ C 25 D 11/02, опубл. 04.05.98 г. "Способ получения тонкостенного керамического покрытия", заявка РСТ 9703231, МКИ C 25 D 11/02, опубл. 05.05.98 г.

К недостаткам указанных способов обработки поверхности металлов относится сложность обработки в ваннах с электролитом крупногабаритных деталей, а также невозможность обработки поверхности деталей непосредственно в условиях эксплуатации.

Известна заявка ЕПВ 0340733, МКИ C 25 D 11/04, опубл. 08.11.89 г. «Способ обработки поверхности на месте». Недостатком указанного способа является невозможность обработки больших поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности и взятым в качестве прототипа является "Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов путем микродугового оксидирования с помощью устройства, снабженного электродом и пористым экраном, через который подается жидкий электролит, и приложением напряжения между обрабатываемым участком поверхности и пористым экраном, отличающийся тем, что подачу электролита через пористый экран, имеющий переменную толщину сечения, осуществляют с расходом 4-8 л/мин при нарастающем напряжении и силе тока до соответственно 190 В и 5 А/дм² в течение 3-10 мин, причем процесс оксидирования осуществляют путем перемещения устройства по обрабатываемой поверхности, при этом вектор скорости перемещения и вектор максимального градиента толщины сечения пористого экрана взаимно перпендикулярны и находятся в зависимости от следующего соотношения:

где V - скорость перемещения пористого экрана, мм;

Hmax - максимальная толщина сечения экрана, м;

Hmin - минимальная толщина сечения экрана, мм;

U - напряжение электрического тока между экраном и обрабатываемой поверхностью, В,

патент РФ №2194804, МКИ C 25 D 11/02, опубл. 20.12.2002 г.

Недостатками известного способа являются пониженные служебные свойства защитного покрытия, например удельное электросопротивление и напряжение пробоя вследствие неравномерности распределения материала покрытия на обработанной поверхности.

Техническим результатом изобретения является повышение служебных свойств защитного покрытия, например удельного электросопротивления и напряжения пробоя, за счет более равномерного распределения материала покрытия на обработанной поверхности.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в электролитическом способе нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов, включающем микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного электродом и пористым экраном, через который подается жидкий электролит, приложение напряжения между обрабатываемым участком поверхности и электродом, подачу электролита через пористый экран с расходом 4-8 л/мин при нарастающем напряжении, перемещение устройства по обрабатываемой поверхности в процессе нанесения покрытия, согласно изобретению микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 А/дм², а при перемещении устройства ему придают в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью возвратно-поступательное и/или вращательное движение с линейной скоростью 10-50 м/мин при давлении 5-30 г/см².

Рельеф поверхности нанесенного покрытия в поперечном разрезе, сформированного при низких давлениях (менее 0,1 г/см²) представляет на профилограмме хаотическое чередование пиков вершин и впадин наносимого материала. При этом предельная величина служебных свойств покрытия определяется минимальной толщиной нанесенного защитного материала во впадине, где и происходит потеря свойств покрытия, например, пробой напряжения. Последующая полировка или электрополировка сглаживает пики вершин, но не увеличивает рабочую толщину нанесенного материала во впадине.

Приложение давления к электроду при возвратно-поступательном и/или вращательном движении в процессе нанесения покрытия, когда материал покрытия на обрабатываемой поверхности находится в пластичном состоянии, приводит к его перемещению с вершин во впадины, увеличивая в этом месте эффективную рабочую толщину покрытия. Это обстоятельство обеспечивает повышение величины характеристик служебных свойств покрытия при одних и тех же параметрах процесса его нанесения по сравнению с прототипом.

Давление, прикладываемое к устройству в процессе нанесения покрытия в зоне контакта инструмента с рабочей поверхностью, менее чем 5,0 г/см², и линейная скорость менее чем 10 м/мин недостаточны для эффективного деформирования вершин.

При давлении, прикладываемом к устройству в процессе нанесения покрытия в зоне контакта инструмента с рабочей поверхностью, более чем 30 г/см², и линейной скорости более чем 50 м/мин происходит образование складок при деформировании вершин выступов материала покрытия, а при более высоком давлении происходит сдирание покрытия с обрабатываемой поверхности.

Пример конкретного выполнения:

Деталь с очищенной и обезжиренной поверхностью устанавливали на противень для сбора стекающего электролита.

Обрабатываемая деталь любого размера и конфигурации подключалась в качестве анода к электрическому току, а в качестве катода подключалось устройство, состоящее из электрода, выполненного в виде сетчатого металлического барабана с закрепленным на барабане пористым цилиндрическим экраном, например, из резины, образуя замкнутую внутреннюю полость. В замкнутую полость барабана принудительно, под давлением подавали электролит, который через отверстия сетчатой части барабана и пористой резины попадал на обрабатываемую поверхность, а барабану придавали вращательное и/или возвратно-поступательное движение относительно зоны контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью.

Для отработки параметров способа были проведены эксперименты по определению в условиях производства величины давления, прилагаемого к устройству, и линейной скорости в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью.

Для эксперимента использовался лист из титана марки ВТ1-0, подключенный в качестве анода.

Электролитом служил водный раствор тринатрийфосфата (Na₃HO₄·12Н₂O) концентрации 15 г/л при температуре 25°С. Прокачивая принудительно электролит через вращающийся электрод и пористый экран, его подавали в зону контакта электрода с обрабатываемой поверхностью детали с расходом 4,0; 6,0 и 8,0 л/мин. Постепенно увеличивая напряжения до 200 В и плотность тока до 3 А/дм², а затем - напряжение до 250 В и плотность тока до 1 А/дм², начинался процесс микродугового оксидирования, который и продолжался при указанных параметрах в дальнейшем. В процессе микродугового оксидирования в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью к электроду с пористым экраном прикладывали давление 1,0; 5,0; 15,0; 30,0 и 40,0 г/см² и придавалось ему вращательное и/или возвратно-поступательное движение, соответствующее линейной скорости 8,0; 10,0; 25,0; 50,0 и 60,0 м/мин. Обработку вели в течение 1,0; 3,0; 5,0; 10,0 и 12,0 минут.

После завершения процесса оксидирования поверхность листа промывали и просушивали, а затем нанесенное покрытие подвергали испытаниям на удельное электросопротивление, напряжение пробоя, а также определяли показатель шероховатости. Результаты испытаний свойств покрытия, полученного предлагаемым способом и по способу-прототипу, представлены в таблице.

Таблица
Сравнительные данные испытаний свойств, полученных по заявляемому и известному способам.СпособПараметры способаСвойства покрытияНапряжение, ВПлотность тока, А/дм²Расход электролита, л/минВремя обработки, минСкорость перемещения, м/минДавление, г/см²Напряжение пробоя, ВПоказатель шероховатости, Удельное электросопротивление, (Ом·м)·10²Предлагаемый250,01,04,01,08,01,080012,02,6250,01,04,03,010,05,010007,012,6250,01,06,05,025,015,012001,0018,1200,03,08,010,050,030,011001,6020,6200,03,08,012,060,040,03001,301,1Известный190,05,06,07,010,0-65027,03,0Примечания:
1. В таблице приведены усредненные результаты после испытаний трех образцов на точку.
2. Показатель шероховатости поверхности представляет отношение пяти наибольших вершин Н_max к пяти наибольшим впадинам H_min профиля в пределах одной базовой длины. Линейные величины выступов Hmax и впадин H_min определялась профилографом с разрешающей способностью 0,5 мкм.
3. Напряжение пробоя определяли с помощью установки УПУ-10 (ОН.0972.029-80) путем ступенчатого изменения напряжения через 50 В от 0 до 3,0 кВ и выдержке на каждой ступени 1,0-1,5 мин.

Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого способа по сравнению с известным выразится в увеличении надежности и срока службы оборудования, поверхность деталей которого будут обработаны по предлагаемому способу.

Изобретение относится к электролитическим способам нанесения анодных покрытий с использованием подвижного электролита и может быть использовано в машиностроении, радиоэлектронике, приборостроении, авиационной и судостроительной промышленности. Способ включает микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного электродом и пористым экраном, через который подается жидкий электролит, приложение напряжения между обрабатываемым участком поверхности и электродом, подачу электролита через пористый экран с расходом 4-8 л/мин при нарастающем напряжении, перемещение устройства по обрабатываемой поверхности в процессе нанесения покрытия, при этом микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 А/дм², а при перемещении устройства ему придают в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью возвратно-поступательное и/или вращательное движение с линейной скоростью 10-50 м/мин при давлении 5-30 г/см². Техническим результатом изобретения является повышение служебных свойств защитного покрытия - удельного электросопротивления и напряжения пробоя. 1 табл.

Электролитический способ нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов, включающий микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного электродом и пористым экраном, через который подается жидкий электролит, приложение напряжения между обрабатываемым участком поверхности и электродом, подачу электролита через пористый экран с расходом 4-8 л/мин при нарастающем напряжении, перемещение устройства по обрабатываемой поверхности в процессе нанесения покрытия, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 А/дм², а при перемещении устройства ему придают в зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью возвратно-поступательное и/или вращательное движение с линейной скоростью 10-50 м/мин при давлении 5-30 г/см².