СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2010 года по МПК C25F3/16 

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлических изделий, в частности к электрохимическому полированию поверхности из магниевых сплавов, таких как кронштейны, поковки, штамповки, крышки, диски автомобильных колес, корпуса ноутбуков, мобильных телефонов, и может быть использовано в ракетно-космической технике, автомобилестроении, электронной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Магниевые сплавы, относящиеся к группе наиболее легких металлических конструкционных материалов, обладают пониженной коррозионной стойкостью, поэтому при эксплуатации магниевых узлов и деталей необходимо подвергать их поверхность обработке для последующего нанесения защитных антикоррозионных покрытий.

Известен способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве катода, в раствор для электрохимического полирования, установку анода из стальных пластин и электрохимическое полирование при температуре 80-90°С, напряжении 4-6 В, выдержке в течение 3-4 мин. Раствор для электрохимического полирования имеет следующий химический состав, г/л:

Na₃PO₄·12H₂O 12-30 Na₂CO₃ 30

или

Na₂CO₃ 9 NaOH 16

Далее изделие промывают в воде и сушат. (М.А.Тимонова «Защита от коррозии магниевых сплавов», М., «Металлургия», 1977 г., с.40-42).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить высокий класс чистоты поверхности (свыше 7), т.е. показатель параметров шероховатости Rz (высота неровностей профиля по десяти точкам) не менее Rz=6,3 мкм по ГОСТ 2789.

Известен способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования при поддержании первоначального напряжения, обеспечивающего плотность тока (1,5-2,5) А/дм², затем постоянно увеличивают напряжение до (240-330) В для сохранения первоначальной плотности тока, время выдержки 5-30 мин. Водный раствор для электрохимического полирования используется при температуре (20-40)°С, имеет рН=7-10 при следующем соотношении компонентов:

пентаоксид ниобия 0,01-0,04 мол/л плавиковая кислота 20-50 мл/л фторид циркония до 0,041 мол/л ортофосфорная кислота 50-70 г/л борная кислота 30-70 г/л 28% водный р-р аммиака остальное

для сохранения рН=7 -10 (Патент США №7094327)

Недостатками известного способа являются высокая энергоемкость процесса и наличие в растворе для электрохимического полирования токсичной плавиковой кислоты.

Известен способ обработки металлических изделий, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования при плотности тока ≤2 А/дм², напряжении 8-24 В, в котором раствор для электрохимического полирования, имеет следующий химический состав, масс.%:

ортофосфорная кислота 55-85 уксусная кислота 10-40 глицерин 5-30

(а.с. №779453)

Недостатком известного способа является пониженный класс чистоты поверхности металлических изделий.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования при плотности тока ≥2 А/дм², напряжении 8-17 В, в котором раствор для электрохимического полирования, имеет следующий химический состав, масс.%:

ортофосфорная кислота 65-75 уксусная кислота 10-25 глицерин 5-15 серная кислота 5-10

(Патент РФ №2023767)

Недостатками прототипа являются возможность получения на поверхности изделия пор и различных дефектов, понижение класса чистоты и увеличение значения Rz, что вызвано воздействием на поверхность электрохимического раствора с высокой концентрацией активных веществ, в том числе токсичной серной кислоты.

Технической задачей изобретения является разработка способа обработки поверхности магниевых сплавов, позволяющего повысить класс чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снизить значения Rz до ~0,2-0,4 мкм и исключить токсичные компоненты.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, в котором электрохимическое полирование ведут при плотности тока - 15-25 А/дм², напряжении 3-7 В, в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, масс.%:

ортофосфорная кислота 35-45 уксусная кислота 2-10 этиловый спирт остальное

Установлено, что заявленные содержание и соотношение компонентов в растворе для электрохимического полирования поверхности магниевых сплавов при заявленных плотности тока, напряжении и времени выдержки предотвращают образование шлама, не допускают потерь самого металла в процессе электрохимического полирования поверхности. При этом предлагаемый способ способствует равномерному стравливанию шероховатостей на поверхности изделия, а образование на поверхности нерастворимых гидрофосфатов металлов предотвращает последующее растравливание поверхности.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает повышение класса чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снижение значений Rz до ~0,2-0,4 мкм, при этом позволит применить нетоксичные компоненты.

Примеры осуществления

Изделие выполнено из сплава МА14 (кронштейн).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА14 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н₃РО₄ (удельной плотности не менее 1,75 г/см³) - 35, ледяная уксусная кислота СН₃СООН - 2, остальное - этиловый спирт С₂Н₅ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА14, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Обработку поверхности изделия из магниевого сплава МА14 проводили при плотности тока 15 А/дм², напряжении 3 В в течение 10 с.

После полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили.

Примеры 2, 3 осуществляли аналогично примеру 1. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА14 и способа-прототипа (пример 4), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Изделие выполнено из сплава МА20 (подлокотник кресла).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА20 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н₃РO₄ (удельной плотности не менее 1,75 г/см³) - 45, ледяная уксусная кислота СН₃СООН - 10, остальное - этиловый спирт С₂Н₅ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА20, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Электрохимическое полирование поверхности изделия из магниевого сплава МА20 проводили при плотности тока 25 А/дм², напряжении 7 В в течение 180 с. После электрохимического полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили (пример 5).

Примеры 6, 7 осуществляли аналогично примеру 5. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА20 и способа-прототипа (пример 8), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Изделие выполнено из сплава МА2-1 (приборная панель).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА2-1 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н₃РO₄ (удельной плотности не менее 1,75 г/см³) - 40, ледяная уксусная кислота СН₃СООН - 6, остальное - этиловый спирт С₂Н₅ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА2-1, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Обработку поверхности изделия из сплава МА2-1 проводили при плотности тока 20 А/дм², напряжении 5 В в течение 10 с. После полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили (пример 9).

Примеры 10, 11 осуществляли аналогично примеру 9. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА2-1 и способа-прототипа (пример 12), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Как следует из анализа результатов, представленных в таблице 1, предлагаемый способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов позволяет повысить класс чистоты поверхности до 11-12, т.е. снизить значение Rz до ~0,2-0,4 мкм, при этом в предлагаемом способе используются нетоксичные компоненты.

Высокая эффективность и безопасность предлагаемого способа обработки поверхности магниевых сплавов, возможность использования обработанной поверхности для последующего нанесения защитных покрытий и окончательной обработки повышает ресурс и надежность изделий из магниевых сплавов.

Таблица 1 Пример осуществления Сплав Состав электролитического раствора, масс.% Режим обработки Класс шероховатости ГОСТ 2789 № Способ   Н₃РO₄ СН₃СООН C₂H₅OH Плотность тока, А/дм² Напряжение, В Время выдер-
жки, с Класс шероховатости Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм                     до полиров./после полирования 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 Предлагае-
мый способ   35 2 63 15 3 10 8/11 3,2/0,4 2   40 6 54 25 7 95 7/12 6,3/0,2 3   45 10 45 20 5 180 8/11 3,2/0,4 4 способ-прототип МА14 65-75 10-25 глицерин серная кислота 1,5-3 8-24 60 7/8 6,3/3,2           5-15 5-10          

Таблица 1. Продолжение 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5 Предлагае-
мый способ   45 10 45 15 3 180 7/12 6,3/0,2 6   35 2 63 25 7 95 8/11 3,2/0,4 7   40 6 54 20 5 10 7/12 6,3/0,2 8 способ-прототип МА20 65-75 10-25 глицерин Серная кислота 1,5-3 8-24 120 7/9 6,3/1,6         5-15 5-10           9 Предлагае-
мый способ   45 10 45 15 3 10 7/12 6,3/0,2 10 МА2-1 35 2 63 25 7 180 8/11 3,2/0,4 11   40 6 54 20 5 95 8/11 3,2/0,4 12 Способ-прототип   65-75 10-25 глицерин Серная кислота 1,5-3 8-24 120 7/9 6,3/1,6         5-15 5-10          

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлических изделий, в частности к электрохимическому полированию поверхности из магниевых сплавов, таких как кронштейны, поковки, штамповки, крышки, диски автомобильных колес, корпуса ноутбуков, мобильных телефонов, и может быть использовано в ракетно-космической технике, автомобилестроении, электронной промышленности и других отраслях народного хозяйства. Способ включает погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, при этом электрохимическое полирование ведут при плотности тока 15-25 А/дм² и напряжении 3-7 В в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: ортофосфорная кислота 35-45, уксусная кислота 2-10, этиловый спирт остальное. Техническим результатом является разработка способа обработки поверхности магниевых сплавов, позволяющего повысить класс чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снизить значения Rz до ~0,2-0,4 мкм и исключить токсичные компоненты. 1 табл.

Способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, отличающийся тем, что электрохимическое полирование ведут при плотности тока 15-25 А/дм² и напряжении 3-7 В в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ортофосфорная кислота 35-45 уксусная кислота 2-10 этиловый спирт остальное