СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ИЗДЕЛИЕ Российский патент 2011 года по МПК C23C16/18 

Описание патента на изобретение RU2430993C1

Изобретение относится к защитным покрытиям на основе алюминия, а именно к способам получения коррозионно-стойкого покрытия на основе алюминия с высоким уровнем адгезии, методом термического разложения алюмоорганического соединения, и может применяться в авиационной, машиностроительной, приборостроительной, автомобильной промышленности для защиты поверхности металлических изделий от коррозии, а также улучшения свинчиваемости крепежных деталей.

Алюминий обладает склонностью к окислению на воздухе и образованию на поверхности естественного оксидного слоя, толщина которого не превышает 1 мкм. Известно, что микротвердость оксида алюминия значительно выше микротвердости чистого алюминия, но малая толщина оксидного слоя не позволяет обеспечить защиту от механических повреждений. Для увеличения толщины оксидного слоя на поверхности алюминия применяется анодное и химическое оксидирование.

Известно более двадцати способов нанесения алюминиевых покрытий, в т.ч. гальваническими методами. Наиболее применяемыми являются горячее, а также газотермическое алюминирование. Их общим недостатком является невозможность получения равномерного по толщине покрытия на изделиях сложной конфигурации и вредное воздействие на окружающую среду.

Известен способ нанесения коррозионно-стойкого алюминиевого покрытия из паровой фазы алюмоорганического соединения. Данный способ включает в себя получение алюминиевого покрытия путем пиролитического разложения паров алюмоорганического соединения в атмосфере сухого инертного газа (патент Великобритании №868845).

Основным недостатком наносимого данным способом покрытия является низкая механическая прочность слоя алюминия: покрытие нестойкое, в месте контакта с ответной деталью наблюдается его полное удаление.

Известен способ нанесения покрытия на основе алюминия для труб. Данный способ включает в себя газотермическое нанесение на внешнюю поверхность трубы сплава, содержащего 88 мас.% алюминия и 12 мас.% кремния (патент США №6554992).

Недостатком данного способа является невозможность нанесения покрытия на изделия сложной геометрической формы, с выступами, отверстиями, тела вращения и т.д.

Известен способ нанесения защитного коррозионно-стойкого покрытия на изделия из жаропрочного никелевого сплава. Способ включает нанесение покрытия из сплава на основе алюминия, содержащего платину, палладий или другие элементы при температурах более 1000°С на жаропрочные сплавы, применяемые в авиации (патент США №6533875).

Данный способ нанесения покрытия не нашел широкого применения из-за экономической неэффективности, обусловленной высокой температурой нагрева в течение продолжительного времени (~10 ч).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и принятым за прототип является способ нанесения оксида алюминия путем разложения паров алюмоорганических соединений, в т.ч. кислородсодержащих. Данный способ включает в себя:

- перевод алюмоорганического соединения в пар путем нагрева;

- подачу паров к покрываемой детали, нагретой до температуры разложения алюмоорганического соединения (300-700°С);

- разложение на поверхности покрываемой детали паров алюмоорганического соединения с образованием слоя оксида алюминия (патент США №6037003).

Недостатком данного способа является невозможность получить электрохимическую защиту от коррозии покрываемых металлов: при нарушении целостности покрытия возникают коррозионные процессы на поверхности покрытого изделия. Это вызвано диэлектрическими свойствами осаждаемого оксида алюминия.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа нанесения покрытия на металлические изделия, обеспечивающего получение оксидоалюминиевого покрытия, обладающего повышенной коррозионной стойкостью, прочностью сцепления с основой, при этом свинчиваемость резьбовых пар с покрытием, не должна уступать по своим параметрам свинчиваемости резьбовых пар с серийно применяемым хроматированным кадмиевым покрытием.

Для решения поставленной задачи предложен способ нанесения коррозионно-стойкого покрытия оксида алюминия на металлическое изделие путем пиролитического разложения паров кислородсодержащих органических соединений алюминия, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия оксида алюминия на металлическое изделие наносят подслой чистого алюминия, полученный пиролитическим разложением триизобутилалюминия или диизобутилалюминийгидрида с добавкой диэтилферроцена в количестве 2-5 об.%.

Нанесение алюминия и оксида алюминия осуществляют последовательно в одной реакционной камере.

В качестве кислородсодержащих органических соединений алюминия используют алюминий сек-бутоксид, изопропилат алюминия. Пиролитическое разложение паров кислородсодержащих органических соединений алюминия осуществляют при температуре 240-280°С при давлении, не превышающем 50 Па. Продолжительность процесса осаждения не превышает 1 ч.

Покрытие, наносимое по предлагаемому способу, не ухудшает механические свойства основного изделия. Нанесение подслоя чистого алюминия, полученного разложением триизобутилалюминия или диизобутилалюминийгидрида с добавкой диэтилферроцена в количестве 2-5 об.%, обеспечивает получение покрытия с повышенной коррозионной стойкостью, за счет электрохимической способности чистого алюминия анодно защищать основное изделие. Прочность сцепления обеспечивается за счет поверхностного диффузионного внедрения чистого алюминия в материал основного изделия при температуре 240-280°С. Микротвердость чистого алюминия близка к микротвердости кадмия, что позволяет обеспечить свинчиваемость резьбовых пар с покрытием, наносимым по предлагаемому способу, на уровне свинчиваемости резьбовых пар с серийно применяемым хроматированным кадмиевым покрытием.

Примеры осуществления:

Пример 1

Нанесение покрытия оксида алюминия с подслоем чистого алюминия на кронштейн из стали 30ХГСА, шероховатостью Ra=0,32 мкм.

Подслой чистого алюминия нанесли в вакуумной реакционной камере разложением паров триизобутилалюминия при температуре 280°С и давлении, не превышающем 50 Па. Расход триизобутилалюминия составил 20 мл, дополнительно было введено 0,4 мл (2 об.%) каталитической добавки диэтилферроцена. Слой оксида алюминия получили по аналогичным режимам из изопропилата алюминия. Расход изопропилата алюминия составил 10 мл.

На поверхности кронштейна получили покрытие, состоящее из подслоя чистого алюминия толщиной ~10 мкм и слоя оксида алюминия толщиной 1,5-2 мкм.

Шероховатость полученного покрытия соответствует исходной шероховатости кронштейна. Прочность сцепления покрытия с основой оценивали на образцах-свидетелях. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 2

Нанесение покрытия оксида алюминия с подслоем чистого алюминия на болты 6-30, изготовленные по ОСТ 1.311.03-80 из стали 16ХСН.

Подслой чистого алюминия нанесли в вакуумной реакционной Камере разложением паров диизобутилалюминийгидрида при температуре 240°С и давлении, не превышающем 30 Па. Расход триизобутилалюминия составил 10 мл, дополнительно было введено 0,3 мл (3 об.%) каталитической добавки диэтилферроцена. Слой оксида алюминия получили по аналогичным режимам из алюминий сек-бутоксида. Расход алюминий сек-бутоксида составил 10 мл.

На поверхности болтов получили покрытие, состоящее из подслоя алюминия толщиной 7 мкм и слоя оксида алюминия толщиной 1 мкм.

Прочность сцепления покрытия с основой оценивали на образцах-свидетелях. Оценку свинчиваемости резьбовых пар с покрытием оксида алюминия проводили согласно требованиям стандарта SAE J 174М:1998. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 3

Нанесение покрытия оксида алюминия с подслоем чистого алюминия на лопатки ГТД из никелевого сплава.

Подслой чистого алюминия нанесли при температуре 260°С и давлении, не превышающем 50 Па. Расход триизобутилалюминия составил 10 мл, дополнительно было введено 0,5 мл (5 об.%) каталитической добавки диэтилферроцена. Слой оксида алюминия получили по аналогичным режимам из алюминий сек-бутоксида. Расход алюминий сек-бутоксида составил 10 мл.

На поверхности лопаток получили покрытие, состоящее из подслоя алюминия толщиной 7 мкм и слоя оксида алюминия толщиной 1 мкм. Продольный шлиф показал наличие покрытия во внутренних полостях лопатки.

Прочность сцепления покрытия с основой оценивали на образцах-свидетелях. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 4

Нанесение покрытия оксида алюминия на корпус охладителя по способу, описанному в прототипе.

Покрытие оксида алюминия наносили путем пиролитического разложения паров эквимолярной смеси триэтилалюминий+алюминий сек-бутоксид при температуре 400°С и атмосферном давлении в среде сухого азота. Расход смеси триэтилалюминий + алюминий сек-бутоксид составил 4 мл.

На поверхности корпуса охладителя получили покрытие оксида алюминия толщиной 1 мкм.

Прочность сцепления покрытия с основой оценивали на образцах-свидетелях. Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, предлагаемый способ позволяет получать покрытия с высокой коррозионной стойкостью, прочностью сцепления с изделием, свинчиваемостью резьбовых пар.

Таким образом, применение предлагаемого способа обеспечит защиту поверхности металлических изделий, в том числе и крепежных деталей от коррозии, повысит ресурс и надежность изделий.

Пример Время до появления первых очагов коррозии изделия, ч по ГОСТ Адгезия по ГОСТ Свинчиваемость по стандарту SAEJ 174М:1998 1 810 Вздутий, сколов, отслаивания покрытия не обнаружено. Не определялась 2 720 Вздутий, сколов, отслаивания покрытия не обнаружено. Достигаются необходимые условия затяжки: крутящий момент затяжки на 10-15% ниже (в сравнении с покрытием Cd 6-9 Хр); отмечены высокие смазывающие свойства покрытия. 3 780 Вздутий, сколов, отслаивания покрытия не обнаружено. Не определялась 4 72 Вздутий, сколов не обнаружено, наблюдалось отслаивание покрытия в некоторых образцах Не определялась

Похожие патенты RU2430993C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ 2003
  • Каблов Е.Н.
  • Жирнов А.Д.
  • Ильин В.А.
  • Кошелев В.Н.
  • Нагаева Л.В.
  • Налётов Б.П.
  • Тюриков Е.В.
RU2251589C1
ЭЛЕКТРОД И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2005
  • Кондриков Николай Борисович
  • Щитовская Елена Владимировна
  • Васильева Марина Сергеевна
  • Руднев Владимир Сергеевич
  • Тырина Лариса Михайловна
RU2288973C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ 1993
  • Иванов Евгений Григорьевич
RU2036978C1
СВЧ ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2004
  • Берлин Евгений Владимирович
  • Сейдман Лев Александрович
RU2287875C2
Электрод многофункционального назначения на титане с надежным электрическим контактом и способ его получения 2021
  • Герасимов Михаил Владимирович
  • Жуликов Владимир Владимирович
RU2757638C1
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПИГМЕНТЫ С АНТИКОРРОЗИЙНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И/ИЛИ ЕГО СПЛАВОВ 2020
  • Гаршев Алексей Викторович
  • Путляев Валерий Иванович
  • Евдокимов Павел Владимирович
  • Козлов Даниил Андреевич
  • Тихонов Андрей Александрович
  • Тихонова Снежана Алексеевна
  • Орлов Николай Константинович
  • Петров Александр Кириллович
  • Мамаева Юлия Борисовна
  • Федянин Андрей Анатольевич
  • Четвертухин Артем Вячеславович
  • Шарипова Маргарита Ильгизовна
  • Шулейко Дмитрий Валерьевич
  • Михайлов Иван Юрьевич
  • Поляков Сергей Витальевич
RU2746989C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ 2011
  • Ильин Вячеслав Александрович
  • Семёнычев Валентин Владимирович
  • Тюриков Евгений Владимирович
  • Панарин Александр Витальевич
RU2449053C1
КОМБИНИРОВАННОЕ ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ 2021
  • Белоусов Сергей Викторович
  • Гареев Игорь Святославович
RU2763953C1
СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ КРЕМНИЯ 2014
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Семенычев Валентин Владимирович
  • Салахова Розалия Кабировна
  • Панарин Александр Витальевич
  • Тихообразов Андрей Борисович
RU2569199C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА 2013
  • Новиков Виктор Иванович
  • Соловьев Евгений Михайлович
RU2579713C2

Реферат патента 2011 года СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ИЗДЕЛИЕ

Изобретение относится к защитным покрытиям на основе алюминия и может быть использовано в авиационной, машиностроительной, приборостроительной и автомобильной промышленности. На металлическое изделие наносят подслой чистого алюминия, полученный разложением триизобутилалюминия или диизобутилалюминийгидрида с добавкой диэтилферроцена в количестве 2-5 об.%. Затем наносят оксид алюминия путем пиролитического разложения паров кислородсодержащих органических соединений алюминия. Подслой из чистого алюминия и покрытие оксида алюминия наносят последовательно в одной реакционной камере. В качестве кислородсодержащих органических соединений алюминия используют сек-бутоксид алюминия или изопропилат алюминия. Пиролитическое разложение паров кислородсодержащих органических соединений алюминия осуществляют при температуре 240-280°С и давлении, не превышающем 50 Па. Получается покрытие, обеспечивающее защиту поверхности металлических изделий от коррозии и повышающее их ресурс и надежность. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 430 993 C1

1. Способ нанесения коррозионно-стойкого покрытия оксида алюминия на металлическое изделие, включающий пиролитическое разложение паров кислородсодержащих органических соединений алюминия, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия оксида алюминия на металлическое изделие наносят подслой чистого алюминия, полученный разложением триизобутилалюминия или диизобутилалюминийгидрида с добавкой диэтилферроцена в количестве 2-5 об.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подслой из чистого алюминия и покрытие оксида алюминия наносят последовательно в одной реакционной камере.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащих органических соединений алюминия используют сек-бутоксид алюминия, изопропилат алюминия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пиролитическое разложение паров кислородсодержащих органических соединений алюминия осуществляют при температуре 240-280°С и давлении, не превышающем 50 Па.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2430993C1

US 6037003 A, 14.03.2000
Способ нанесения покрытия, содержащего оксид алюминия и карбид вольфрама 1986
  • Ильген Франк
  • Вейтц Вольфганг
  • Вестфаль Хартмут
  • Виганд Артур
  • Резлер Рольф
  • Вагнер Элеоноре
  • Меллер Иоганна
SU1731763A1
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ОКИСНЫМ ПОКРЫТИЕМ И СПОСОБ ЕГО НАНЕСЕНИЯ 1995
  • Люнгберг Бьорн
RU2131330C1
JP 59081002 A, 10.05.1984
0
SU164984A1

RU 2 430 993 C1

Авторы

Ильин Вячеслав Александрович

Семенычев Валентин Владимирович

Панарин Александр Витальевич

Тюриков Евгений Владимирович

Сатаев Евгений Есынович

Даты

2011-10-10Публикация

2010-07-01Подача