СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ИЗ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2016 года по МПК C25D11/06 

Описание патента на изобретение RU2596735C1

Изобретение относится к области повышения прочностных характеристик алюминиевых сплавов за счет электрохимической обработки поверхности, а именно методом микродугового оксидирования (МДО). Алюминиевые сплавы широко применяются в качестве конструкционного материала для авиастроения. Для обеспечения коррозионной стойкости алюминиевые сплавы подвергают специальной электрохимической обработке с последующим нанесением лакокрасочных покрытий (ЛКП).

Традиционным методом нанесения защитных оксидных покрытий на алюминиевые сплавы, применяемым на промышленных заводах, является электрохимическое анодирование в сернокислом электролите, содержащем концентрированную серную кислоту 7-20%, остальное - вода. Анодирование проводят при постоянной температуре путем подъема напряжения до 20-40 В [1].

Оксидные анодные покрытия обладают высокой сопротивляемостью коррозии, адгезионной прочностью с ЛКП. При этом существенным недостатком данного метода является низкая сопротивляемость к усталостному износу.

Известен способ повышения усталостной долговечности алюминиевых сплавов наноструктурированием поверхностных слоев, который заключается в формировании наноструктурированного слоя за счет применения методов ультразвуковой ударной механической обработки [2]. Однако недостатком является то, что в результате ультразвуковой ударной обработки структура поверхностного слоя претерпевает существенные изменения, что в свою очередь приводит к изменению механических свойств, а именно снижению пластичности.

Также известен способ повышения усталостной долговечности, который заключается в поверхностной упрочняющей обработке стеклянными и стальными шариками, а также корундовым песком [3]. Недостатками данного способа является высокий расход корундового песка и шариков в связи с их разрушением и изменение размера в связи с поверхностным абразивным износом.

Наиболее близким по технической сущности [4] к предлагаемому изобретению является способ нанесения защитных покрытий на алюминий и его сплавы, включающий анодное оксидирование в растворе фосфорной кислоты - 150-400 г/л, серной кислоты 10-30 г/л, тетрабората натрия 5-10 г/л с последующей гомогенизирующей обработкой при напряжении 4-6 В в течение 4-6 минут и далее с применением двухступенчатого непрерывного режима оксидирования, где:

- первая ступень - напряжение 7-9 В, выдержка 8-10 минут;

- вторая ступень - напряжение 19-21 В, выдержка 15-20 минут.

После анодного оксидирования проводят уплотнение покрытия при температуре 95-100°С в растворе экстракта дубильного растительного 5-50 г/л, бензотриазол 0,0001-0,0005 г/л, однозамещенного фосфата натрия 0,02-2 г/л.

Недостатком данного способа нанесения защитных покрытий является использование в качестве электролита раствора кислот. Серная и фосфорная кислоты оказывают негативное влияние на организм человека, также утилизация невозможна без дополнительной нейтрализации.

Задачей данного изобретения является создание метода нанесения защитных покрытий на алюминий и его сплавы с целью получения оксидных пленок с повышенной усталостной долговечностью.

Для достижения этой цели предлагается способ нанесения оксидных покрытий методом МДО, отличающийся тем, что в качестве электролита используется раствор карбоната натрия, и процесс проходит при больших, чем при анодировании, значениях напряжения импульсного тока.

Технический результат заключается в повышении усталостной долговечности алюминиевых сплавов, повышении экологичности за счет применения при оксидировании водного раствора карбоната натрия, являющегося менее агрессивным, и сокращении подготовительных мероприятий промывки, осветления и травления.

Микродуговое оксидирование проводится в растворе электролита следующего состава:

- карбонат натрия: 10 г/л;

- дистиллированная вода: 1 л.

Температура раствора составляет 20°С.

Процесс оксидирования проходит непрерывно при следующем электрическом режиме МДО:

- первый этап - подъем напряжения импульсного тока до 250 В в течение 5 минут;

- второй этап - выдержка при максимальном значении напряжения импульсного тока 250 В в течение 15 минут.

Пример осуществления способа

Были изготовлены образцы алюминиевого сплава по форме балки равного сопротивления нагрузки с габаритными размерами: толщина 2 мм, ширина 30 мм, длина 100 мм. Образец прикрепляется к токопроводящему элементу с помощью зажима. Затем образец погружается в ванну, изготовленную из нержавеющей стали, заполненную раствором электролита. Токопроводящий элемент присоединяется к положительному полюсу источника питания, ванна - к отрицательному. Далее включается источник питания и по заданному режиму осуществляется микродуговое оксидирование путем подачи напряжения импульсного тока. При этом под величиной напряжения импульсного тока понимается величина напряжения анодного тока. Период импульсов напряжения анодного тока составлял 3 мс, а длительность импульсов изменялась в процессе оксидирования от 0,1 мс до 2,5 мс.

В результате на поверхности алюминиевого сплава образуется оксидное покрытие серого цвета.

Усталостные характеристики определялись по методу консольного изгиба при симметричном цикле испытания. Максимальное напряжение цикла составляло σmax=156 МПа при частоте испытаний 29 Гц. В результате испытаний образцов была получена усталостная долговечность N=87000 циклов при σmax=156 МПа, что является более высоким показателем малоцикловой усталости, представленной в способе прототипе (N=49000 при σmax=18 кгс/мм2 (156 МПа)) [4].

Предлагаемый способ отличается от приведенного в [4] способа прототипа тем, что электролит состоит из водного раствора карбоната натрия, являющегося менее агрессивным и более экологичным, что позволяет не использовать специальные очистные сооружения для утилизации электролита или сильную щелочь для нейтрализации серной и фосфорной кислот. При этом вместо непрырывного двухступенчатого анодного оксидирования проводится микродуговое оксидирование в два этапа. На первом этапе осуществляется подъем напряжения импульсного тока до 250 В в течение 5 минут, на втором этапе - выдержка при максимальном значении напряжения импульсного тока 250 В в течение 15 минут. Кроме того, увеличение подаваемого на образец напряжения избавляет от необходимости в специальной подготовке детали, такой как промывка, осветление, травление. При этом нанесение оксидных покрытий предлагаемым способом приводит к повышению усталостной долговечности образцов.

Данное изобретение может найти применение в авиационной, автомобильной промышленности для изготовления корпусных изделий, работающих в условиях циклических нагрузок.

Источники информации

1. Верник С., Пиннер Р. Химическая и электролитическая обработка алюминия и его сплавов // Судпромгиз. - 1960. - С. 134-135.

2. Почивалов Ю.И., Панин В.Е., Острижная А.С. Влияние наноструктурирования поверхностных слоев на усталостную долговечность конструкционных материалов и их сварных соединений [Электронный ресурс: www.imach.uran.ru/conf/mp2014/Doklad/d88.doc] // VIII Российская научно-техническая конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций».

3. Клевцов Г.В., Фролова О.А., Клевцова Н.А. Влияние поверхностной обработки на усталостную прочность и механизм разрушения литейных алюминиевых сплавов // Успехи современного естествознания. - 2005. - №7 - С. 60-63.

4. Патент RU 2186159, опубликовано 27.07.2002.

Похожие патенты RU2596735C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА МАГНИИ И ЕГО СПЛАВАХ 2015
  • Константинова Татьяна Александровна
  • Мамаев Анатолий Иванович
  • Мамаева Вера Александровна
  • Чубенко Александр Константинович
RU2620224C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВАХ 1993
  • Гнеденков С.В.
  • Гордиенко П.С.
  • Хрисанфова О.А.
  • Коврянов А.Н.
  • Руднев В.С.
  • Яровая Т.П.
  • Синебрюхов С.Л.
  • Цветников А.К.
  • Минаев А.Н.
  • Лысенко Л.В.
  • Бузник В.М.
RU2068037C1
КАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫЙ ТЕРМОБАРЬЕРНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МОДИФИКАЦИОННЫЙ СЛОЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ДНА ПОРШНЯ, И/ИЛИ СФЕРЫ, И/ИЛИ ВЫПУСКНЫХ КАНАЛОВ ГОЛОВКИ ДВС И СПОСОБ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ 2021
  • Лебедев Роман Дмитриевич
RU2763137C1
Способ получения композиционных покрытий на вентильных металлах и их сплавах 2022
  • Малышев Владимир Николаевич
  • Почес Никита Сергеевич
RU2787330C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧЕРНОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИИ И СПЛАВАХ НА ЕГО ОСНОВЕ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ 2014
  • Ракоч Александр Григорьевич
  • Мелконьян Карен Саркисович
  • Монахова Евгения Петровна
  • Гладкова Александра Александровна
  • Пустов Юрий Александрович
RU2570869C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ ВЕНТИЛЬНОГО МЕТАЛЛА ИЛИ ЕГО СПЛАВА 2020
  • Бутягин Павел Игоревич
  • Арбузова Светлана Сергеевна
  • Большанин Антон Владимирович
  • Петухов Дмитрий Владимирович
RU2736943C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСПОРИСТОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ 2019
  • Орыщенко Алексей Сергеевич
  • Марков Михаил Александрович
  • Красиков Алексей Владимирович
  • Быкова Алина Дмитриевна
  • Беляков Антон Николаевич
RU2713763C1
Способ обработки титана и его сплавов с целью повышения его коррозионной стойкости и электролит для микродугового оксидирования титана и его сплавов с целью повышения коррозионной стойкости 2021
  • Герасимов Михаил Владимирович
  • Богдашкина Наталия Леонидовна
RU2756672C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ 2015
  • Нечаев Геннадий Георгиевич
  • Кучмин Игорь Борисович
  • Кошуро Владимир Александрович
  • Мартюшов Геннадий Григорьевич
  • Пичхидзе Сергей Яковлевич
RU2602903C1
ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ 1988
  • Гордиенко П.С.
  • Хрисанфова О.А.
  • Коркош С.В.
SU1788793A1

Реферат патента 2016 года СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ИЗ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиастроении и других отраслях промышленности. Способ включает нанесение защитного оксидного покрытия на деталь в растворе электролита в два этапа, при этом нанесение покрытия проводят импульсным током в режиме микродугового оксидирования в электролите, содержащем карбонат натрия и дистиллированную воду. На первом этапе осуществляют подъем напряжения до 250 В в течение 5 минут, а на втором этапе выдерживают максимальное значение напряжения 250 В в течение 15 минут. Технический результат - повышение усталостной долговечности алюминиевых сплавов, повышение экологичности за счет применения при оксидировании водного раствора карбоната натрия, являющегося менее агрессивным, и сокращение подготовительных мероприятий промывки, осветления и травления. 1 пр.

Формула изобретения RU 2 596 735 C1

Способ электрохимической обработки детали из алюминия и алюминиевых сплавов, включающий нанесение защитного оксидного покрытия на деталь в растворе электролита в два этапа, отличающийся тем, что нанесение покрытия проводят импульсным током в режиме микродугового оксидирования в электролите, содержащем карбонат натрия и дистиллированную воду, при этом на первом этапе осуществляют подъем напряжения до 250 В в течение 5 минут, а на втором этапе выдерживают максимальное значение напряжения 250 В в течение 15 минут.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2596735C1

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛЬ ИЗ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2001
  • Павловская Т.Г.
  • Каримова С.А.
  • Жирнов А.Д.
  • Аниховская Л.И.
  • Сенаторова О.Г.
  • Золотарева Л.А.
  • Колобова З.Н.
RU2186159C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА НИОБИИ И ЕГО СПЛАВАХ 1985
  • Гордиенко П.С.
  • Хрисанфова О.А.
  • Гнеденков С.В.
  • Недозоров П.М.
  • Ефименко А.В.
SU1332885A1
КОМБИНИРОВАННЫЙ ФОРМООБРАЗУЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК 1990
  • Кузнецов Г.П.
  • Смышляева Т.П.
  • Тимофеев Н.И.
  • Ветров Б.Г.
SU1772968A1

RU 2 596 735 C1

Авторы

Башков Олег Викторович

Никулин Михаил Юрьевич

Крупский Роман Фаддеевич

Башкова Татьяна Игоревна

Даты

2016-09-10Публикация

2015-04-03Подача