СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЛСТОСЛОЙНЫХ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ НА ВЫСОКОКРЕМНИСТОМ АЛЮМИНИЕВОМ СПЛАВЕ Российский патент 2019 года по МПК C25D11/06 

Описание патента на изобретение RU2694441C1

Изобретение относится к области электрохимической обработки поверхностей деталей из высококремнистых алюминиевых сплавов методом микродугового оксидирования (МДО) для создания толстослойных теплозащитных покрытий и может быть использовано для тепловой защиты деталей объектов машиностроения, например, поршней и головок блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ микродугового оксидирования металлов и сплавов для получения декоративных и электроизоляционных покрытий, заключающийся в том, что оксидируемую деталь помещают в ванну-электролизер с перемешиваемым электролитом и подвергают обработке микродуговым оксидированием, перемешивание электролита производят мешалкой-электродом (патент РФ №2251595, МПК C25D 11/02, опубл. 10.05.2005 г). Этот способ при скорости перемешивания электролита 0,8-1 м/с и плотности тока 20 А/дм2 позволяет получить покрытия толщиной 225 мкм за 100 мин.

Недостатком этого способа является необходимость использования специальной мешалки-электрода, при этом скорость вращения мешалки должна быть определенной и подбираться в соответствии с конфигурацией покрываемой детали.

Известен способ получения толстослойных износостойких покрытий методом МДО для пар трения объектов машиностроения с целью увеличения их ресурса с повышенными значениями микротвердости и толщины(патент РФ №2541246, МПК C25D 11/02, опубл. 10.02.2015 г). Этот способ обеспечивае тполучение покрытия с большой толщиной с одновременным снижением трудоемкости и энергоемкости за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО. В этом методе, в качестве электролита используют водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 2,5 г/л, процесс микродугового оксидирования ведут в течение 2,5-3,5 часов при силе тока I=4,5÷42 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=200÷415 В. На алюминиевом сплаве АК12Д при таких режимах удается получить покрытие с микротвердостью Нμ=16 ГПа, и толщиной - 160 мкм.

Недостатком аналога является высокая трудоемкость процесса и невозможность получения толстослойных покрытий на заэвтектических алюминиевых сплавах с содержанием кремния более 12%.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения толстослойных защитных покрытий с высокой адгезией на деталях из вентильных металлов или их сплавов в режиме микродугового оксидирования, включающий установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали. Держатель детали снаружи, на границе «воздух - электролит»покрыт электроизоляционным материалом. В одном из вариантов осуществления изобретения используют электролит, содержащий смесь едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л с напряжением 700 В (патент РФ №2228973, МПК C25D 11/02, опубл. 20.05.2004 г).

Недостатком прототипа является высокая энергоемкость получения покрытия большой толщины ввиду необходимости обеспечения высокого напряжения, вплоть до 700 В, что увеличивает энергопотребление.

Задачей изобретения является получение толстослойных теплозащитных покрытий методом МДО для деталей объектов машиностроения с целью увеличения их теплостойкости, а также снижение трудоемкости и энергоемкости за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.

Технический результат - повышение толщины оксидного керамического покрытия и, соответственно, его теплозащитных свойств, на высококремнистых заэвтектических алюминиевых сплавах с содержанием кремния более 12%.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом получения толстослойных теплозащитных покрытий на высококремнистом сплаве микродуговым оксидированием, по которому устанавливают деталь в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создают рабочее напряжение между деталью и электролитом, представляющем собой водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л, повышают напряжение до возникновения микродугового разряда на поверхности детали, согласно изобретению, микродуговое оксидирование проводят в течение 1,5-2,0 часов при силе тока I=10÷17 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=250÷350 В.

Технический результат заявляемого изобретения достигается благодаря следующему. Концентрация едкого калия и жидкого стекла 4 г/л выбрана исходя из результатов проведенных исследований по оптимизации процесса МДО, которые показали, что максимальную толщину и микротвердость МДО-слоя можно получить при указанной концентрации веществ, при длительности процесса 1,5-2 часа, при силе тока I=10÷17 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=250÷350 В.

Кроме того, выбранные параметры процесса МДО и концентрации веществ, входящих в состав электролита, обеспечивают снижение трудоемкости и энергоемкости получения покрытия.

Осуществление изобретения раскрыто в примере конкретной реализации.

Пример конкретной реализации способа.

Методом МДО было сформировано теплозащитное покрытие на лабораторном образце, изготовленном из заэвтектического алюминиевого сплава AlSi25CuNiMg (содержание кремния 25-26%).

Предлагаемый способ получения толстослойного теплозащитного покрытия реализован с использованием установки МДО, которая состоит из ванны, заполненной электролитом, в которую погружают катод и анод (функцию анода выполняет лабораторный образец из алюминиевого сплава), затем через них пропускают электрический ток.

Электролит состоит из дистиллированной воды с добавлением 4 г/л КОН и 4 г/л Na2SiO3(жидкое стекло). МДО - обработку ведут в течение 1,5-2 часов. Процесс оксидирования протекает при силе тока на аноде и катоде I=10÷17 А. В процессе обработки контролируются следующие параметры процесса:

Ia - сила тока на аноде,

Ik - сила тока на катоде,

Ua - падение напряжения на аноде,

Uk-падение напряжения на катоде,

t - температура электролита.

В процессе обработки эти параметры имели следующие значения:

Ia=10÷17 А

Ik=10÷17 A

Ua=270÷292 B

Uk=50÷105 B

t=25÷48°C.

После обработки образца по заявляемому способу максимальная толщина слоя составила 283 мкм. По сравнению с прототипом, у которого толщина слоя составляет 140 мкм, по заявляемому способу получено покрытие большей толщины и, соответственно, теплостойкости.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить толстослойное теплозащитное покрытие методом МДО с повышенными значениями толщины, а также снизить энергоемкость за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.

Похожие патенты RU2694441C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЛСТОСЛОЙНЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ 2013
  • Бутусов Илья Андреевич
  • Дударева Наталья Юрьевна
  • Кальщиков Роман Владимирович
RU2541246C1
СПОСОБ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ 2008
  • Никифоров Алексей Александрович
RU2389830C2
Устройство для микродугового оксидирования 2014
  • Клименко Борис Михайлович
  • Клименко Татьяна Алексеевна
  • Печейкина Юлия Анатольевна
  • Раков Дмитрий Леонидович
RU2613250C2
Способ получения электрохимическим оксидированием покрытий на вентильных металлах или сплавах 2019
  • Никифоров Алексей Александрович
  • Федоров Владимир Ефимович
RU2718820C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2009
  • Коломейченко Александр Викторович
  • Титов Николай Владимирович
  • Логачев Владимир Николаевич
  • Гладков Роман Витальевич
RU2389593C1
Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов 2016
  • Дударева Наталья Юрьевна
  • Бутусов Илья Андреевич
  • Кальщиков Роман Владимирович
RU2616146C1
Способ получения композиционных покрытий на вентильных металлах и их сплавах 2022
  • Малышев Владимир Николаевич
  • Почес Никита Сергеевич
RU2787330C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА ДЕТАЛЯХ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2012
  • Коломейченко Александр Викторович
  • Титов Николай Владимирович
  • Козлов Алексей Витальевич
  • Логачев Владимир Николаевич
  • Грохольский Максим Сергеевич
RU2487200C1
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ИЗДЕЛИИ 2012
  • Ракоч Александр Григорьевич
  • Дуб Алексей Владимирович
  • Гладкова Александра Александровна
  • Сеферян Александр Гарегинович
  • Ковалев Василий Леонидович
  • Бардин Илья Вячеславович
  • Баутин Василий Анатольевич
RU2483145C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2004
  • Коломейченко А.В.
  • Титов Н.В.
RU2252122C1

Реферат патента 2019 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЛСТОСЛОЙНЫХ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ НА ВЫСОКОКРЕМНИСТОМ АЛЮМИНИЕВОМ СПЛАВЕ

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для тепловой защиты деталей объектов машиностроения, например поршней и головок блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Способ включает установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, представляющим собой водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали, при этом микродуговое оксидирование проводят в течение 1,5-2,0 часов при силе тока I=10-17 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=250-350 В. Технический результат: повышение толщины оксидного керамического покрытия и, соответственно, его теплозащитных свойств, на высококремнистых заэвтектических алюминиевых сплавах с содержанием кремния более 12%. 1 пр.

Формула изобретения RU 2 694 441 C1

Способ получения толстослойных теплозащитных покрытий на высококремнистом алюминиевом сплаве микродуговым оксидированием, включающий установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, представляющим собой водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование проводят в течение 1,5-2,0 часов при силе тока I=10-17 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=250-350 В.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2694441C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЛСТОСЛОЙНЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ С ВЫСОКОЙ АДГЕЗИЕЙ НА ДЕТАЛЯХ ИЗ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ИХ СПЛАВОВ В РЕЖИМЕ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ 2002
  • Никифоров А.А.
RU2228973C2
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С УМЕНЬШЕННЫМ ТЕПЛООТВОДОМ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1996
  • Бакиров Ю.А.
RU2168039C2
Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов 2016
  • Дударева Наталья Юрьевна
  • Бутусов Илья Андреевич
  • Кальщиков Роман Владимирович
RU2616146C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЛСТОСЛОЙНЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ 2013
  • Бутусов Илья Андреевич
  • Дударева Наталья Юрьевна
  • Кальщиков Роман Владимирович
RU2541246C1
Способ гидрогенизации непредельных органических соединений, нитросоединений и фенолов, а также дегидрогенизации гидрированных фенолов 1927
  • К. Бош
  • А. Митташ
  • К. Краух
  • О. Шмидт
SU13214A1

RU 2 694 441 C1

Авторы

Дударева Наталья Юрьевна

Еникеев Рустэм Далилович

Валеев Рашит Сайфиевич

Даты

2019-07-15Публикация

2018-10-04Подача