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

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 Н_μ=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 U_a=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:

I_a - сила тока на аноде,

I_k - сила тока на катоде,

U_a - падение напряжения на аноде,

U_k-падение напряжения на катоде,

t - температура электролита.

В процессе обработки эти параметры имели следующие значения:

I_a=10÷17 А

I_k=10÷17 A

U_a=270÷292 B

U_k=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.

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.

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.