СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ МЕТАЛЛОВ ВЕНТИЛЬНОЙ ГРУППЫ Российский патент 2023 года по МПК C25D11/02 C25D11/18 

Изобретение относится к электрохимической обработке изделий из сплавов металлов вентильной группы в растворах электролитов, в частности к электролитическому оксидированию, основными разновидностями которого являются анодирование и микродуговое оксидирование, и может применяться в машиностроении и других отраслях народного хозяйства.

К металлам вентильной группы относят алюминий, титан, магний и некоторые другие металлы, на которых образуются оксидные пленки с униполярной проводимостью. Анодирование и микродуговое оксидирование позволяют многократно повышать толщину этих пленок с изменением их структуры и преобразованием их в плотные функциональные покрытия. Такие покрытия можно получать и на сплавах вентильных металлов.

Обычно анодирование и микродуговое оксидирование реализуются в специальных электролитических ваннах, которые должны отвечать целому ряду требований. Они должны изготавливаться из химически стойких по отношению к растворам электролитов материалов (например, коррозионностойких сталей), вмещать достаточный объем растворов (многократно превышающий объем оксидируемых изделий), быть оборудованными системами перемешивания и охлаждения растворов. Кроме того, ванны должны использоваться вместе с системами воздушной вентиляции и электробезопасности для предотвращения попадания вредных и опасных испарений в органы дыхания людей и поражения их электрическим током. Ванны имеют высокую стоимость, требуют обслуживания, занимают производственную площадь. Поэтому для производственной практики представляют интерес безопасные способы электролитического оксидирования изделий из сплавов вентильных металлов без применения электролитических ванн.

Как правило, анодирование и микродуговое оксидирование осуществляют при перемешивании растворов электролитов механическими, пневматическими или магнитными мешалками (миксерами). Перемешивание обеспечивает хорошее омывание растворами наружных поверхностей изделий, но не может обеспечить необходимого омывания их внутренних поверхностей. Поэтому около внутренних поверхностей растворы, плохо обновляясь, обедняются и нагреваются. Это является причиной замедленного образования оксидов вентильных металлов на внутренних поверхностях изделий и ускоренного растворения образующихся оксидов растворами. Вследствие этого, на внутренних поверхностях изделий формируются неравномерные оксидные покрытия с низкими значениями толщины и показателей эксплуатационных свойств.

Следует отметить, что для обработки небольших по площади поверхностей отверстий разработано несколько способов анодирования и микродугового оксидирования, обеспечивающих получение оксидных покрытий, по толщине и эксплуатационным свойствам близких к оксидным покрытиям на наружных поверхностях. Однако для обработки протяженных поверхностей объемных внутренних полостей, в особенности с узкими горловинами, эти способы категорически не подходят, а сведения об иных способах получения равномерных покрытий на таких поверхностях в источниках научной и патентной информации отсутствуют. Однако, разработка способов обработки поверхностей объемных внутренних полостей, в особенности с узкими горловинами, необходима для более широкого применения сплавов вентильных металлов при изготовлении бензо- и маслобаков, а также канистр, фляг, бидонов, баллонов и аналогичных сосудов для хранения горюче-смазочных материалов, кислотных, щелочных и солевых растворов, агрессивных газов и т.п.

В связи с изложенным предлагается изобретение, направленное на получение с помощью анодирования или микродугового оксидирования равномерных по толщине и эксплуатационным свойствам оксидных покрытий на протяженных поверхностях объемных внутренних полостей с узкими горловинами в изделиях из сплавов вентильных металлов без применения электролитических ванн.

Из источников патентной информации известны способы получения покрытий на деталях из алюминиевых сплавов анодированием в кислых растворах электролитов [Патент RU 2354759. Способ получения покрытий / Чуфистов О.Е., Демин С.Б., Чуфистов Е.А., Борисков Д.Е., Холудинцев П.А. - Бюл. 13 от 10.05.2009] и микродуговым оксидированием в щелочных растворах электролитов [Патент RU №2136788. Способ получения покрытий / Атрощенко Э.С., Чуфистов О.Е., Казанцев И.А., Дурнев В.А. - Бюл.25 от 10.09.1999]. Однако данные способы реализуются только в электролитических ваннах и не позволяют обеспечивать равномерность толщины и свойств покрытий даже на поверхностях неглубоких отверстий. Поэтому для обработки протяженных поверхностей объемных внутренних полостей с узкими горловинами без использования электролитических ванн данные способы никоим образом не подходят.

Также известны способы получения покрытий на поверхностях глубоких отверстий в изделиях из сплавов вентильных металлов с помощью анодирования и микродугового оксидирования без использования электролитических ванн. Согласно данным способам обработка осуществляется внутри самих отверстий при протекании через них растворов электролитов с изменением направления их течения, спустя половину времени обработки, на противоположное. Изменение направления течения растворов обеспечивает выравнивание толщины и свойств покрытий по длине отверстий [Патент RU 2669952. Способ получения покрытий на поверхностях глубоких сквозных отверстий в изделиях из сплавов вентильных металлов / Чуфистов О.Е., Чуфистов Е.А., Цибизов П.Н., Вяльмисов В.О., Филатов П.М. - Бюл.29 от 17.10.2018; Патент RU 2694859. Способ получения покрытий на поверхностях глубоких сквозных отверстий с прямыми и искривленными осями в изделиях из сплавов вентильных металлов / Чуфистов О.Е., Чуфистов Е.А., Филатов П.М., Майборода В.А., Нетесанов М.А. - Бюл. 20 от 17.07.2019]. Однако данный способ реализуется в отверстиях с примерно одинаковым сечением, в которых обеспечивается равномерное омывание всех участков поверхностей отверстий растворами и примерно одинаковые значения толщины и свойств покрытий. В объемных полостях с узкими горловинами обеспечить равномерное омывание протяженных поверхностей практически невозможно, особенно с учетом того, что втекание и вытекание растворов в такие полости должно происходить с одной стороны, а полости не всегда имеют правильную или симметричную форму. Из-за этого в полостях возникают области с абсолютно разной интенсивностью обновления растворов и формируются покрытия с большой степенью неравномерности. Причем, хуже всего растворы, как правило, обновляются около поверхностей полостей, из-за чего покрытия на них, наряду с невысокой равномерностью, характеризуются низкими значениями толщины и показателей свойств. Поэтому данные способы не имеет смысла применять для обработки протяженных поверхностей объемных внутренних полостей с узкими горловинами.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому способу является способ получения покрытий на поверхностях глухих отверстий деталей из алюминиевых сплавов с помощью анодирования и микродугого оксидирования в электролитических ваннах. Согласно данному способу растворы электролитов первую половину времени обработки закачиваются в глухие отверстия деталей, а оставшуюся половину времени откачиваются из них через специальные жиклеры, являющиеся по отношению к деталям противоэлектродами. Переход от закачивания к откачиванию также необходим для выравнивания толщины и свойств покрытий по длине отверстий. Осуществление данного способа возможно и без использования электролитических ванн, но при этом равномерные покрытия формируются не на всех поверхностях деталей, а только на поверхностях их отверстий. [Патент RU 2471895. Способ получения покрытий на поверхностях глухих отверстий деталей из алюминиевых сплавов. Чуфистов О.Е., Артемов И.И., Чуфистов Е.А., Агапова Т.А., Гусенков Е.В. - Бюл.1 от 10.01.2013]. Тем не менее, данный способ реализуется в глухих отверстиях постоянного сечения при равномерном омывании их стенок растворами электролитов, протекающими по не меняющимся зазорам между поверхностями отверстий и наружными поверхностями жиклеров, что и обеспечивает равномерность толщины и свойств формируемых покрытий. Получить сколь-нибудь приемлемую равномерность зазоров между наружными поверхностями жиклеров и поверхностями объемных полостей с узкими горловинами не представляется возможным. Из-за этого в полостях также возникают области с разной интенсивностью обновления растворов и формируются покрытия с большой степенью неравномерности. Поэтому данный способ также не имеет смысла применять для обработки протяженных поверхностей объемных внутренних полостей с узкими горловинами.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа получения равномерных оксидных покрытий с высокими эксплуатационными свойствами на внутренних поверхностях бензо- и маслобаков, канистр, фляг, бидонов, баллонов и аналогичных сосудов из сплавов вентильных металлов с помощью анодирования и микродугового оксидирования без применения электролитических ванн.

Технический результат решения поставленной задачи заключается в разработке способа получения покрытий на поверхностях внутренних полостей с узкими горловинами в изделиях из сплавов металлов вентильной группы, реализуемого без применения электролитических ванн и обеспечивающего получение с помощью анодирования и микродугового оксидирования исключительно на внутренних поверхностях бензо- и маслобаков, канистр, фляг, бидонов, баллонов и аналогичных сосудов качественных оксидных покрытий, у которых соотношение минимальных и максимальных значений толщины и эксплуатационных свойств в пределах одного изделия составляет не менее 0,85.

Поставленная задача решается в способе получения покрытий на поверхностях внутренних полостей изделий из сплавов металлов вентильной группы, включающем электролитическое оксидирование внутри полостей продолжительностью 30-60 минут с протеканием через них растворов электролитов и изменением направления их течения на противоположное спустя половину времени обработки, причем, перед электролитическим оксидированием в полости изделия устанавливают эластичный сжимаемый компенсатор и замораживают раствор электролита, затем за счет нагрева стенок изделия замороженный электролит около них частично размораживают, и дальнейшее электролитическое оксидирование проводят при протекании раствора электролита в зазорах между поверхностями полости и льдом замороженного раствора электролита при закачивании свежего раствора электролита в полость через противоэлектрод в течение первой половины длительности электролитического оксидирования и откачивании отработанного раствора электролита из полости через противоэлектрод в течение второй половины длительности электролитического оксидирования при средней температуре раствора, затекающего в полость, 2-5°С и его расходе 0,1-2,0 литра в минуту на 1 дм² поверхностей полости, а после электролитического оксидирования проводят наполнение полученных в результате него покрытий путем кипячения в полости дистиллированной воды в течение 40-60 минут, заполняя полость наполовину и однократно переустанавливая изделие так, чтобы участки поверхностей полости по 50% времени кипячения подвергались воздействию дистиллированной воды и водяного пара.

Для реализации способа помимо источника тока и резервуара с раствором электролита необходимы реверсивный химически стойкий насос с регулируемым расходом проходящей через него жидкости, морозильная камера достаточного объема для размещения в ней хотя бы одного изделия с полостью, подлежащей обработке, нагревательное устройство для кипячения воды в полости изделия, специально изготовленные крышка и кольцо для горловины, противоэлектрод, втулка, компенсатор и заглушка противоэлектрода, а также химически стойкие шланги, штуцеры, хомуты и стопорные винты. Крышка, необходимая для герметичного закрывания полости, должна изготавливаться из химически стойкой резины или пластмассы. Сопряжение поверхностей горловины и крышки должно осуществляться по посадке с натягом (при необходимости для этого можно использовать хомуты). В крышке должны быть предусмотрены не менее трех отверстий - центральное осевое отверстие для противоэлектрода и не менее двух симметрично расположенных относительно него отверстий для штуцеров. Сопряжение поверхностей крышки, противоэлектрода и штуцеров должно также осуществляться по посадкам с натягом. Кольцо должно изготавливаться из любого химически инертного к раствору электролита материала, его высота должна быть равной высоте горловины, наружный диаметр должен быть таким, чтобы кольцо сопрягалось с отверстием горловины по посадке с натягом и надежно удерживалось в отверстии горловины за счет силы трения, внутренний диаметр кольца должен быть таким, чтобы оно, находясь в горловине, примерно наполовину перекрывало симметричные отверстия для штуцеров в надетой на горловину крышке. Противоэлектрод должен изготавливаться из трубы из коррозионностойкой стали. Наружный диаметр противоэлектрода должен быть в 2-4 раза меньше внутреннего диаметра горловины, а длина должна быть такой, чтобы при упоре нижнего конца противоэлектрода в дно полости, его верхний конец выступал над поверхностью сопряженной с горловиной крышки на 3-4 наружных диаметра противоэлектрода. Втулка должна изготавливаться из химически стойкой пластмассы, диаметр ее центрального отверстия должен быть таким, чтобы сопряжение с противоэлектродом осуществлялось по посадке с натягом. У втулки должны быть развитые торцевые участки (по своей форме она должна походить на бобину или шпульку), при этом желательно, чтобы в торцевых участках втулки были выполнены отверстия малого диаметра (до 10 мм), оси которых должны быть параллельны оси втулки. Длина втулки должна составлять примерно две трети расстояния от нижней точки горловины до дна полости, а диаметр торцевых участков втулки должен быть на 1-2 мм меньше диаметра отверстия горловины. Компенсатор должен быть изготовлен из легко сжимаемого химически стойкого материала (пенополиуретана или резины) и размещаться на средней части втулки, не выступая за поверхности ее торцевых участков. Компенсатор можно изготовить из листового пенополиуретана или резиновой трубки, обернув его вокруг средней ступени втулки и закрепив хомутами или алюминиевой проволокой. Заглушка противоэлектрода может изготавливаться из сплошного стержня из алюминиевого сплава, коррозионностойкой стали или химически стойкой пластмассы, или из трубы из аналогичного материала с завариванием или запаиванием ее отверстия с одного конца. Наружный диаметр заглушки противоэлектрода должен быть максимально приближен к диаметру отверстия противоэлектрода, но при этом заглушка должна свободно входить в отверстие противоэлектрода и беспрепятственно проворачиваться в нем. Длина заглушки противоэлектрода должна быть примерно на 100 мм больше длины противоэлектрода.

Способ реализуется следующим образом. Полость изделия заранее подготавливают к обработке - очищают, обезжиривают, промывают и высушивают. Затем на противоэлектрод напрессовывают втулку (при необходимости закрепляют ее хомутом или стопорным винтом из коррозионностойкой стали), на средней части втулки закрепляют компенсатор без излишнего сжатия его материала, вводят противоэлектрод со втулкой и компенсатором в полость через горловину, устанавливают в нее кольцо, надевают на выступающую часть противоэлектрода крышку, плотно закрывают горловину крышкой и позиционируют противоэлектрод так, чтобы между его нижним концом и дном полости было расстояние, равное 0,5-1,5 диаметра отверстия противоэлектрода, при этом втулка должна располагаться на равном удалении от дна полости и горловины. Далее на противоэлектрод надевают химически стойкий шланг, соединенный с насосом, связанным другим шлангом с резервуаром с раствором электролита, температуру которого поддерживают в интервале 2-5°С, включают насос и его помощью заполняют полость раствором электролита. Потом отсоединяют шланг от противоэлектрода, вставляют в его отверстие заглушку до упора в дно полости (если в качестве заглушки используют трубу с запаянным или заваренным концом, то именно этот конец следует упереть в дно полости), помещают изделие с раствором электролита, крышкой, кольцом, противоэлектродом, заглушкой противоэлектрода, втулкой и компенсатором в морозильную камеру, в которой установлена температура -15 - -25°С, и выдерживают до полного замораживания раствора электролита и его остывания до температуры морозильной камеры. После этого изделие с перечисленными элементами достают из морозильной камеры и выдерживают при комнатной или более высокой температуре некоторое время, достаточное для оттаивания замороженного раствора электролита около обрабатываемых поверхностей полости и крышки, извлекают заглушку противоэлектрода (если в качестве нее используется труба с запаянным или заваренным концом, в нее заливают теплую воду для облегчения извлечения), снимают с горловины и противоэлектрода крышку, извлекают из горловины кольцо, снова надевают на противоэлектрод и горловину крышку (при необходимости закрепляют ее хомутом), выставляют противоэлектрод относительно крышки и горловины в то же положение, что и при замораживании раствора в морозильной камере, устанавливают в крышку штуцеры, надевают на них химически стойкие шланги и выводят их свободные концы в резервуар с раствором электролита и снова надевают на противоэлектрод шланг, соединяющий его с насосом. Затем подсоединяют к изделию кабель одного из полюсов источника питания (если оксидирование проводят при постоянном токе, к изделию подсоединяют кабель положительного полюса), а к противоэлектроду подсоединяют кабель другого полюса источника питания, противоположного по знаку полюсу, кабель которого ранее подсоединили к изделию (если оксидирование проводят при постоянном токе, к противоэлектроду подсоединяют кабель отрицательного полюса), также к корпусу изделия подсоединяют датчик температуры, связанный с термоконтроллером. Далее включают насос, настроенный на определенный расход раствора электролита, и тем самым начинают закачивать из резервуара в полость изделия раствор, который проходит через противоэлектрод, затем через зазоры между стенками полости и льдом замороженного раствора электролита и через штуцеры и шланги сливается обратно в резервуар. Практически одновременно с включением насоса включают источник питания, настроенный на определенные значения силы тока, проходящего по цепи, и плотности тока на поверхностях обрабатываемой полости в изделии, тем самым запуская процесс оксидирования. В процессе оксидирования с помощью термодатчика и термоконтроллера постоянно отслеживают среднюю температуру изделия, если она выходит за пределы 15°С (это более вероятно для микродугового оксидирования), то процесс оксидирования прекращают, отключая источник питания и насос, отсоединяют от изделия датчик температуры, кабели источника тока и шланги, снимают крышку, устанавливают в горловину кольцо, ставят крышку на место, выставляют положение противоэлектрода, вставляют в него заглушку, снова замораживают раствор электролита в полости изделия, обеспечивают оттаивание замороженного раствора электролита около обрабатываемых поверхностей полости и крышки, извлекают заглушку противоэлектрода, снимают крышку, извлекают кольцо, ставят крышку на место, подсоединяют к изделию датчик температуры, кабели источника питания и шланги, включают насос и источник питания, заново запуская процесс оксидирования. По истечении 15-30 минут оксидирования, составляющих первую половину его продолжительности, отключают источник питания и насос. Затем устанавливают реверс насоса, снова его включают, и тем самым начинают откачивать через противоэлектрод раствор электролита из полости изделия в резервуар, а в образующуюся зону разрежения через шланги и штуцеры свежий раствор из резервуара входит в полость, проходит через зазоры между стенками полости и таящим льдом раствора электролита и через противоэлектрод, насос и шланги сливается обратно в резервуар. Практически одновременно с включением насоса включают источник питания, настроенный на определенные значения силы тока, проходящего по цепи, и плотности тока на поверхностях обрабатываемой полости изделия, тем самым запуская процесс оксидирования. Спустя 15-30 минут оксидирования, составляющих вторую половину его продолжительности, отключают источник питания и насос, отсоединяют шланги, датчик температуры, помещают изделие в теплое место, ждут пока растает весь лед раствора электролита, затем извлекают из горловины крышку с противоэлектродом, втулкой и компенсатором, потом вставляют в полость шланг, соединенный с насосом, и откачивают весь оттаявший раствор электролита из полости в резервуар. Затем полость промывают водопроводной водой, дают ей стечь, заливают полость наполовину дистиллированной водой и с помощью погружного тэна или термического шкафа нагревают ее до кипения и выдерживают 40-60 минут однократно переустанавливая изделие так, чтобы участки поверхностей полости примерно по 20-30 минут времени выдержки подвергались воздействию как дистиллированной воды, так и водяного пара. После этого отключают нагревающее устройство, сливают дистиллированную воду и высушивают полость изделия.

Подача свежего раствора электролита в полость, в которой расположен противоэлектрод, и создание разности потенциалов между изделием и противоэлектродом создают условия для интенсивного взаимодействия вентильного металла поверхностей полости и кислорода, выделяющегося из раствора, с образованием оксидного покрытия на поверхностях полости.

Замораживание раствора электролита в полости на закрепленном противоэлектроде с последующим частичным размораживанием около поверхностей полостей позволяет обеспечить примерно одинаковые зазоры между поверхностями полости и льдом замороженного раствора электролита и, следовательно, относительно равномерное омывание всех участков поверхностей полостей раствором электролита с исключением возможности появления зон, в которых из-за плохого перемешивания раствора он может медленно обновляться, нагреваться и оказывать локальное растворяющее действие на отдельные участки поверхностей полости и формируемые на них покрытия. Наряду с обеспечением равномерного омывания поверхностей полости замороженный раствор электролита способствует поддержанию температуры и химического состава раствора электролита при его течении в полости за счет теплообмена с противоэлектродом и смешивания с таящим льдом замороженного раствора электролита.

Закрепление на противоэлектроде втулки из химически прочного и стойкого к раствору электролита материала с низкой теплопроводностью необходимо, чтобы лед электролита быстро не растаял от тепла противоэлектрода, и не сместился вниз под действием силы тяжести с изменением зазоров и интенсивности омывания различных участков поверхностей полости. Отверстия на торцевых поверхностях втулки необходимы для лучшей фиксации льда замороженного раствора электролита относительно противоэлектрода и поверхностей полостей.

Наличие на втулке компенсатора из легко сжимаемого химически стойкого к раствору электролита материала необходимо для предотвращения пластического деформирования или разрушения изделия вследствие увеличения объема раствора электролита в его полости при замораживании. Кроме того, компенсатор, препятствуя теплообмену противоэлектрода и льда замороженного раствора электролита, замедляет таяние последнего.

Температура раствора электролита, затекающего в полость, должна поддерживаться в интервале 2-5°С, а его расход через полость должен вписываться в диапазон 0,1-2,0 л в минуту на 1 дм² оксидируемых поверхностей, для исключения намораживания затекающего раствора на лед замороженного раствора электролита и предотвращения его нагрева теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока.

Кипячение дистиллированной воды в полости изделий необходимо для частичной гидратации наружных слоев сформированных покрытий с переходом оксидов вентильных металлов в гидроксиды, что способствует снижению пористости и повышению коррозионной стойкости покрытий, вследствие чего повышается сохраняемость жидкостей и газов, которые будут храниться в полостях. Наполнение водой и паром протекает по-разному. Но заполнение отверстия наполовину дистиллированной водой обеспечивает равномерную структуру и свойства покрытия на поверхности отверстия изделия, поскольку для всех участков покрытия создаются примерно одинаковые условия - каждый участок одну половину времени наполняется дистиллированной водой, другую половину времени - ее паром.

Предлагаемый способ поясняется фигурами 1-4. На фиг. 1 показана схема электролитического оксидирования изделия 1, на горловину полости которого надета крышка 2, в которую вставлены штуцеры 3 и противоэлектрод 4 с закрепленной на нем втулкой 5, компенсатором 6 и льдом 7 замороженного раствора электролита. Через шланг противоэлектрода 8, шланги штуцеров 9 и насос 10 раствор электролита из резервуара 11 подается в зазоры между обрабатываемыми поверхностями полости изделия и льдом замороженного раствора электролита и возвращается в резервуар. С помощью термоконтроллера 12 и датчика температуры 13 осуществляется контроль температуры изделия, а с помощью источника питания 14 и силовых кабелей 15 и 16 создается необходимый для обработки электрический ток.

На фиг. 2 стрелками показано течение раствора электролита при его закачивании в полость изделия 1 и последующем откачивании из нее, при надетой на горловину крышке 2. При закачивании свежий раствор электролита закачивается через шланг 8 и противоэлектрод 4 в полость и, проходя по зазорам между льдом 7 замороженного раствора электролита, удерживаемым на противоэлектроде с помощью втулки 5 и компенсатора 6, и поверхностями полости изделия, через штуцеры 3 и шланги 9 выводится из полости. При откачивании раствор электролита через противоэлектрод откачивается из полости, а в образующуюся в полости зону разрежения через штуцеры поступает свежий раствор электролита, протекающий по зазорам между льдом замороженного раствора электролита и поверхностями полости.

На фиг. 3 показана схема подготовки изделия 1 к замораживанию раствора электролита перед помещением в морозильную камеру. Горловина полости закрыта крышкой 2, в которую вставлен противоэлектрод 4 с втулкой 5, компенсатором 6, стопорными винтами 17. При этом в горловине находится кольцо 18, а в противоэлектрод до упора в дно полости вставлена его заглушка 19.

На фиг 4. показано, как на противоэлектроде 4 с помощью втулки 5 и компенсатора 6 удерживается лед 7 замороженного раствора электролита. При этом втулка дополнительно зафиксирована стопорными винтами 17.

Пример 1. Внутренние полости двух одинаковых канистр емкостью 10 л из пищевого алюминия подвергали анодированию при протекании через них раствора щавелевой кислоты 30 г/л при его температуре на входе в канистры 3°С и расходе 0,3 л на 1 дм² поверхностей полостей в минуту. Анодирование проводили в режиме постоянного тока при его плотности на поверхностях полостей 2 А/дм² в течение 30 минут, затрачивая 15 минут на обработку с закачиванием раствора электролита в полости канистр через противоэлектрод и 15 минут на обработку с откачиванием раствора электролита из полостей канистр через противоэлектрод. Первую канистру обрабатывали в полном соответствии, а вторую - в частичном соответствии предлагаемому способу. Отличие состояло в том, что при обработке второй канистры на противоэлектрод не надевали втулку с компенсатором и не замораживали в ее полости раствор электролита. После анодирования и оттаивания льда в первой канистре обе канистры промывали водопроводной водой, давали ей стечь, наполовину заполняли канистры дистиллированной водой, помещали в них погружной тэн, с помощью которого нагревали и кипятили дистиллированную воду в течение 40 минут, переворачивая канистры спустя 20 минут так, чтобы дистиллированная вода перетекала из одних частей канистр в другие и кипела в них оставшиеся 20 минут. Затем сливали дистиллированную воду, разрезали канистры пополам, проводили визуальный контроль их поверхностей и по стандартным методикам [6] измеряли толщину и напряжение пробоя сформированных покрытий.

В таблице 1 приведены результаты визуального контроля покрытий и средние значения их толщины и напряжения пробоя, которые показывают что у канистры, обработанной в полном соответствии предлагаемому способу, покрытия являются более толстыми, равномерными и имеют более высокое напряжение пробоя. Отношение минимальных значений толщины и напряжения пробоя у покрытий этой канистры составляет соответственно 0,875 и 0,864, а у покрытий другой канистры - 0,269 и 0,252.

Таблица 1.
Показатели состояния обработанных поверхностей полостей канистр № канистры Результаты визуального контроля Толщина, мкм Напряжение пробоя, В минимум максимум минимум максимум 1 покрытие выглядит равномерным 45,7 52,2 731,5 847,1 2 покрытие выглядит неравномерным 8,3 30,9 118,6 469,8

Далее в одни половины каждой канистры согласно известной методике определения коррозионной стойкости [7] наливали 5%-ный раствор уксусной кислоты, а в другие половины - 5%-ный раствор хлорида натрия (имитирующего морскую воду). После 200 часов выдержки этих растворов в половинах канистр проводили визуальный осмотр их поверхностей, в результате которого было выявлено, что поверхности полости первой канистры не имели коррозионных повреждений, а поверхности полости второй канистры имели видимые коррозионные повреждения от воздействия обоих растворов в местах, где толщина покрытия была минимальной.

Пример 2. По аналогии с примером 1 обрабатывали поверхности двух фляг емкостью 1 л из пищевого алюминия. Но фляги подвергали микродуговому оксидированию с течением через них раствора едкого кали 5 г/л и жидкого стекла 6 г/л при его температуре на входе во фляги 4°С и расходе 0,8 л на один 1 дм² поверхностей полостей в минуту. Микродуговое оксидирование проводили в режиме переменного тока при его плотности на поверхностях полостей 11 А/дм² в течение 30 минут, затрачивая 15 минут на обработку с закачиванием раствора электролита в полости фляг через противоэлектрод и 15 минут на обработку с откачиванием раствора электролита из полостей фляг через противоэлектрод. После микродугового оксидирования фляги промывали водопроводной водой, давали ей стечь, наполовину заполняли дистиллированной водой, закрывали штатными крышками и помещали фляги в термический шкаф, в котором нагревали и кипятили дистиллированную воду в течение 40 минут, переворачивая фляги спустя 20 минут так, чтобы дистиллированная вода перетекала из одних частей фляг в другие и кипела в них оставшиеся 20 минут. Затем сливали дистиллированную воду, разрезали фляги пополам, проводили визуальный контроль их внутренних поверхностей и по стандартным методикам [6] измеряли толщину и напряжение пробоя полученных покрытий.

Данные в таблице 2 показывают, что у фляги, обработанной в полном соответствии предлагаемому способу, покрытия являются более толстыми, равномерными и имеют более высокое напряжение пробоя. Отношение минимальных значений толщины и напряжения пробоя у покрытий этой фляги составляет соответственно 0,910 и 0,902, а у фляги, обработанной в частичном соответствии предлагаемому способу - 0,294 и 0,281.

Таблица 2.
Показатели состояния обработанных поверхностей полостей фляг № фляги Результаты визуального контроля Толщина, мкм Напряжение пробоя, В минимум максимум минимум максимум 1 покрытие выглядит равномерным 99,8 109,7 1326,5 1470,2 2 покрытие выглядит неравномерным 19,9 67,6 252,8 898,3

Далее в одни половины каждой фляги наливали 5%-ный раствор уксусной кислоты, а в другие половины - 5-% раствор хлорида натрия. После 300 часов выдержки этих растворов в половинах фляг визуальным осмотром было выявлено, что поверхности полости первой фляги не имели коррозионных повреждений, а поверхности полости второй фляги имели едва заметные коррозионные повреждения от воздействия обоих растворов в местах с минимальной толщиной покрытия.

Таким образом, предлагаемый способ решает поставленную задачу.

Источники информации

1. Патент RU 2354759. Способ получения покрытий / Чуфистов О.Е., Демин С.Б., Чуфистов Е.А., Борисков Д.Е., Холудинцев П.А. - Бюлл. №13 от 10.05.2009.

2. Патент RU № 2136788. Способ получения покрытий / Атрощенко Э.С., Чуфистов О.Е., Казанцев И.А., Дурнев В.А. - Бюл. № 25 от 10.09.1999.

3. Патент RU 2669952. Способ получения покрытий на поверхностях глубоких сквозных отверстий в изделиях из сплавов вентильных металлов / Чуфистов О.Е., Чуфистов Е.А., Цибизов П.Н., Вяльмисов В.О., Филатов П.М. - Бюл.29 от 17.10.2018.

4. Патент RU 2694859. Способ получения покрытий на поверхностях глубоких сквозных отверстий с прямыми и искривленными осями в изделиях из сплавов вентильных металлов / Чуфистов О.Е., Чуфистов Е.А., Филатов П.М., Майборода В.А., Нетесанов М.А. - Бюл.20 от 17.07.2019.

5. Патент RU 2471895. Способ получения покрытий на поверхностях глухих отверстий деталей из алюминиевых сплавов. Чуфистов О.Е., Артемов И.И., Чуфистов Е.А., Агапова Т.А., Гусенков Е.В. - Бюл.1 от 10.01.2013.

6. Испытательная техника: Справочник в 2-х тт. / Под ред. Клюева В.В. - М.: Машиностроение, 1982. - Т.1. - 528 с.

7. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защита металлов. - М.: Издательство АН СССР, 1959. - 328 с.

Изобретение относится к электролитическому оксидированию и может быть использовано в машиностроении и смежных отраслях промышленности. Способ включает электролитическое оксидирование внутри полостей продолжительностью 30-60 мин с протеканием через них растворов электролитов и изменением направления их течения на противоположное спустя половину времени обработки, при этом перед оксидированием в полости изделия устанавливают эластичный сжимаемый компенсатор и замораживают электролит, затем за счет нагрева стенок изделия замороженный электролит около них частично размораживают, дальнейшее оксидирование проводят при протекании электролита в зазорах между поверхностями полости и льдом замороженного электролита при закачивании свежего электролита в полость через противоэлектрод в течение первой половины длительности оксидирования и откачивании отработанного электролита из полости через противоэлектрод в течение второй половины длительности оксидирования при средней температуре раствора, затекающего в полость, 2-5°С и его расходе 0,1-2,0 л в минуту на 1 дм² поверхностей полости, а после оксидирования проводят наполнение полученных в результате него покрытий путем кипячения в полости дистиллированной воды в течение 40-60 мин, заполняя полость наполовину и однократно переустанавливая изделие так, чтобы участки поверхностей полости по 50% времени кипячения подвергались воздействию воды и водяного пара. Технический результат: получение качественных покрытий, у которых соотношение минимальных и максимальных значений толщины и напряжения пробоя в пределах одного изделия составляет не менее 0,85. 2 табл., 4 ил., 2 пр.

Способ получения покрытий на поверхностях внутренних полостей изделий из сплавов металлов вентильной группы, включающий электролитическое оксидирование внутри полостей продолжительностью 30-60 минут с протеканием через них растворов электролитов и изменением направления их течения на противоположное спустя половину времени обработки, отличающийся тем, что перед электролитическим оксидированием в полости изделия устанавливают эластичный сжимаемый компенсатор и замораживают раствор электролита, затем за счет нагрева стенок изделия замороженный электролит около них частично размораживают, дальнейшее электролитическое оксидирование проводят при протекании раствора электролита в зазорах между поверхностями полости и льдом замороженного раствора электролита при закачивании свежего раствора электролита в полость через противоэлектрод в течение первой половины длительности электролитического оксидирования и откачивании отработанного раствора электролита из полости через противоэлектрод в течение второй половины длительности электролитического оксидирования при средней температуре раствора, затекающего в полость, 2-5°С и его расходе 0,1-2,0 литра в минуту на 1 дм² поверхностей полости, а после электролитического оксидирования проводят наполнение полученных в результате него покрытий путем кипячения в полости дистиллированной воды в течение 40-60 минут, заполняя полость наполовину и однократно переустанавливая изделие так, чтобы участки поверхностей полости по 50% времени кипячения подвергались воздействию дистиллированной воды и водяного пара.