ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ АНОДИРОВАНИЯ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ Советский патент 1996 года по МПК C25D11/26 

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к анодированию титана и его сплавов методом микродугового оксидирования.

Целью изобретения является повышение электроизоляционных и коррозионных свойств покрытий.

Положительный эффект достигается за счет дополнительного введения в электролит фосфата натрия и иодата калия.

Процесс оксидирования рекомендуется проводить при рН 8,5-ll,8, температуре электролита 25-30^oС, напряжении 400-550 В, начальной плотности тока 10-20 А/дм² в течение 10-40 мин.

Раствор готовят смешением компонентов в воде. В условиях промышленного производства в качестве фосфата натрия используют технический тринатрийфосфат, что не ухудшает качества покрытия.

Локальное повышение температуры (до 2800-3000^oС) в момент искрения, приводит к переплавке продуктов оксидирования. Адсорбированные в начальный период анодирования (до 100 В) ионы под воздействием высокого напряжения (400-450 В) и температуры образуют соединения с двуокисью титана типа фосфидов или P₂O₅, о чем свидетельствует наличие на всех рентгенограммах обширной аморфной фазы, которую на основании данных ОЖЕ-спектроскопии необходимо отнести к соединениям типа фосфидов или Р₂О₅. Фосфорный ангидрид образует с двуокисью титана дифосфат титана по реакции
ТiО₂ + P₂O₅ ---> TiP₂O₇
Kроме того, при сплавлении TiO₂ с фосфатом натрия происходит образование комплексного соединения триортофосфатодититаната натрия
TiO₂ +NаРО₃ (распл.) ---->Na[Ti₂(PO₄)₃]
Эти соединения улучшают электрофизические свойства оксидных пленок.

Оксидные пленки, полученные из заявляемого электролита, обладают незначительной скоростью растворения, поскольку они содержат труднорастворимые соединения фосфора, титана и окись алюминия (α-Al₂O₃ - корунд ). Вследствие высокой скорости образования оксидной пленки, обеспечиваемой наличием иодата калия, и незначительной скорости растворения этой пленки процесс оксидирования протекает так, что на незащищенном участке поверхности происходит осаждение практически всех анионов электролита. Кроме того, высокая скорость образования оксидной пленки способствует увеличению включения примесей соединений фосфора и алюминия из электролита, поскольку при медленном образовании окисной пленки происходит более четкая ее структуризации. Более низкие концентрации компонентов электролита недостаточны для получения коррозионно-стойких защитных пленок. Концентрации компонентов выше заявляемых пределов приводят к образованию неравномерных рыхлых и хрупких пленок, которые при механическом воздействии склонны к отслаиванию, не обеспечивая защитных свойств (см. таблицу).

Концентрация алюмината натрия менее 2 г/л при концентрациях остальных компонентов в заявляемых пределах приводит к снижению значений электросопротивления оксидных пленок до 10² Ом и ухудшает их коррозионные свойства. Увеличение концентрации алюмината натрия (более 5 г/л) при условии постоянства концентраций остальных компонентов приводит к увеличения рН электролита и растворению фазы a-AI₂O₃, что снижает электросопротивление оксидной пленки на два порядка. Уменьшение содержания фосфата натрия (менее 10 г/л) приводит к образованию неравномерной тонкой пленки типа "побежалости", обладающей низкими значениями электросопротивления, пробойного напряжения и близкими к нулю значениями электродного потенциала. При концентрациях фосфата натрия более 15 г/л происходит увеличение плотности тока и рН электролита. Получают пленку низкого качества, рыхлую, с вкраплениями рутильной фазы белого цвета на фоне серой пленки анатаза. Низкие концентрации иодата калия (менее 0,5 г/л) приводят к снижению скорости окисления, что способствует уменьшению включения легирующих добавок и ухудшению качества пленки. Высокие концентрации иодата калия (более 3 г/л) приводят к резкому увеличению скорости окисления. При этом происходит образование неравномерных по толщине пленок, обладающих низкими значениями электросопротивления и пробойного напряжения.

Было проведено оксидирование деталей сложной формы, изготовленных из сваренных попарно сплавов титана 7М-ЗВ и 1М-ЗВ из известного электролита и электролита по изобретению при различном содержании компонентов.

Пример 1 (прототип). Электролит представляет собой раствор алюмината натрия с концентрацией 8,9 г/л. Образцы титановых сплавов оксидируют при pH ll,2, напряжении 350 В в течение 10 мин.

Пример 2. Электролит для оксидирования титановых сплавов представляет собой водный раствор, содержащий, г/л:
Алюминат натрия 0,5
Фосфат натрия 5,0
Иодат калия 0,3
рН раствора 11,9. Детали из сплавов титана оксидируют при напряжении 400 В в течение 10 мин.

Пример 3. Электролит представляет собой водный раствор, содержащий, г/л:
Алюминат натрия 2,0
Фосфат натрия 15,0
Иодат калия 0,5
Оксидирование осуществляют при рН электролита 12,0. Напряжение 450 В, время оксидирования 10 мин.

Пример 4. Электролит представляет собой водный раствор, содержащий, г/л:
Алюминат натрия 3,0
Фосфат натрия 10,0
Иодат калия 2,0
Оксидирование осуществляют при рН 12,0, напряжении 500 В в течение 25 мин.

Пример 5. Электролит представляет собой водный раствор, содержащий г/л:
Алюминат натрия 3,5
Фосфат натрия 12,5
Иодат калия 3,0
Оксидирование осуществляют при рН 11,8, напряжении 400 В в течение 10 мин.

Пример 6. Водный раствор, г/л:
Алюминат натрия 4,0
Фосфат натрия 12,0
Иодат калия 1,5
рН раствора 11,8
Оксидирование осуществляется при напряжении 400 В в течение 10 мин.

Пример 7. Водный раствор, г/л:
Алюминат натрия 5,0
Фосфат натрия 15,0
Иодат калия 3,0
Оксидирование проводят при напряжении 450 В, рН 11,9 в течение 10 мин.

Пример 8. Водный раствор, г/л:
Алюминат натрия 2,0
Фосфат натрия 10,0
Иодат калия 0,5
Оксидирование проводят при напряжении 400 В, рН 11,8 в течение 10 мин.

Пример 9. Водный раствор, г/л:
Алюминат натрия 5,0
Фосфат натрия 13,0
Иодат калия 2,5
Оксидирование проводят при напряжении 450 В, рН 11,8 в течение 10 мин.

Пример 10. Электролит представляет собой водный раствор, содержащий г/л
Алюминат натрия 10,0
Фосфат натрия 30,0
Иодат калия 5,0
Пример 11. Электролит представляет собой водный раствор, содержащий, г/л:
Алюминат натрия 15,0
Фосфат натрия 5,0
Иодат калия 0,1
В примерах 10 и 11 оксидирование проводят при напряжении 300 В в течение 10 мин, рН раствора 12,0. Результаты испытаний покрытий, полученных из электролитов, приведенных в примерах 1 11, приведены в таблице. Электролит по изобретению может найти применение в различных областях техники при анодировании изделий из титана и его сплавов. ТТТ1

Электролит для анодирования титана и его сплавов в микродуговом режиме, содержащий алюминат натрия, с целью повышения электроизоляционных и коррозионных свойств покрытий дополнительно содержит фосфат натрия и иодат калия при следующем соотношении компонентов, г/л:
Алюминат натрия - 2-5
Фосфат натрия - 10-15
Иодат калия - 0,5-3,0

Электролит для анодирования титана и его сплавов в микродуговом режиме, содержащий алюминат натрия, отличающийся тем, что, с целью повышения электроизоляционных и коррозионных свойств покрытий, он дополнительно содержит фосфат натрия и иодат калия при следующем соотношении компонентов, г/л:
Алюминат натрия 2-5
Фосфат натрия 10-15
Иодат калия 0,5-3,0