Электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов

(51)25 11/06 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Витязь Петр Александрович Жорник Виктор Иванович Комаров Александр Иванович Комарова Валентина Иосифовна Корженевский Александр Павлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов, содержащий гидроксид калия, натриевое жидкое стекло и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит ультрадисперсные алмаз и графит при следующем содержании компонентов, г/л гидроксид калия 2-4 натриевое жидкое стекло 3-6 ультрадисперсный алмаз 0,15-0,50 ультрадисперсный графит 0,12-0,50 вода остальное. 2. Электролит по п. 1, отличающийся тем, что содержит ультрадисперсные алмаз и графит с размером частиц 4-15 нм. Изобретение относится к электрохимическому формированию оксидных износостойких покрытий на алюминии и его сплавах и может быть использовано в машиностроении,в нефте- и газодобывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности. Известен электролит (см. патент РФ 2136788, МПК С 25 11/08, опубл. 10.09.99) для получения оксидных покрытий на алюминии и его сплавах в процессе микродугового оксидирования, содержащий гидроксид калия, борную кислоту и воду при следующем соотношении компонентов, г/л гидроксид калия 3-5 борная кислота 20-40 вода остальное. Однако покрытия, сформированные в указанном электролите, имеют невысокие для покрытия этого типа твердость (1000-1500 ) и износостойкость. Кроме того, для полу 7607 1 2005.12.30 чения высоких свойств, деталь с покрытием должна подвергаться термообработке продолжительностью около 1,5 часов. Известен электролит (см. Тимошенко А.В., Опара Б.К., Ковалев А.Ф. Микродуговое оксидирование сплава Д 16 на переменном токе в щелочном электролите // Защита металлов. - 1991. - Т. 27,3. - С. 417-424) для формирования оксидокерамических покрытий на алюминии и его сплавах, представляющий собой водный раствор гидроксида натрия,алюмината натрия и гексаметафосфата натрия при следующем соотношении, г/л гидроксид натрия 2,5 алюминат натрия 3 гексаметафосфата натрия 3. Как и в первом случае, покрытия, полученные в данном электролите, характеризуются относительно невысокими значениями твердости (500-1200 ) и износостойкости. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов (см. Федоров В.А., Белозеров В.В. и др. Состав и структура упрочненного поверхностного слоя на сплавах алюминия, получаемого при микродуговом оксидировании // Физика и химия обработки материалов. - 1988. -4. С. 92-96.), включающий гидроксид калия, натриевое жидкое стекло и воду при следующем соотношении компонентов, г/л гидроксид калия 1 натриевое жидкое стекло 2-4 вода остальное. Указанный электролит позволяет формировать покрытия с высокой твердостью (до 1900 ), однако толщина слоя, имеющего такую твердость, при этом невелика (около 1/3 общей толщины покрытия). Кроме того, данный электролит не позволяет получать покрытия с высокими физико-механическими свойствами на всех типах алюминиевых сплавах, в частности на силуминах. Задачей настоящего изобретения является увеличение толщины оксидо-керамического покрытия и повышение его твердости и износостойкости на всех типах алюминиевых сплавов. Поставленная задача достигается тем, что в известный электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов, в состав которого входят гидроксид калия, натриевое жидкое стекло, дополнительно введены ультрадисперсные алмаз и графит, при этом содержание указанных компонентов находится в следующих соотношениях, г/л гидроксид калия 2-4 натриевое жидкое стекло 3-6 ультрадисперсный алмаз 0,15-0,5 ультрадисперсный графит 0,12-0,5 вода остальное,причем размер частиц ультрадисперсного алмаза и графита составляет 4-15 нм. При содержании алмаза менее 0,15 г/л и графита менее 0,12 г/л в предлагаемом электролите по сравнению с известным, взятым в качестве прототипа, не наблюдается существенного повышения свойств оксидокерамики. При содержании алмаза и графита, превышающем 0,5 г/л, характеристики и свойства оксидного слоя выходят на уровень постоянных значений. В этой связи нецелесообразно использование в предлагаемом электролите концентраций алмаза и графита более высоких, чем 0,5 г/л. Проведенные исследования показали, что при размере частиц алмаза и графита более 15 нм нарушается однородность электролита и снижается концентрация алмаза и графита в нем вследствие выпадения таких частиц в осадок. Получение частиц размером менее 4 нм технически сложно. Из этих соображений для приготовления электролита использовали алмаз и графит с размером частиц от 4 до 15 нм. Ультрадисперсные частицы алмаза и графита оказывают влияние на формирование покрытия. Прежде всего, частицы, находясь вблизи поверхности детали анода, способствуют увеличению напряженности электрического поля в участках, локализованных между ними. 2 7607 1 2005.12.30 Это приводит к более интенсивному развитию микродугового разряда и соответственно более интенсивному росту толщины покрытия. Росту толщины, кроме того, может способствовать включение ультрадисперсных частиц в покрытие. Частицы графита, являясь токопроводящими, создают благоприятные условия для протекания микродуговых разрядов. Присутствие в покрытии ультрадисперсных частиц алмаза и графита, обладающих высокой поверхностной энергией, приводит к снижению пороговой температуры образования высокотемпературной модификации оксида алюминия -23, что обеспечивает более интенсивное ее образование. Кроме того, образованию -А 12 О 3 способствует повышенная мощность микродуговых разрядов, связанная с проникновением в покрытие частиц алмаза и графита. Увеличение содержания этой модификации оксида алюминия сопровождается повышением его физико-механических свойств и износостойкости. Проникающие в покрытие частицы алмаза вследствие их высокой прочности также вносят вклад в повышение физико-механических свойств оксидокерамического покрытия. Частицы графита обеспечивают снижение коэффициента трения в трибосопряжениях. Для проведения сравнительных испытаний были приготовлены два электролита различных составов - известный, взятый в качестве прототипа и предлагаемый электролит,содержащий ультрадисперсные алмазы. Для приготовления электролитов использовалось жидкое натриевое стекло (ГОСТ 13078-81, модуль 3,0-3,4 плотность 1,4-1,5 г/см 3), гидроксид калия ( марки ч ГОСТ 9285-78), ультрадисперсная графито-алмазная шихта УДАГ-СП (ТУ РБ 28619110.001-95). Электролиты готовили путем смешивания компонентов в воде. Микродуговое оксидирование образцов проводили в переменно-полярном режиме при напряжении 300-350 В, плотности тока 25 А/дм 2 в течение 50 минут. Толщину и микротвердость покрытия определяли на поперечных шлифах образцов с помощью микротвердомера ПМТ-3. Состав оксидокерамического покрытия определяли методом рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-3 М в СК-излучении с использованием монохроматизации дифрагированного пучка. Испытания на изнашивание проводилось в режиме сухого трения на машине трения по схеме возвратно-поступательного движения в течение 30 ч. Средняя скорость перемещения образца составляла 0,06 м/с при давлении на образец 2 МПа. Интенсивность износа определялась путем взвешивания образца до и после испытаний на аналитических весах Л-200. Материал образца - сплав АК 5 М 2. Материал контртела - сталь 50 ХГФА, закаленная до 55-60 . Результаты испытаний образцов с покрытием, полученным в известном и предлагаемом электролитах, приведены в таблице. Показатели Известный электролит Предлагаемый(прототип) электролит Толщина покрытия, мкм 80 170 Микротвердость покрытия,1300 1950 Интенсивность весового износа, мг/км 1,1 0,5 Коэффициент трения 0,75 0,65 37 54 Содержание оксида -А 12 О 3, об.Представленные в таблице результаты позволяют заключить, что использование предложенного электролита, содержащего ультрадисперсные алмазы, позволяет повысить физико-механические свойства оксидокерамических покрытий на алюминии и его сплавах. Так, по сравнению с известным электролитом, твердость покрытия увеличивается в 1,5 раза, износостойкость в 2 раза, коэффициент трения снижается на 10 . При этом толщина покрытия в предлагаемом электролите значительно выше. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.