Способ получения керамического покрытия на изделиях из алюминия или его сплавов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ АЛЮМИНИЯ ИЛИ ЕГО СПЛАВОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Витязь Петр Александрович Комаров Александр Иванович Шпилевский Эдуард Михайлович Комарова Валентина Иосифовна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения керамического покрытия на изделии из алюминия или его сплавов микродуговым оксидированием, включающий помещение обрабатываемого изделия в щелочной электролит, содержащий гидроксид щелочного металла, силикат щелочного металла, пирофосфат щелочного металла и органическое соединение, и подачу на изделие импульсного анодно-катодного тока от источника, имеющего раздельное регулирование анодной и катодной составляющих, отличающийся тем, что используют щелочной электролит, содержащий в качестве органического соединения многоатомный спирт, при следующем соотношении компонентов, г/л гидроксид щелочного металла 1-8 силикат щелочного металла 2-10 пирофосфат щелочного металла 3-30 многоатомный спирт 5-60 вода остальное,а подачу импульсного анодно-катодного тока проводят при плотности 15-60 А/дм 2 в два этапа вначале при отношении напряжения анода к напряжению катода/к, равном 2-3,и затем при отношении/к, равном 4-6, при этом продолжительность начального этапа составляет 0,5-0,8 общего времени обработки изделия. Настоящее изобретение относится к технологии электрохимического получения защитных износостойких оксидных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов, а именно к способу микродугового электролитического оксидирования поверхностей изделий. Изобретение может быть использовано в машиностроении, приборостроении, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. 11625 1 2009.02.28 Известен способ получения керамических покрытий методом микродугового оксидирования. Способ включает оксидирование в растворах электролита с последующим нагревом изделий до температуры не ниже 500 С. При этом оксидирование продолжительностью 45-100 мин осуществляют в комбинированном электролите на основе борной кислоты и гидроксида калия, а время выдержки при нагреве изделий составляет не менее 100 от времени оксидирования 1. Недостатком способа является повышенная трудоемкость и энергоемкость процесса получения покрытий. Кроме того, оксидирование изделий по данному способу проводят при температурах электролита 525 С, что требует его интенсивного охлаждения. Известен также способ получения твердых защитных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов, включающий анодно-катодное оксидирование в щелочном электролите, в качестве которого используется водный раствор гидроксида щелочного металла,силиката щелочного металла, пирофосфата щелочного металла и пероксидных соединений с использованием переменного тока промышленной частоты, в котором в начальной стадии процесса оксидирование ведут при плотности тока 160-180 А/дм 2, а затем плотность тока снижают до 3-30 А/дм 2 и ведут процесс в режиме самопроизвольного снижения мощности до получения заданной толщины покрытия 2. Недостатком данного способа являются высокие энергетические затраты получения защитных покрытий, что снижает эффективность его применения в условиях выпуска большого объема продукции. Кроме того, пероксид водорода, входящий в состав электролита, является нестойким соединением, распад которого усиливается при контакте со стальными элементами технологической емкости. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ нанесения керамического покрытия на поверхность изделий из металлов вентильной группы и сплавов на их основе, предусматривающий использование анодно-искрового осаждения, при котором обрабатываемое изделие помещают в щелочной электролит, содержащий гидроксид калия(КОН), жидкое натриевое стекло (23), пирофосфат натрия (427), и ведут процесс искрового осаждения при постоянном или повышаемом по мере утолщения покрытия напряжении до соответственно самопроизвольного или контролируемого прекращения пробоя образовавшегося слоя покрытия. При этом, согласно приведенным примерам,формирование покрытий проводилось при плотности тока 8-15 А/дм 2, анодное напряжение составляло 420-720 В, катодное - 300-450 В 3. Основными недостатками этого способа являются относительно низкая скорость формирования покрытия и сравнительно невысокая его микротвердость. Задачей настоящего изобретения является повышение твердости и износостойкости керамического покрытия, формируемого на изделиях из алюминиевых сплавов. Поставленная задача решается в способе получения керамического покрытия на изделиях из алюминия или его сплавов, включающем помещение обрабатываемого изделия в щелочной электролит, содержащий гидроксид щелочного металла, силикат щелочного металла, пирофосфат щелочного металла и органическое соединение, и подачу на изделие импульсного анодно-катодного тока от источника, имеющего раздельное регулирование анодной и катодной составляющих, отличающемся тем, что используют щелочной электролит, содержащий в качестве органического соединения многоатомный спирт, при следующем соотношении компонентов, г/л гидроксид щелочного металла 1-8 силикат щелочного металла 2-10 пирофосфат щелочного металла 3-30 многоатомный спирт 5-60 вода остальное,а подачу импульсного анодно-катодного тока проводят при плотности 15-60 А/дм 2 в два этапа вначале при отношении напряжения анода к напряжению катода а/к, равном 2-3,2 11625 1 2009.02.28 а затем при отношении а/к, равном 4-6, при этом продолжительность начального этапа составляет 0,5-0,8 общего времени обработки изделия. Оксидный слой, образующийся на поверхности детали из алюминиевого сплава в процессе микродугового оксидирования, характеризуется вентильными свойствами, т.е. его проводимость зависит от полярности приложенного напряжения. При анодной поляризации, вследствие обеднения прилегающей к металлу области покрытия носителями заряда,повышается потенциальный барьер, в результате чего увеличивается электрическое сопротивление покрытия. Катодная поляризация уменьшает объемный заряд и снижает создаваемый им потенциальный барьер, обеспечивая легкий перенос электронов через оксидный слой. Таким образом, фаза катодной поляризации активизирует протекание последующей стадии анодного оксидирования, во время которой происходит основной рост покрытия. При соотношении а/к 23 на начальном этапе оксидирования создаются условия для активного протекания микроплазменных разрядов. При а/к меньше 2 вследствие интенсивного выброса газов, оплавленного материала покрытия и металла снижается выход по току и ухудшается качество формируемой оксидокерамики. При а/к больше 3 уменьшается влияние катодной составляющей, что приводит к замедлению роста покрытия. Увеличение соотношения а/к до 4-6 на конечной стадии оксидирования способствует повышению равномерности покрытия, снижению его пористости и дефектности структуры. При а/к больше 6 падает производительность процесса и происходит его быстрое самопроизвольное прекращение. Присутствие в заявленном электролите органического соединения повышает износостойкость оксидокерамического покрытия за счет включения в его структуру углерода,частицы которого служат твердой смазкой. Предложенный диапазон концентраций органического соединения является рациональным. При его содержании более 60 г/л снижается интенсивность процесса формирования покрытия, при концентрации менее 3 г/л снижается эффект от его использования. Изобретение иллюстрируется примерами, представленными ниже. Пример 1. Обработку образца из алюминиевого сплава Д 16 проводили в течение 60 мин при плотности тока 30 А/дм 2. При этом первые 40 мин процесс вели при напряжении анода 300 В, напряжении катода 100 В. По истечении этого времени величины напряжений анода и катода устанавливали 300 и 60 В соответственно. При этом использовался электролит следующего состава гидроксид натрия 4 г/л силикат натрия (23) 3 г/л пирофосфат натрия (427) 5 г/л сахароза (122211) 10 г/л вода 1 л. Пример 2. Микродуговое оксидирование образца из сплава Д 16 осуществляли в течение 60 мин при плотности тока 45 А/дм 2. При этом первые 45 мин процесс вели при напряжении анода 320 В, напряжении катода 120 В. По истечении этого времени величины напряжений анода и катода устанавливали 300 и 60 В соответственно. При этом использовался электролит следующего состава гидроксид калия (КОН) 2 г/л силикат натрия (23) 5 г/л пирофосфат натрия (427) 3 г/л глицерин С 3 Н 5(ОН)3 20 г/л вода 1 л. 3 11625 1 2009.02.28 Результаты экспериментов для известного и предлагаемого способов иллюстрируются таблицей. Свойства покрытий Режим микродугового оксидирования Известный способ пример 1 Предлагаемый пример 2 Интенсивность линейного изнашивания 510-9 3,510-10 4,210-10 Представленные результаты позволяют заключить, что предлагаемый способ, по сравнению с известным, позволяет получать оксидокерамические покрытия большей толщины, обладающие более высокой твердостью и износостойкостью. Источники информации 1. Патент РФ 2156788, МПК С 25 11/08, 1999. 2. Международная заявка 99/31303, МПК С 25 11/06, 1999. 3. Патент РФ 2070622, МПК С 25 11/02, 11/06, 11/04, 11/26, 1996. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4