Способ электролитно-плазменной обработки магния и магниевых сплавов, в том числе перед нанесением покрытий

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАГНИЯ И МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ,В ТОМ ЧИСЛЕ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Куликов Иван Семенович Каменев Анатолий Яковлевич Климова Людмила Александровна Багаев Сергей Игоревич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(57) Способ электролитно-плазменной обработки изделий из магния и магниевых сплавов,в том числе перед нанесением покрытий, включающий обработку при напряжении 250350 В и температуре 70-90 С в водном растворе хлористого калия, отличающийся тем,что обработку ведут в течение 1-5 минут, а в раствор дополнительно вводят лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.хлористый калий 1-3 лимонная кислота 0,5-3,0 вода остальное. Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхности металлов с целью придания ей особых свойств, а именно получения ювенильной (очищенной от загрязнений) поверхности, удаления наклепанного, поврежденного слоя, снятия микрозаусенцев и притупления острых кромок, сглаживания шероховатости поверхности и полировки магния и магниевых сплавов. Магний и магниевые сплавы в 1,5 раза легче алюминия и имеют более высокую удельную прочность, хорошо гасят колебания, обладают определенной коррозионной стойкостью, теплостойкостью и поэтому широко применяются для изготовления разнообразных деталей автомобилей, тракторов, несущих панелей приборов, текстильного и полиграфического оборудования, а также самолетов. Как правило, такие детали имеют сложную форму, изготавливаются литьем, штамповкой, механической обработкой и дополнительно нуждаются в финишной обработке поверхности изделия либо в улучшении качества поверхности под наносимые покрытия. 15388 1 2012.02.28 Сплавы магния, несмотря на близость потребительских свойств с алюминием, существенно различаются по химическим свойствам, и электролит для полировки алюминия и алюминиевых сплавов не пригоден для их обработки. Поэтому создание способа, позволяющего осуществлять очистку деталей, снятие микрозаусенцев, притупление острых кромок, снижение шероховатости и полировку магниевых сплавов, является актуальной задачей в области расширения технологических возможностей электролитно-плазменной обработки. Известен электролит для плазменно-электролитного полирования изделий из алюминия и его сплавов, содержащий водный раствор хлористого калия 2-5 мас. , щавелевой кислоты 0,5-3,0 мас.и глицерина 0,5-2,0 мас.1. Электролит прекрасно полирует алюминиевые сплавы, но не пригоден для полировки магния, так как магний в этом электролите покрывается толстым слоем темных окислов. Известен способ электрохимической обработки металлических изделий, преимущественно из меди и медных сплавов, под гальванические покрытия, включающий анодную обработку изделий в электрогидродинамическом режиме при напряжении 240-400 В и температуре 70-90 С в электролите, содержащем водный раствор фтористого аммония 13 мас.и аммония лимоннокислого одно-, двух-, трехзамещенного или их смеси 15 мас.2. Используемый в данном способе электролит бурно реагирует с магниевыми сплавами с выделением газообразных продуктов реакции и формированием растравленной серой поверхности. Наиболее близким по технической сущности является способ электролитноплазменной обработки металлической поверхности перед нанесением покрытий, включающий обработку при напряжении 240-380 В и температуре 65-90 С в течение 1-3 минут в электролите, содержащем водный раствор хлористого аммония 0,5-3,0 мас.и хлористого калия 1-3 мас.3. Однако этот способ не позволяет получить гладкую, блестящую поверхность на магниевых сплавах, а лишь очищает изделия от лакокрасочных покрытий и загрязнений. При этом сама поверхность магниевых сплавов остается окисленной. Задачей настоящего изобретения является создание способа электролитно-плазменной обработки изделий из магния и магниевых сплавов, в том числе перед нанесением покрытий. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в очистке поверхности от лакокрасочных и других покрытий, окалины, загрязнений, удалении наклепанного, поврежденного слоя, снятии микрозаусенцев и притуплении острых кромок, сглаживании шероховатости поверхности и полировке магния и магниевых сплавов как при финишной обработке, так и при подготовке перед нанесением покрытий. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе электролитноплазменной обработки изделий из магния и магниевых сплавов, в том числе перед нанесением покрытий, включающем обработку при напряжении 250-350 В и температуре 7090 С в водном растворе хлористого калия, обработку ведут в течение 1-5 минут, а в раствор дополнительно вводят лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.хлористый калий 1-3 лимонная кислота 0,5-3,0 вода остальное. Новый способ опробован при полировке изделий из магния и магниевых сплавов, изготовленных литьем, ковкой, прокаткой и механическим резанием. Экспериментально установлено, что каждая из указанных компонент электролита совершенно необходима,так как наблюдается синергетическое воздействие компонент на протекающие в пароплазменной подушке процессы электрические, электрохимические, химические, а также на баланс окисления и стравливания. Долговечность электролита сравнима с другими двухкомпонентными электролитами. Он не разлагается при длительном хранении, однако 2 15388 1 2012.02.28 требует периодической стерилизации кипячением из-за того, что является хорошей питательной средой для плесневых грибков. Электролит утилизируется без проблем, так как не содержит вредных компонентов. В качестве первого примера конкретного осуществления предлагаемого способа проводилась обработка детали колеса авиалайнера с остатками старой антикоррозионной краски при напряжении 250 В и температуре 70 С в течение 5 минут в водном растворе,содержащем хлористый калий 3 мас.и лимонную кислоту 3 мас. . После обработки в течение первых 2 минут антикоррозионная краска была удалена, дальнейшая обработка привела к удалению окисных пленок, снятию заусенец, притуплению острых кромок, а также получению чистой блестящей поверхности. Однако обработка при вышеуказанных параметрах деталей сложной формы показала, что наблюдается повышенная плотность тока и некоторая неустойчивость пароплазменной подушки. Исходная шероховатость составляла исх.0,75 мкм, а после полировки шероховатость поверхности составила 0,12 мкм. В качестве второго примера конкретного осуществления предлагаемого способа проводилась обработка образцов литого магниевого сплава МЛ 3 правильной формы, шлифованных на шкурке с размером зерна 50-80 мкм, при напряжении 300 В и температуре 80 С в течение 2 минут в водном растворе, содержащем хлористый калий 2 мас.и лимонную кислоту 1 мас. . Исходная шероховатость поверхности составляла исх.0,63 мкм. После обработки получили блестящую, зеркальную, бездефектную поверхность с равномерной шероховатостью 0,08 мкм. В качестве третьего примера конкретного осуществления предлагаемого способа проводилась обработка образцов литого магниевого сплава МЛ 2 при напряжении 350 В и температуре 90 С в течение 1 минуты в водном растворе, содержащем хлористый калий 1 мас.и лимонную кислоту 0,5 мас. . При низких концентрациях хлористого калия,лимонной кислоты и температуре (70 С) затруднено образование сплошной пароплазменной подушки, вследствие чего процесс становится неустойчивым, отмечаются броски тока, сопровождающиеся разбрызгиванием электролита и срывом процесса, вследствие срабатывания токовой защиты. Только повышением температуры до 90 С удается несколько стабилизировать процесс и получить эффект очистки поверхности и умеренный блеск. Исходная шероховатость поверхности составляла исх.0,63 мкм. После обработки получили поверхность с шероховатостью 0,24 мкм. Параметры способа выбираются в зависимости от состава сплава, формы изделия, его ориентации в технологической ванне, исходной и требуемой шероховатости поверхности,технологии изготовления детали (ковка, литье, прокат, шлифовка). При обработке деталей сложной формы необходимо тщательно подбирать параметры способа с одной стороны, повышать электрическое напряжение, концентрацию электролита и его температуру для получения хороших результатов, а с другой - контролировать возможность при повышенной температуре проявления бурного кипения электролита и интенсивного парообразования. Предлагаемый способ электролитно-плазменной обработки изделий из магния и магниевых сплавов, в том числе перед нанесением покрытий, расширяет технологические возможности метода, позволяя повысить эффективность и производительность при обработке ответственных деталей сложной формы, например челноков ткацких станков, деталей рулевого управления самолета и т.д., получить чистую, зеркальную поверхность как финишную, так и перед нанесением всех видов покрытий. Способ электролитноплазменной обработки изделий из магния и магниевых сплавов, в том числе перед нанесением покрытий, можно также использовать при реставрации поверхности старогодных деталей для снятия старой краски, защитных покрытий, окисных пленок без использования экологически вредных и пожароопасных реактивов кислот, растворителей и моющих растворов поверхностно-активных веществ. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.