Способ нанесения износостойких покрытий на алюминий и его сплавы

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА АлюмИНИИ И ЕГО СПЛАВЫ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого (ВУ)(72) Авторы Петращенко Петр Дмитриевич Хило Петр Анатольевич Злотников Игорь Иванович Злотников Александр Игоревич Ловгач Валерий Николаевич (ВУ)(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого (ВУ)1. Способ нанесения износостойких покрытий на алюминий и его сплавы в режиме микродугового оксидирования в электролите, содержащем гидроксид калия, жидкое стекло и воду, при наложении переменного напряжения частотой 50 Гц, отличающийся тем,что электролит содержит указанные компоненты при следующем соотношении, г/лгидроксид калия 3,5 -6,0 жидкое стекло 40-120 вода остальное, в качестве переменного напряжения используют синусоидальное напряжение, причем процесс ведут при плотности тока 3-30 А/дм 2 до конечного напряжения 260-320 В, а полученное покрытие пропитывают минеральным маслом при температуре 80-120 С в течение 1,5-2,5 ч.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед пропиткой маслом покрытие обрабатывают 1-3 -м водным раствором поверхностно-активного вещества.Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий на алюминий и его сплавы и может быть использовано в машиностроении для получения антифрикционных износостойких покрытий на поверхностях узлов трения, работающих без смазки или при ее ограничении.Известен способ нанесения покрытий на алюминий и его сплавы в режиме микродугового оксидирования с использованием переменного напряжения частотой 50 Гц при плотности тока 5-35 А/дм 2 до конечного напряжения 400-440 В в электролите, содержащем,г/л гидроксид калия 1,5-2,8, силикат натрия 10,5-18,2, водорастворимую соль 0,2-0,9 и воду 1. Способ позволяет получать многоцветные декоративные покрытия, обладающие высокой механической прочностью, но низкими антифрикционными свойствами, что связано с абразивными свойствами оксида алюминия, составляющего основу покрытия.Известен способ получения покрытия на алюминийсодержащем материале в аноднокатодном режиме в течение 60-180 минут путем помещения в электролит, содержащий,г/л водный раствор щелочи 1-6, жидкое стекло 4-6 и смесь порошков А 12 О 3 и 5102 0,5-2,0 2. Недостатком способа является его сложность, а также то, что получаемые покрытия имеют очень малую толщину.Также известен способ получения покрытия микродуговь 1 м анодированием переменным током промышленной частоты в электролите, содержащем, г/л гидроксид щелочного или щелочноземельного металла 1-10, силикат натрия 2-40, пирофосфат щелочного или щелочноземельного металла 3-30 и воду 3. Недостатком способа является то, что покрь 1 тия, полученные в электролитах, содержащих пирофосфат натрия, имеют малую толщину и высокую пористость.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ нанесения покрытий на алюминий и его сплавы в режиме микродугового оксидирования в щелочном электролите, содержащем, г/л гидроксид калия - 84, жидкое стекло - 200 и воду, при наложении переменного напряжения частотой 50 Гц, а величины катодного и анодного токов поддерживают постоянными в интервалах 0,5-24 А/дм 2 и 0,6-25 А/дм 2 соответственно при соотношении амплитудных значений катодного и анодного токов в пределах 0,5-0,95 4. Недостатком способа является его сложность, так как для обеспечения заданной асимметричности катодных и анодных импульсов напряжения требуются специальные преобразователи. Кроме того, при реализации данного способа образуется двухслойное покрытие внешний рыхлый поликристаллический слой обладает низкими механическими свойствами и его необходимо обязательно сошлифовывать, что усложняет способ и не всегда возможно для деталей сложной формы. Кроме того, получаемое покрытие обладает низкими антифрикционными свойствами.Задача изобретения - повышение антифрикционных свойств покрытий.Поставленная задача решается за счет того, что в способе нанесения износостойких покрытий на алюминий и его сплавы в режиме микродугового оксидирования в электролите, содержащем гидроксид калия, жидкое стекло и воду, при наложении переменного напряжения частотой 50 Гц, согласно изобретению, электролит содержит указанные компоненты при следующем соотношении, г/лгидроксид калия 3,5 -6,0 жидкое стекло 40-120 вода остальное, в качестве переменного напряжения используют синусоидальное напряжение, причем процесс ведут при плотности тока 3-30 А/дм 2 до конечного напряжения 260-320 В, а полученное покрытие пропитывают минеральным маслом при температуре 80-120 С в течение 1,5-2,5 ч, а также за счет того, что перед пропиткой маслом, покрытие обрабатывают 1-3 -м водным раствором поверхностно-активного вещества (ПАВ).Сущность изобретения заключается в следующем. При электролизе раствора жидкого стекла (силиката натрия) и гидроксида калия на аноде происходит разряд гидроксилионов и силикатных анионов, что приводит к окислению материала анода с образованием корунда (А 12 О 3) и осаждению диоксида кремния. Сформированное оксиднокерамическое покрытие имеет выраженную пористость, образованную микроканалами, по которым происходит микродуговой пробой покрытия.При концентрациях жидкого стекла более 120 г/л получается рыхлое керамическое покрытие с низкой механической прочностью и износостойкостью. При содержании силиката натрия менее 40 г/л процесс образования покрытия сильно замедляется, а покрытие получается тонким. Введение в состав электролита гидроксида калия ускоряет процесс образования покрытия, увеличивает его толщину и качество. При содержании в электролите гидроксида калия в количестве меньше 3,5 г/л в оксидном покрытии не формируются микроканалы, необходимые для обеспечения доступа ионов кислорода к поверхности металла, и покрытие получается тонким. При содержании гидроксида калия более 6,0 г/л скорость растворения оксидного слоя становится сравнимой со скоростью его роста и образующееся покрытие становится очень рыхлым.Проведение процесса микродугового оксидирования при частоте 50 Гц с использованием переменного симметричного синусоидального напряжения позволяет использовать обычное сетевое напряжение, не прибегая К преобразователям, что значительно упрощает осуществление способа.Использование тока с плотностью менее 3 А/дм 2 нецелесообразно, так как сильно удлиняет процесс получения покрытий, а при плотности тока более 30 А/дм 2 на рабочих электродах происходит бурное выделение водорода, из-за чего покрытие получается рь 1 хль 1 м. Процесс проводят, плавно повышая напряжение до 260-320 В. Прекращение процесса при напряжении меньшем 260 В приводит к получению покрытий малой толщины, а проведение процесса при напряжениях более 320 В может привести к переходу процесса из микродугового режима в дуговой, что сопровождается разрушением покрытия.Процесс нанесения покрытия осуществляют следующим образом. Деталь из алюминия или его сплава подключают к регулируемому источнику переменного напряжения и погружают в электролит. Вторым электродом может служить деталь из того же материала или корпус ванны, изготовленной из нержавеющей стали или титана. Плавно повышая напряжение, добиваются начала искрения и затем поддерживают постоянную плотность тока до завершения процесса (до 260-320 В). После завершения процесса нанесения покрытия деталь извлекают из электролита, промывают проточной водой и сушат до полного удаления влаги. Детали с нанесенным покрытием погружают в минеральное масло и выдерживают при температуре 80-120 С в течение 1,5-2,5 ч. За это время масло заполняет все поры покрытия. Затем детали извлекают из масла, удаляют с поверхности остатки масла и применяют по назначению. Использование масла с температурой менее 80 С замедляет процесс пропитки, а повышение температуры сверх 120 С ведет к неоправданным энергетическим потерям. При продолжительности процесса менее 1,5 ч пропитка оказывается неполной, а увеличение продолжительности более 2,5 ч не приводит к дополнительному положительному эффекту.Для улучшения смачиваемости и повышения степени пропитки покрытия маслом применяют предварительную обработку поверхности покрытия водным раствором ПАВ. Обработку осуществляют путем погружения детали в 1-3 водный раствор ПАВ с последующей сушкой при температуре 100-110 С до полного удаления воды. Применение раствора ПАВ с концентрацией менее 1 нецелесообразно, так как не приводит к заметному улучшению антифрикционных свойств, а применение ПАВ с концентрацией более 3 не приводит к дополнительному положительному эффекту. В качестве ПАВ использовали стандартные препараты Эмульфор - эфир олеиновой кислоты и триэтаноламина и ОП-7 - смесь полиэтиленгликолевых эфиров моно- и диалкилфенолов.Примеры осуществления способа приведены в табл. 1. Покрытия наносили на образцы из алюминия марки АД 1. Сравнительные свойства покрытий, полученных по предлагаемому способу и по прототипу, приведены в табл. 2.Как следует из представленных данных, предлагаемый способ имеет ряд преимуществ по сравнению с прототипом. Так, например, абразивный износ у покрытий, полученных по изобретению, меньше, чем у покрытий, полученных по известному способу, в среднем в 2,5 раза. Коэффициент трения покрытий, полученных по предлагаемому способу, в 1,52,5 раза ниже, чем у покрытий, полученных по известному способу. Температура в зоне трения при испытании покрытий, полученных по предлагаемому способу, на 23-58 С ниже, чем при испытании покрытий, полученных по прототипу. Покрытия, получаемые по предлагаемому способу, имеют микротвердость не ниже, чем покрытия, получаемые по прототипу. В предлагаемом способе используется переменный промышленный электрический ток и нет необходимости применять специальные преобразователи тока, что упрощает реализацию способа.Примеры У и /1 показывают, что дополнительная обработка оксиднокерамического покрытия ПАВ перед пропиткой маслом значительно снижает коэффициент трения и, как следствие, температуру в зоне трения.