BG112884A

BG112884A - Метод за нанасяне на композитно покритие от хром върху алуминиеви сплави

Info

Publication number: BG112884A
Application number: BG112884A
Authority: BG
Inventors: Владимир Петков; Петков Петков Владимир; Радослав Вълов; Василев Вълов Радослав
Original assignee: Институт По Металознание
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-08-31
Also published as: BG67487B1

Abstract

Изобретението се отнася до метод за нанасяне на композитно покритие от хром върху изделия от алуминиеви сплави и може да намери приложение в различни области на техниката, като например изделия за авиацията, транспортното машиностроене, строителството, приборостроенето, хранителната промишленост, където е необходимо изделията да се отличават с твърдост, износоустойчивост и корозионна устойчивост. Методът се състои от последователно провеждани във времето предварителна подготовка, включваща почистване, измиване, изсушаване на третираната повърхност и след измерване на обработвания детайл се извършва ултразвукова обработка на изделието от алуминиеви сплави, в условията на сернокисел разтвор на NaCl при стайна температура за времетраене от 180 до 480 s, последвана от допълнителна обработка на повърхността в солно-кисел разтвор на Сu(СН3СОО)2 за време на престой от 1 min при температура 70-75 градуса С, след което се провежда електрохимично хромово покритие в условията на хромов електролит, съдържащ диамантени наночастици с концентрация от 0.5 g/l до 60 g/l.

Description

МЕТОД ЗА НАНАСЯНЕ НА КОМПОЗИТНО ПОКРИТИЕ ОТ ХРОМ ВЪРХУ ИЗДЕЛИЯ ОТ АЛУМИНИЕВИ СПЛАВИ

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

[0001] Изобретението се отнася до метод за нанасяне на композитно покритие от хром върху изделия от алуминиеви сплави и може да намери приложение в различни области на техниката, като например изделия за авиацията, транспортното машиностроене, строителството, приборостроенето, хранителната промишленост, където е необходимо изделията да се отличават с твърдост, износоустойчивост и корозионна устойчивост.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

[0002] Известни са методи за подобряване на физико-механичните показатели на алуминиевите сплави, които по същество представляват легирането на алуминий е метали, които рязко се отличават по свойства от него, каквито са металите Ti, Mo, Zr, V, Nb (съгласно съответните им диаграми на състояние).

[0003] Споменатите методи не са намерили голямо приложение основно поради технологични недостатъци, по-специално, че легирането (внедряването на легиращите метали в алуминиева стопилка) се извършва при сравнително ниска температура (около 650-700°С), при която не се получава достатъчно качествено свързване на двата метала. Като допълнителен недостатък може да се посочи високата стойност на добавяните легиращи компоненти.

Известни са също други методи за подобряване на физико-механичните и химични показатели на алуминиевите сплави, които по същество представляват нанасяне на покрития, повишаващи техните свойства като твърдост, износоустойчивост и корозионна устойчивост.

[0004] Споменатите методи не са намерили голямо приложение. Причините за това могат да се търсят основно в обстоятелството, че алуминият има голям афинитет към кислорода и неговата повърхност винаги е покрита с тънък слой от AI2O3, който трудно се отделя и лесно се възстановява. Освен това алуминият има отрицателен електроден потенциал (Е_о= -1.70 V), както и се отличава е наличие на повърхностни пори и оклюдиран водород на повърхността, което затруднява свързването му е електро отлаганите метали.

[0005] От практиката е известен метод за създаване на повърхностна защита на работната част на алуминиевите изделия чрез получаването на устойчиви покрития, които повишават техните химични и механични свойства като твърдост, износоустойчивост и корозионна устойчивост. Съгласно метода преди нанасянето на покритието върху изделия от алуминий или алуминиеви сплави, от съществено значение е предварителната подготовка на обработваната повърхност, изразяваща се в прецизно почистване на тяхната повърхност от оксидния слой от АЬОз.

[0006] Обикновенно дезоксидацията на повърхността се извършва чрез използването на байцващи разтвори с различен химичен състав и концентрации. Най-често използваните байцващи разтвори за алуминий и неговите сплави са такива със силно кисела или алкална реакция. Киселите разтвори съдържат токсичните HF и HNO₃ в различни концентрационни съотношения, а основен компонент в алкалните разтвори е натриевата основа (NaOH). След предварителната подготовка се извършва нанасяне на самото покритие чрез електрохимичен процес, например хром се нанася върху алуминиевата сплав след нейното помедяване и/или никелиране, тъй като хромът се отлага сравнително лесно върху мед или никел.

[0007] Недостатъците на описаният метод се свързват основно с това, обработването на повърхностният слой със споменатите разтвори влияе отрицателно върху физичните и механични свойства на алуминия и неговите сплави. Те изменят морфологията на повърхността, нейната пористост и дори формата на порите в зависимост от химичния състав на байцващите разтвори и сплавта, продължителността и температурата на обработка. Например якостта на умора на сплав от типа Al-Cu-Mn, байцвана в 10 % NaOH за времетраене 2.5 min при температура 60 - 70°С и след това неутрализирана за 1 min в киселинна смес от 10 % H₂SO₄ и 10% HNO₃ в съотношение 1:1, се намалява с 31%. Якостта на умора на алуминиева сплав след байцване в киселинна смес от 10% HF и 10% HNO3 в съотношение 1:1 се намалява с 15 %.

Друг недостатък на описания метод се свързва основно с необходимостта за отлагане на междинен слой от мед или никел за да се осъществи отлагането на хром.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

[0008] Предвид на описаното известно ниво на техниката в разглежданата област на техниката, задача на изобретението е да се предложи метод за нанасяне на композитно покритие от хром върху алуминиеви сплави, който да осигури устойчиво покритие, при ниски разходи на метали и да е опростен по отношение на технологичното му изпълнение.

[0009] Друга задача на изобретението е да се предложи състав и електрохимични параметри, чрез които да се осигури ефективно покритие на повърхността, за директно електроотлагане на защитното хромово покритие с нанодиамантени частици върху алуминиеви сплави.

[0010] Задачата на изобретението се решава с метод за нанасяне на композитно покритие от хром върху алиминиеви сплави, при който се провежда последователно във времето предварителна повърхностна подготовка на изделия от алуминиеви сплави, след което се се подлагат на електрохимично хромиране.

[0011] Съгласно изобретението предварителната подготовка включва почистване, измиване и изсушаване на обработваните изделия, а след изсушаването им последните се подлагат на оразмеряване, като методът продължава с последователно провеждане на:

а) ултразвукова обработка на изделия от алуминиеви сплави, в сярнокисел разтвор на NaCI, при стайна температура за времетраене от 180 до 480 s.

б) допълнителна обработка на повърхността в солнокисел разтвор на Си(СН₃СОО)₂, за време на престой от 1 минута, при температура 70 - 75°С, а предварително подготвената алуминиева повърхност с меден окис (СпО) се хромира чрез електрохимично отлагане при стъпаловиден режим на плътността на тока - от 20 до 65 A/dm , в условията на използване на хромиращ електролит, в който се съдържат нанодиамантени частици в концентрация от 0.5 до 60 g/1, при което хроматните йони (СгО₄ ²', СГ2О7²) оксидират СиО и електроотлагащият се на катода хром покрива плътно повърхността на изделията от алуминиеви сплави.

[0012] Описаният метод, обект на изобретението е технологично опростен и икономически целесъобразен, поради директното нанасяне на хром без междинни слоеве от мед и/или никел и осигурява устойчиво покритие с добра адхезия към алуминиевите изделия при ниски разходи за хромиращия реагент. Устойчивото покритие се дължи на прецизната предварителна подготовка на обработваната повърхност на алуминиевите изделия, в резултат на което лесно и гарантирано се провежда последващото електрохимично отлагане. Качеството на покритието се дължи още и на допълнителното внасяне на нанодиамантени частици в хромиращият електролит.

[0013] Друго предимство на предложеният метод и използваните в различните операции химични състави е това, че отговарят на екологичните изисквания и норми. Освен това в етапът на предварителната подготовка на повърхността на изделия от алуминиеви сплави се избягва използването на токсични байцващи разтвори на основата на HF, съответно екологично замърсяване на околната среда. Същността на изобретението се изразява от ефективна комбинация от операции, необходими и достатъчни за осъществяване на метода, обект на изобретението, при което се постига желания технически резултат, а именно получаване на компактни, твърди, износоустойчиви и корозионно устойчиви композитни покрития от хром и нанодиамантени частици върху изделия от алуминиеви сплави.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ.

[0014] По-нататък в описанието е представено едно примерно изпълнение на метода съгласно изобретението, като е помощта на придружаващите описанието фигури са онагледени отделни признаци на изобретението, както следва:

Фиг. 1 - представлява изображение на микроструктура на композитно покритие, от където се вижда неговата дебелина, плътност и отлична адхезия с алуминиевата сплав, получено при следните параметри на електрохимичния процес:

плътност на тока 45 A/dm²;

времетраене на прочеса 40 min.;

температура на електролита 52°±2°С;

концентрация на нанодиамантите в електролита 5 g/1;

дебелина на получения слой 38 μηι.

Фиг.2 - представлява изображение на микроструктура на композитно покритие, от където се вижда неговата дебелина, плътност и отлична адхезия с алуминиевата сплав, получено при следните параметри на електрохимичния процес:

плътност на тока 45 A/dm²;

времетраене на прочеса 60 min.;

температура на електролита 52°±2°С;

концентрация на нанодиамантите в електролита 25 g/1;

дебелина на получения слой 89 цт.

ПРИМЕРНО ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

[0015] Методът за нанасяне на композитно покритие от хром върху алиминиевиполучаване на устойчиво покритие от хром върху алуминиеви сплави е представен чрез едно примерно, предпочитано изпълнение, което трябва да се разглежда за илюстрация на метода, без да представлява ограничение по отношение на посочените технически параметри, при които се провеждат отделните операции, както и по отношение използваните допълнителни материали - нанодиамантени частици, благодарение на които се подобряват повърхностните качества на изделията от алуминиеви сплави.

[0016] Методът за получаване на устойчиво хромово поритие с нанодиаманти върху алуминиеви сплави съгласно изобретението се осъществява в следната последователност:

Предварителна подготовка:

[0017] Изделие от алуминий или алуминиева сплав се подлага на предварителна подготовка, при която образецът, подлежащ на обработване чрез метода се обезмаслява чрез прилагане на 1,2 дихлоретан, след което се измива със спирт и се изсушава на хладен въздух;

[0018] Почистените по описаният начин изделия от алуминий се оразмеряват, което се извършва за да се определи силата на тока, протичащ при електролиз ния процес за постигане на необходимата плътност на тока. Образците се претеглят на аналитична везна, за да се определи изменението на масата и на база на получените стойности да се определи получената средна дебелина на защитното покритие.

[0019] След описаното предварително почистване и оразмеряване, образците от алуминиеви сплави се подлагат на предварителна химическа обработка.

[0020] Първоначално образците се обработват в ултразвукова вана в разтвор, съдържащ вода + 11 тегл. % сярна киселина и 4,5 тегл. % NaCl, при стайна температура и времетраене от 300 сек. С тази обработка алуминиевите сплави се дезоксидират. След това за получаване на антиоксидантен предпазващ филм, алуминиевите изделия се обработват химично, като се поставят в солнокисел разтвор, съдържащ вода, 450 g/Ι солна киселина + 4,5 g/Ι меден ацетат.

[0021] Образците се потапят в разтвора за време 1.5 min., при температура 72°С. При тези условия протичат следните реакции:

(1) Си(СН₃СОО)₂+2НС1=СиС1₂+2СНзСООН (2) ЗСиС1₂+А1₂О₃=ЗСиО+2А1С1₃ в резултат на което върху повърхността на алуминиевата сплав се получава повърхностен филмов слой от меден оксид. Медният оксид (СиО) възпрепятства оксидацията на алуминиевата повърхност. Филмът предпазва повърхността на алуминия от следващо оксидиране. СиО създава грапава повърхност, която след това успешно се хромира.

[0022] Електрохимично хромиране.

Използва се хромиращ електролит със стандартен състав: СгОз - 220 g/1, H₂SO4 2.2 g/1, в който се добавят активирани диамантени наночастици, прибавени във вид на водна суспензия в концентрация 25 g/Ι. Електрохимичното хромиране се провежда при стандартни условия, а именно: прилага се стъпаловиден режим на плътността на тока - от 20 до 65 A/dm , като за предпочитане е поддържане на плътност на тока от 45 A/dm² за период от време 50 min при температура на електролита 52°±2°С.

[0023] Електрохимичният процес протича при постоянно разбъркване, осъществяващо се чрез електромагнитна бъркалка

При електрохимичното хромиране филмът от СиО се разтваря в електролита.

(3) (4)

СиО + СгО₄ ² + 10Н⁺= Си²⁺ + Сг + 5Н₂О

СиО + Сг₂О₇ ² + 16Н⁺= Си²⁺+ Сг + 8Н₂О

2

[0024] Хроматните йони (СгО₄ ’, Сг₂О₇ ') оксидират СиО и електроотложеният на катода Сг плътно покрива повърхността на изделията от алуминиеви сплави Получават се плътни, здраво свързани с основата покрития с дебелина от 15 pm до 90pm (фиг.1 и 2). Микроструктурата на така полученото композитно покритие е представено на (фиг.1 и 2), съответно е дебелина на покритието 38 pm и 89 pm. С предварителното въвеждане на активирани нанодиаманти се подпомага отлагането на хрома на повърхността и се подобряват свойствата на алуминиевите сплави. Например микротвърдостта на алуминиевите сплави е около 110 kg/mm след покритие от хром е около 800 kg/mm , а от хром с нанодиаманти тя достига 1100 kg/mm, т.е. десетократно увеличение спрямо непокрити алуминиеви сплави и 40% повишение спрямо покритие само с хром без нанодиаманти.

Claims

Патентни Претенции

1. Метод за нанасяне на композитно покритие от хром върху изделия от алуминиеви сплави, състоящ се от последователно провеждане във времето на предварителна подготовка на обработваната алуминиева повърхност и последващо електрохимично отлагане на хром, осигуряващо защитното покритие, характеризиращ се с това, че предварителната подготовка включва почистването, измиване, изсушаване на третираната повърхност и след измерване на обработваният детайл се извършва ултразвукова обработка на изделието от алуминиеви сплави, в условията на сярнокисел разтвор на NaCl при стайна температура за времетраене от 180 до 480 сек., последвана от допълнителна обработка на повърхността в солнокисел разтвор на Си(СН₃СОО)₂ за време на престой от 1 минута при температура 70 - 75°С, след което се провежда електрохимично хромово покритие в условията на хромов електролит, съдържащ диамантени наночастици с концентрация от 0.5 g/Ι до 60 g/ь
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че диамантените наночастици са с размери от 1 до 100 nm, а композитното хромово покритие с нанодиаманти е с дебелина от 15 до 90 pm.
3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че активираната водна суспензия е е концентрация на диамантени наночастици от 10 до 100 g/1.
4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че електрохимичното хромиране се провежда при прилагане на стъпаловиден режим на плътността на тока - от 20 до 65 A/dm², за период от време 30 - 70 min при температура на електролита 50 - 55°С и при постоянно разбъркване на електролита с магнитна или електрическа бъркалка.
5. Методът съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че електрохимичното хромиране с нанодиаманти се извършва директно върху алуминиевата сплав без предварително електрохимично или химично отлагане на междинни слоеве от метали като мед и никел.