CZ318599A3 - Process and apparatus for coating metals - Google Patents
Process and apparatus for coating metals Download PDFInfo
- Publication number
- CZ318599A3 CZ318599A3 CZ19993185A CZ318599A CZ318599A3 CZ 318599 A3 CZ318599 A3 CZ 318599A3 CZ 19993185 A CZ19993185 A CZ 19993185A CZ 318599 A CZ318599 A CZ 318599A CZ 318599 A3 CZ318599 A3 CZ 318599A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- coating
- metal
- alkali metal
- waveform
- voltage source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Způsob vytváření keramického povlaku na kovech pro ventily, vybraný ze skupiny sestávající z hliníku, zirkonia, titanu, hafiiia a slitin těchto kovů se provádí ponořenímkovujako elektrody do elektrolytické vany, obsahující vodný roztok hydroxidu alkalického kovu a přiváděnímstřídavého elektrického proudu s pozměněnýmtvaremvlny ze zdroje vysokého napětí o hodnotě nejméně 700 V, přičemž střídavý elektrický proud s pozměněnýmtvaremvlny stoupá od nuly do svého maxima výšky a klesá pod 40 % své maximální výšky běhemméně než čtvrtiny celého střídavého cyklu, čímž se způsobí dielektrický průraz, zahřívání, tavení a tepelné zhutňování tenké hydroxidové vrstvy na povrchu kovu, přičemž se běhemtvorby keramického povlaku mění složení elektrolytu přidáním soli oxokyseliny s alkalickýmkovem. Zařízení sestávající z příslušné elektrolyzérové vany s elektrodouje opatřeno zdrojem elektrického napjětí a prostředky pro řízení průběhu proudu.A method of forming a ceramic coating on metals for valves, selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, hafiiia and the alloys of these metals are immersed in the metal electrodes into an electrolytic tub containing an aqueous solution alkali metal hydroxide and feed alternating electric current with modified waveform from the source high voltage of at least 700 V, alternating the electric current with the modified wave increases from zero to its maximum height and falls below 40% of its maximum a height of at least a quarter of the entire AC cycle, thereby causes dielectric breakdown, heating, melting and thermal compacting a thin hydroxide layer on the metal surface wherein the composition changes during the formation of the ceramic coating electrolyte addition of an alkali metal salt of an oxo acid. Apparatus consisting of an appropriate electrolyzer tub the electrode is provided with an electrical voltage source a means for controlling current flow.
Description
POSTUP A ZAŘÍZENÍ K POVLÉKÁNÍ KOVŮMETHOD AND APPARATUS FOR COATING METALS
Oblast technikyTechnical field
Tento vynález se vztahuje ke způsobu vytváření keramického povlaku na kovech pro ventily, k předmětům takto povlečeným a k zařízení pro provádění tohoto způsobu.The present invention relates to a method of forming a ceramic coating on valve metals, to articles coated therewith, and to an apparatus for performing the method.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Kovy pro výrobu ventilů projevují jev elektrolytického usměrňování a tento vynález se proto týká po vlákání hliníku, zirkonia, titanu, hafnia a slitin těchto kovů a zařízení k provádění tohoto způsobu.Metals for the manufacture of valves exhibit the phenomenon of electrolytic rectification, and the present invention therefore relates to the filament of aluminum, zirconium, titanium, hafnium and alloys of these metals, and apparatus for carrying out the process.
Tento vynález se obzvláště týká elektrolytického procesu, který používá střídavý elektrický proud s tvarovanou vlnou o vysokém napětí k dosažení povlečení dokonce i silnou vrstvou během procesu tání, přičemž uvedené vrstvy se dosáhne v krátkém čase měněním elektrolytického složení během probíhajícího procesu.In particular, the present invention relates to an electrolytic process that uses high-voltage AC waveform to achieve a coating even through a thick layer during the melting process, said layer being achieved in a short time by varying the electrolytic composition during the process.
Hliník, titan a jejich slitiny mají výhodné poměry mechanické pevnosti/hmotnosti, které předurčují tyto kovy k mnohému využití, například v letectví nebo v rychle se pohybujících součástkách ve spalovacích motorech. Bohužel tyto kovy nemají nijak zvlášť dobrou rezistenci proti opotřebení, a tak ke zlepšení vlastností vůči opotřebení a odolnosti proti korozi se často povlékají vrstvou povlaku. Aplikované povlaky jsou slibné k dosažení dalších plánovaných požadavků jakými je odolnost vůči chemikáliím (zvláště vůči kyselinám a zásadám), možnost vystavení vyšším teplotám, snížení tření a zabezpečení dielektrických vlastností. Zatímco levným, široce užívaným anodickým postupem se dosahuje některých z těchto cílů pro běžnou práci, keramické povlaky se požadují pro provoz s vysokým namáháním.Aluminum, titanium and their alloys have advantageous mechanical strength / weight ratios that predetermine these metals for many applications, for example in aerospace or fast moving components in internal combustion engines. Unfortunately, these metals do not have particularly good wear resistance, and so they are often coated with a coating to improve wear properties and corrosion resistance. Applied coatings are promising to meet other planned requirements such as resistance to chemicals (especially acids and bases), the possibility of exposure to higher temperatures, reduced friction and ensuring dielectric properties. While the inexpensive, widely used anodic process achieves some of these objectives for routine work, ceramic coatings are required for high stress operations.
Je známo množství elektrolytických povlékacích postupů těchto kovů s použitím stejnosměrného proudu anebo napětí nižším než 600 V. Tyto postupy jsou popsány například v U.S. patentech 3 956 080; 4 082 626 a 4 659 440. Tyto dokumenty a většina nedávných objevů popisují procesy při nichž se vytváří keramický film s použitím techniky anodového jiskrového výboje, přičemž tyto techniky dosahují dobrých výsledků pokud jde o odolnost vůči korozi a přilnavost vrstvy povlaku, ale mají dva důležité nedostatky: malou tvrdost vrstvy povlaku a pomalé utváření této vrstvy.A number of electrolytic coating processes for these metals are known using direct current and / or a voltage of less than 600 V. These processes are described, for example, in U.S. Pat. U.S. Patents 3,956,080; U.S. Pat. Nos. 4,082,626 and 4,659,440. These documents and most recent discoveries describe processes in which a ceramic film is produced using an anode spark discharge technique, which achieve good results in corrosion resistance and coating adhesion, but have two important shortcomings: low hardness of the coating layer and slow formation of the coating.
• ·• ·
U.S. patent č. 5 147 515, Haganataa další, uvádí použití disperze v elektrolytické lázni, jež obsahuje vodný roztok vodorozpustného nebo koloidního silikátu anebo solí oxokyselin v nichž jsou keramické částečky rozptýleny. Během vytváření vrstvy vzrůstá napětí z 50-200 V a může finálně přesáhnout až 1000 V. S ohledem na tvar vlnění, uvedený patent tvrdí, že výstupem ze zdroje může být stejnosměrný proud s jakýmkoliv tvarem vlny, ale upřednostňovány jsou tvary, s pulzním (pravoúhlým tvarem vlny), s tvarem vlny pilovitého průběhu, nebo tvarem DC půlvlny. Takové tvrzení v sobě nezahrnuje poznání, že tvar ostře špičatých vln z velké části přispívá k vytvoření husté, tvrdé vrstvy.U.S. Pat. U.S. Patent No. 5,147,515 to Haganata et al. discloses the use of a dispersion in an electrolytic bath containing an aqueous solution of a water-soluble or colloidal silicate or oxo acid salt in which ceramic particles are dispersed. During layer build-up, the voltage rises from 50-200 V and may ultimately exceed 1000 V. With respect to the waveform, the patent claims that the output from the source may be direct current with any waveform but pulse (rectangular) shapes are preferred. waveform), sawtooth waveform, or DC halfwave. Such a claim does not include the recognition that the shape of sharply pointed waves largely contributes to the formation of a dense, hard layer.
Rychlost tvorby vrstvy uváděná v osmi příkladech tohoto patentu může být vypočítána následovně:The layer formation rate reported in the eight examples of this patent can be calculated as follows:
Tuto pomalou rychlost tvorby vrstvy nelze dost dobře srovnávat s rychlostí tvorby vrstev, které uvádí tento vynález.This slow layer formation rate cannot be compared well with the layer formation rate of the present invention.
Rovněž v U.S. patentu 5 147 515 nebyl uveden žádný údaj, jak by bylo možné, podle metody tohoto patentu vyrábět silné povlékací vrstvy, t.j. v rozsahu 300-700 mikrometrů.Also in U.S. Pat. No. 5,147,515, no indication was given as to how thick coating layers could be produced according to the method of this patent, i.e. in the range of 300-700 microns.
Poslední dobou byl vyvinut povlékací způsob, známý jako Kepla-Coat Process, který • · je založen na plasmachemické anodické oxidaci. Katodou je povrchová vrstva z organického elektrolytu nad kterou je zavěšena část, která má být povlečena tvořící anodu. Je vytvořena plasma, která způsobuje keramické povlečení anody a zahřívání obrobku. Díky vytváření tenké oxidační vrstvy na anodě, nevytváří se tímto způsobem vrstva silnější než 10 mikrometrů s ukončením nárůstu za 8-10 minut. Tím, že obrobek není při zahřívání ponořen v kapalině způsobí, že nepravidelná nebo tenká tělesa se většinou zdeformují. Další nevýhodou Kepla-Coat Procesu v budoucnu bude vysoká míra výparů z elektrolytu způsobující problémy pro životní prostředí.Recently, a coating process known as the Kepla-Coat Process has been developed which is based on plasmachemic anodic oxidation. The cathode is a surface layer of organic electrolyte above which is suspended the part to be coated forming the anode. A plasma is formed which causes ceramic anode coating and heats the workpiece. Due to the formation of a thin oxidation layer on the anode, a layer thicker than 10 microns is not formed in this way, with an increase in growth in 8-10 minutes. Since the workpiece is not immersed in the liquid when heated, irregular or thin bodies are usually deformed. Another disadvantage of the Kepla-Coat Process in the future will be the high level of electrolyte fumes causing environmental problems.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Je tudíž jedním z cílů tohoto vynálezu odstranit nevýhody předešlých způsobů týkajících se keramického povlaku a poskytnout takový způsob, který zajistí tvrdý povlak s dobrou přilnavostí a minimální pórovitosti.It is therefore an object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art ceramic coating methods and to provide such a method that provides a hard coating with good adhesion and minimal porosity.
Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout způsob, který zajistí povlak o tloušťce 300 a více mikrometrů během přiměřeného časového úseku.It is another object of the present invention to provide a method that provides a coating of 300 microns or more within a reasonable period of time.
Pomocí tohoto vynálezu se dosáhne výše zmíněných a ostatních cílů, přičemž se poskytuje způsob ke tvorbě keramického povlaku na kovech pro ventily, kde kovy jsou vybrány ze skupiny sestávající z hliníku, zirkonia, titanu, hafnia a slitin těchto kovů, uvedený způsob zahrnuje ponoření výše zmíněného kovu jako elektrody do elektrolytické lázně, která obsahuje vodný roztok hydroxidu alkalického kovu, který tvoří opačnou elektrodu ponořenou do tekutiny nebo obsahující elektrolytickou tekutinu, přičemž povrchem uvedeného kovu, který má být potažen keramickým povlakem a uvedenou opačnou elektrodou prochází tvarově pozměněná vlna střídavého elektrického proudu ze zdroje vysokého napětí o hodnotě nejméně 700 V, vyznačující se tím, že uvedená tvarově pozměněná vlna elektrického proudu zdvihá od nuly do svého maxima výšky během doby, která je kratší než čtvrtina celého střídavého cyklu, čímž se způsobí průraz dielektrika, zahřátí, tavení a tepelné zhutnění tenké hydroxidové vrstvy utvářené na povrchu uvedeného kovu a vytváří a svařuje tak keramický povlak na uvedeném kovu, přičemž se mění složení uvedeného elektrolytu, zatímco se vytváří řečený keramický povlak, jsou uvedené změny ovlivněny přidáním soli oxykyseliny s alkalickým kovem.The present invention achieves the aforementioned and other objects, providing a method for forming a ceramic coating on metal for valves, wherein the metals are selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, hafnium and alloys thereof, said method comprising immersing the aforementioned a metal electrode in an electrolytic bath comprising an aqueous solution of an alkali metal hydroxide which forms an opposing electrode immersed in or containing an electrolytic fluid, the surface of said metal to be coated with a ceramic coating and said opposed electrode passing a waveform of alternating electric current a high voltage source having a value of at least 700 V, characterized in that said waveform of electric current rises from zero to its maximum height during a time which is less than a quarter of the entire alternating cycle, The dielectric breakdown, heating, melting and thermal compacting of the thin hydroxide layer formed on the surface of said metal and thereby form and weld a ceramic coating on said metal, changing the composition of said electrolyte while forming said ceramic coating, said changes being influenced by the addition of an oxyacid salt with alkali metal.
• · · • · · · · • · · » • · · • · · · · • · · 1 · · « ^ ·· · ·• • · · · · · · · · • »• • · · · · · · · · 1 • ·« ^ ·· ·
Ještě dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout zařízení pro uskutečnění výše popsaného procesu za přijatelnou cenu. Vynález tudíž poskytuje zařízení pro povlékání předmětů keramickým povlakem v jednom kroku, vyrobených z kovu pro ventily vybraného ze skupiny sestávající z hliníku, zirkonia, titanu, hafnia a slitin těchto kovů. Uvedené zařízení obsahuje elektrolytickou vanu obsahující vodný roztok hydroxidu alkalického kovu, ponořenou elektrodu nebo obsahující tekutinu elektrolytu, další elektrodu tvořenou nejméně jedním z předmětů, který má být povlečen, a prostředek k upevnění uvedeného výrobku v elektrolytu, zdroj střídavého elektrického proudu ze zdroje vysokého o napětí nejméně 700 V, prostředek pro ovlivňování tvaru vlny střídavého proudu, pomocí něhož se tvarovaná vlna elektrického proudu zvedá od nuly až do svého maxima výšky a klesá zpět pod 40 % svého maxima během méně jak čtvrtiny celého střídavého cyklu, obsahuje spojovací elementy k uzavření elektrochemického obvodu, prostředky k přidávání látek do uvedené lázně, když je přístroj v provozu a regulovaný přísun soli oxokyseliny s alkalickým kovem.Yet another object of the present invention is to provide an apparatus for carrying out the above described process at an affordable price. Accordingly, the invention provides a single step ceramic article coating device made of metal for valves selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, hafnium, and alloys thereof. The apparatus comprises an electrolytic bath containing an aqueous solution of an alkali metal hydroxide, a submerged electrode or containing an electrolyte fluid, another electrode formed by at least one of the articles to be coated, and means for securing said article in the electrolyte, an AC power source from a high voltage source at least 700 V, the AC waveform influencing means by which the shaped waveform rises from zero to its maximum height and falls back below 40% of its maximum in less than a quarter of the total AC cycle, comprising connecting elements to close the electrochemical circuit means for adding substances to said bath while the apparatus is in operation and controlled supply of the alkali metal salt of oxoacid.
Odlišujícím znakem postupu podle tohoto vynálezu je jeho použitelnost pro výrobu tvrdých povlaků o tloušťce až 300 mikrometrů v přijatelném časovém úseku asi 90 minut. Tato vysoká rychlost povlékání je docílena změnou složení elektrolytu v během povlékacího postupu. Kvalita povlaku není kompromisem za rychlou tvorbu silné vrstvy jako tím, kdy upravený proud s tvarovanou vlnou dosáhne mžikového roztavení vrstvy blízko kovového obrobku, dokonce i po vytvoření stanovené tloušťky povlakové vrstvy.A distinguishing feature of the process of the present invention is its applicability for the production of hard coatings up to 300 microns thick within an acceptable time period of about 90 minutes. This high coating rate is achieved by varying the electrolyte composition during the coating process. The quality of the coating is not a compromise for the rapid formation of a thick layer, such as when the treated waveform stream achieves flash melting of the layer near the metal workpiece, even after the specified coating layer thickness has been established.
Vynález bude nyní popsán ve spojení s důrazem na určitá výhodná provedení s odkazy na následující obrázky, aby byl více srozumitelný.The invention will now be described with reference to certain preferred embodiments, with reference to the following figures, for clarity.
Podíváme-li se na vlastní obrázky podrobně, je třeba zdůraznit, že uvedené podrobnosti jsou jen příkladem a jejich cílem je pouze ilustrovat diskusi o výhodných provedeních předkládaného vynálezu a uvádějí se z důvodu, aby se poskytl co nej užitečnější a snadno pochopitelný popis principů a pojmových aspektů vynálezu. Se zřetelem k tomu, nejde zde o žádný pokus ukázat konstrukční detaily vynálezu ve více konkrétních pohledech než je nezbytné pro základní porozumění vynálezu, přičemž popis obrázků je zjevný odborníkům v oboru, jaká může být konkrétní forma různých částí vynálezu v praxi.Looking at the drawings in detail, it is to be emphasized that the details given are merely exemplary and are merely illustrative of the discussion of preferred embodiments of the present invention, and are provided in order to provide a useful and easy to understand description of the principles and concepts. aspects of the invention. Accordingly, there is no attempt to show the constructional details of the invention in more specific views than is necessary for a basic understanding of the invention, and the description of the figures will be apparent to those skilled in the art what a particular form of the various parts of the invention may be in practice.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Obr. 1 ukazuje výhodný typ pulsu tvarované vlnyGiant. 1 shows a preferred type of shaped wave pulse
Obr. 2 zobrazuje vztah mezi tloušťkou povlaku a časem elektrolýzyGiant. 2 shows the relationship between coating thickness and electrolysis time
Obr. 3 je schématickým pohledem na zařízení pro povlékání předmětů v jednom kroku Obr. 4 je schématickým pohledem na zařízení pro povlékání předmětů ve více po sobě následujících krocíchGiant. 3 is a schematic view of a device for coating articles in one step; FIG. 4 is a schematic view of a device for coating objects in a plurality of successive steps
Nyní bude objasněn postup podle vynálezu. Postup se použije k vytvoření keramického povlaku na hliníku, zirkoniu, titanu a hafniu. Použití postupuje také vhodné pro slitiny těchto kovů, za předpokladu, že suma všech těchto slitinových prvků netvoří více jak přibližně 20 % z celku. Parametry postupu lze optimalizovat, vzhledem ke konkrétním kovům, které mají být povlečeny a ke specifickým vlastnostem uvažovaného povlaku, které jsou důležité pro specifické upotřebení.The process according to the invention will now be explained. The process is used to form a ceramic coating on aluminum, zirconium, titanium and hafnium. The use is also suitable for alloys of these metals, provided that the sum of all these alloy elements does not constitute more than about 20% of the total. The process parameters can be optimized with respect to the particular metals to be coated and to the specific properties of the coating under consideration which are important for the specific application.
Kovový obrobek, který má být povlečen je zapojen jako elektroda v elektrolytické lázni a je tamtéž ponořen.The metal workpiece to be coated is connected as an electrode in the electrolytic bath and is submerged there.
Pro povlékání hliníku obsahuje lázeň vodu a roztok hydroxidu alkalického kovu. V provedení s lázní kde se požaduje optimalizovat povlak k zajištění maximální přilnavosti mezi kovem a jeho povlakem, se elektrolyt skládá v podstatě z vodné sloučeniny obsahující mezi 0,5 až 2 g/litr hydroxidu sodného nebo hydroxidu draselného. Když je potřeba dosáhnout zlepšených speciálních vlastností povlaku například nízkého tření, přidávají se jemné částice různých látek. V provedeních s přidáváním částic, je elektrolyt promícháván, aby se částice udržely v suspenzi. Podobně se přidáním jemných částic pigmentů vytvářejí barevné povlaky.For the coating of aluminum, the bath comprises water and an alkali metal hydroxide solution. In a bath version where it is desired to optimize the coating to ensure maximum adhesion between the metal and its coating, the electrolyte consists essentially of an aqueous compound containing between 0.5 to 2 g / liter of sodium hydroxide or potassium hydroxide. When it is necessary to achieve improved special coating properties, for example low friction, fine particles of different substances are added. In embodiments with the addition of particles, the electrolyte is stirred to keep the particles in suspension. Similarly, color coatings are formed by adding fine pigment particles.
Výhodnou opačnou elektrodou pro tento postup je vana z nerezové oceli obsahující tekutý elektrolyt. Tam kde je upřednostňována nevodivá nádoba s elektrolytem, např. z bezpečnostních důvodů, je elektroda ze železa, niklu nebo nerez oceli vložena do lázně obvyklým způsobem.A preferred counter electrode for this process is a stainless steel bath containing liquid electrolyte. Where a non-conductive electrolyte container is preferred, for example for safety reasons, an iron, nickel or stainless steel electrode is inserted into the bath in a conventional manner.
Tvarovaná vlna střídavého elektrického proudu ze zdroje vysokého napětí o hodnotě nejméně 700 V, typicky 800 V pro hliníkové obrobky, potom prochází mezi kovovým obrobkem a druhou elektrodou. Výsledkem je elektrický průraz, zahřívání, roztavení a tepelné zhutnění tenké vrstvy hydroxidu formované na povrchu kovu, jež vytváří a navařuje keramický povlak. Obloukové mikrosvařování je viditelné během tvorby povlaku. Vhodným a přiměřeně drahým způsobem, jak dosáhnout požadovaného elektrického pulsu s tvarovanou • · vlnou je použití kondenzátorové banky napojené v sérii mezi zdroj vysokého napětí s napětím od 800 V do 1000 V a uvedený kovový obrobek, který bude povlečen.A shaped AC wave from a high voltage source of at least 700 V, typically 800 V for aluminum workpieces, then passes between the metal workpiece and the second electrode. The result is an electrical breakdown, heating, melting, and thermal compaction of a thin layer of hydroxide formed on the metal surface that forms and welds the ceramic coating. Arc welding is visible during coating. A suitable and reasonably expensive way to achieve the desired waveform pulsed electrical pulse is to use a capacitor bank connected in series between a high voltage source of 800 V to 1000 V and said metal workpiece to be coated.
Obr. 1 uvádí pohled na preferovaný tvar vlny proudu. Efekt použití střídavého proudu je kombinován s vysokým napětím k prodloužení životnosti mikrooblouku, který způsobuje intenzivní, místní, dočasné zahřívání, a jako výsledek svaření a natavení povlaku vytvářeného na ponořeném kovovém obrobku. Anodizace je efektivní během prvního positivního polovičního cyklu, během něhož je obrobek pozitivní elektrodou. Potom již vytvořený dielektrický povlak dielektricky ochabuje, čímž se začínají generovat mikrooblouky. Životnost mikrooblouků se prodlužuje skoro do konce prvního polovičního cyklu, kdy se obrobek stává negativní elektrodou.Giant. 1 shows a view of a preferred current waveform. The effect of using alternating current is combined with high voltage to extend the life of the microcircuit, which causes intense, local, temporary heating, and as a result of welding and melting the coating formed on the submerged metal workpiece. Anodization is effective during the first positive half cycle, during which the workpiece is a positive electrode. Then, the already formed dielectric coating departs dielectrically, whereby micro-arcs are generated. The service life of the micro-arc extends almost to the end of the first half cycle, when the workpiece becomes a negative electrode.
Obr. 2 uvádí pohled na vztah času a tloušťky potahu, kde složení elektrolytu se drží na konstantní hodnotě, jak zobrazují křivky 1 až 5. Křivka 1 se vztahuje na postup, kde elektrolytem je čistý hydroxid draselný. Křivky 2 až 5 se vztahují na postup kde byla použita stoupající koncentrace tetrasilikátu sodného.Giant. 2 shows a view of the relationship of time and thickness of the coating, where the electrolyte composition is kept constant as shown by curves 1 to 5. Curve 1 refers to a process where the electrolyte is pure potassium hydroxide. Curves 2-5 refer to the procedure where increasing concentrations of sodium tetrasilicate were used.
Křivka 6 se vztahuje k postupu podle tohoto vynálezu. Bylo objeveno, že mnohem rychlejší po vlekání je umožněno změnou složení elektrolytu během doby, kdy se vytváří keramický povlak. Účinná změna složení zahrnuje přidání solí obsahující kationt alkalického kovu a aniont oxokyseliny s amorfním prvkem do elektrolytu. Uvedený amorfní prvek je vybrán ze skupiny sestávající z B, Al, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, P, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn a Fe, přičemž uvedená sůl se přidává v koncentraci mezi 2 a 200g/litr roztoku. Preferovaným amorfním prvkem je křemík a preferovanou přidávanou solí je tetrasilikát sodný.Curve 6 refers to the process of the invention. It has been discovered that much faster after towing is made possible by changing the electrolyte composition during the time that the ceramic coating is formed. An effective composition change involves adding salts containing an alkali metal cation and an amorphous element oxoacid anion to the electrolyte. Said amorphous element is selected from the group consisting of B, Al, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, P, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn and Fe, said salt being added at a concentration of between 2 and 200g / liter of solution. The preferred amorphous element is silicon and the preferred addition salt is sodium tetrasilicate.
Jak ukazuje graf, změna složení elektrolytu během operace dovoluje vytvořit povlak o tloušťce 200 mikrometrů za přibližně 50 minut, s rychlostí tvorby tenké vrstvy 4 mikrometry za minutu. Testy ukázaly, že se této rychlé tvorby vrstvy dosáhne bez snížení kvality přilnavosti vrstvy ke kovovému obrobku.As shown in the graph, the change in electrolyte composition during the operation allows a coating of 200 microns thickness in about 50 minutes, with a thin film formation rate of 4 microns per minute. Tests have shown that this rapid layer formation is achieved without compromising the quality of adhesion of the layer to the metal workpiece.
Je zřejmé, že jakmile se za míchání přidá do elektrolytu sůl, je pro povlékání dalších kovových předmětů pomocí jednoho kroku účelné opět snížit koncentraci soli přidáním • · · • · · • · · « • * • · · · « · · • · · · · • · · <7 · · /» · · · značného množství nového elektrolytu. Tento problém je však vyřešen pomocí zařízení popsaného dále s odkazem na Obr. 3.Obviously, once the salt is added to the electrolyte while stirring, it is expedient to reduce the salt concentration again by coating one another with a single step by adding a salt. A considerable amount of new electrolyte is present. However, this problem is solved by the apparatus described below with reference to FIG. 3.
Bylo také zjištěno, že je možno vytvářet povlaky bez pórů postupnou redukcí přítoku proudu, když vrstva dosáhne téměř požadované tloušťky. V praxi je to ovlivněno postupným omezováním kapacitance používané k utváření tvaru vlny tudíž zeslabováním proudu až do konce postupu.It has also been found that it is possible to form pores without pores by gradually reducing the flow of current when the layer reaches almost the desired thickness. In practice, this is affected by the gradual reduction of the capacitance used to form the waveform, thus attenuating the current until the end of the process.
Jak je zřejmé z popisu výše, termín „pozměněná“, jak je zde použit, poukazuje na fakt že forma vlny je jiná než standardní sinusoidní forma normálně spojovaná s vlnou střídavého proudu a je místo toho pozměněná např. příklad jak ilustruje Obr. 1 k optimalizaci povlékacího efektu.As is evident from the description above, the term "altered" as used herein refers to the fact that the wave form is other than the standard sinusoid form normally associated with an AC wave, and is instead altered, for example, as illustrated in FIG. 1 to optimize the coating effect.
Odkazujeme se nyní na Tabulku 1, která uvádí různé typy povlékání při rozdílných požadavcích. Příklady jsou uvedeny pro hliníkové slitiny, které mají být keramicky povlečeny, aby se dosáhlo různých strukturních požadavků. Techniky popsané výše byly využity v příkladech 3 a 4.Reference is now made to Table 1, which lists the different types of coating with different requirements. Examples are given for aluminum alloys to be ceramic coated in order to meet various structural requirements. The techniques described above were used in Examples 3 and 4.
o· · · o · ··· • · · · • · · • · · · · • · · · » · • · · · · · • ·· «·· ···o · o · o ··· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Příklad Funkční požadavky Tloušťka v Tvrdost (podle Vickerse) Pórovost Poznámky číslo_Mikrometrech_k a/mnú_póry/cm^_Example Functional Requirements Thickness v Vickers Hardness Porosity Notes micrometer_k_ and / mic_pore / cm ^ _
Podklad pro nátěrový smalt 5-30 1800-2800 50-300 Záměrně vysoká pórovitost ωPrimer for paint enamel 5-30 1800-2800 50-300 Intentionally high porosity ω
o >o>
ro _c >zzro _c> zz
Q.Q.
-ro _c ω-ro _c ω
ID T- -rV V V •<D cID T- -V V V • <D c
Q)Q)
ÍNÍN
ZJ oZJ o
CL ro cCL ro c
E ín □E ín □
oO
CLCL
ΌΌ
CLCL
Έ ><DD> <D
XJXJ
-ro-ro
XJXJ
O <DO <D
W oW o
UΌUΌ
OO
0.0.
ΙΩΙΩ
OO
LOLO
c •ro >c • ro>
roro
N >UCLN> UCL
-<D- <D
M— ωM— ω
oO
E ro oE ro o
ΌΌ
• · • · · · • · · » • · · £1 ··• £ 1 ··
Slitina hliníku známá jako dural s označením slitiny 2014 pro jeho poměr pevnosti k hmotnosti nachází rozšířené použití v konstrukci letadel. Tato slitina byla tudíž použita pro testovací povlak. Tabulka 2 uvádí charakteristiky dosaženého povlaku a získané výsledky.Aluminum alloy known as alloy with alloy designation 2014 for its strength to weight ratio finds widespread use in aircraft construction. Therefore, this alloy was used for the test coating. Table 2 shows the characteristics of the coating obtained and the results obtained.
• «• «
..Μα..· re..Μα .. · re
Ο cΟ c
X oX o
X >X>
st ost o
cC
X ωX ω
oO
-ro re n i— c ZJ <D Q X-ro re n i— c ZJ <D Q X
OO
SdSd
O oO o
co o co CD CD m in o m °co o' v o' ΣΞwhat o what CD CD m in o o o o o 'v o' ΣΞ
LD co oLD what about
co co <sl > I 5what what <sl> I 5
rere
Q_Q_
CN <CN <
* _l* _l
Z3 mZ3 m
<<
X oX o
X oX o
<3 c3 >>, ><3 c3 >>>
o >o>
oO
MUHIM
T oT o
CL gCL g
<U<U
X >!UX>! U
XX
MU gMU g
O }-l o3 <SO} -l o3 <S
OO
N >* >N> *>
ωω
1— >1—>
ΈΈ
Έ >Έ>
4—» ><Λ4— »> <Λ
O □O □
+'05+ '05
L_L_
4—» (Z) .Ω □4— »(Z)
CZ)CZ)
4-» ω4- »ω
o >o>
C • · · *C • · ·
rere
4->4->
O cO c
T3T3
OO
XX
4->4->
O cO c
oO
Φ oΦ o
σ>σ>
cncn
CN co coCN what what
<<<<
E oE o
•o•O
CL oCL o
>o o> o o
Q_ £Q_ £
o oo o
£ «w s£ «w p
TABULKA 2 (pokračování) re >N _OTABLE 2 (continued) re> N _O
OO
0.0.
>, >>,>
ωω
L_ >L_>
Έ '03 >N ω <n03 '03> N ω <n
£ jz o •ž ££ is about
cncn
OO
CC
E iE i
T oT o
CL (/) oCL (/) o
>>
o ιΌo ιΌ
CL ·□CL · □
OO
CL ><DCL> <D
E oE o
i_and_
Ol • ·Ol • ·
Vynález rovněž poskytuje keramicky povlečené kovové výrobky vyrobené podle popsaného způsobu. Jeden příklad takového výrobku je hliníková slitina pístu pro spalovací motor. Druhým příkladem je hliníkový motorový blok pro spalovací motor určený k operaci s minimálním mazáním. Třetím takovým příkladem jsou ochranné desky štítu vesmírné lodi zaměřené na přežití při vstupu do atmosféry. Čtvrtým příkladem je elektrická izolace sloužící také jako tepelná jímka elektronického panelu.The invention also provides ceramic coated metal articles made according to the described process. One example of such a product is an aluminum alloy piston for an internal combustion engine. A second example is an aluminum engine block for an internal combustion engine designed to operate with minimal lubrication. A third such example is the spacecraft shield plates aimed at survival as they enter the atmosphere. A fourth example is electrical insulation that also serves as a heat sink for an electronic panel.
Obr. 3 popisuje přístroj K) pro povlékání předmětů 12 v jednom kroku (první elektroda) vyrobených z kovů pro ventily vybraných ze skupiny sestávající z hliníku, zirkonia, titanu, hafnia a ze slitin těchto kovů. Přístroj 10 má 40 litrovou elektrolytickou vanu 14. zahrnující elektrolytickou tekutinu 16 sestávající z vody a roztoku hydroxidu alkalického kovu. Vana Γ4 je vyrobena z nerez oceli a vytváří druhou elektrodu. K míchání elektrolytu jsou zajištěny míchací prostředky 15.Giant. 3 discloses an apparatus 10 for coating articles 12 in one step (first electrode) made of valve metals selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, hafnium, and alloys thereof. The apparatus 10 has a 40 liter electrolyte bath 14 comprising an electrolyte fluid 16 consisting of water and an alkali metal hydroxide solution. The Γ4 tub is made of stainless steel and creates a second electrode. Agitation means 15 is provided for agitating the electrolyte.
První elektroda se skládá z nejméně jednoho z předmětů 12, který má být povlečen a kondukčního prostředku 18 k upevnění předmětu v elektrolytické tekutině 16.The first electrode comprises at least one of the articles 12 to be coated and a conduction means 18 for fastening the article in the electrolytic fluid 16.
Zdrojem střídavého elektrického proudu o napětí alespoň 700 V je zde transformátor 20 zvyšující napětí na 40 000 V-amp^ zkonstruovaný k odběru až do 800, 900 nebo 1000 V.Here, an AC power source of at least 700 volts is a transformer 20 which increases the voltage to 40,000 volts and is designed to consume up to 800, 900 or 1000 volts.
Kondenzátorová banka 22 má celkovou kapacitanci 375 μΡ a je složena z kondenzátorů s nominální kapacitanci 25, 50, 100 a 200 μΡ. Alternativně mohou být takovými prostředky usměrňovač proudu a obrácený okruh (neukázáno) nebo další prostředky u typu zobrazeného v The Standart Handbook for Electrical Engineers (Fink a Beaty), 12th. Ed., str. 22-96, 22-97.The capacitor bank 22 has a total capacitance of 375 μΡ and consists of capacitors with nominal capacitances of 25, 50, 100 and 200 μΡ. Alternatively, such means may be a rectifier and a reverse circuit (not shown) or other means of the type shown in The Standard Handbook for Electrical Engineers (Fink and Beaty), 12th. Ed., Pp. 22-96, 22-97.
Spojovací elementy 24 také zajišťují úplnost elektrochemického okruhu. Obslužný kontrolní panel 26 je nalevo od vany 14. Nověji bývá obklopena bezpečnostními dveřmi 28. Otevření bezpečnostních dvířek přeruší elektrickou energii.The connecting elements 24 also ensure the completeness of the electrochemical circuit. The control panel 26 is to the left of the bath 14. More recently, it is surrounded by a security door 28. Opening the security door will interrupt the electrical energy.
Dávkovači násypka 30 obsahující sůl, má dávkovači záklopku 32 operující pomocí solenoidu a jsou součástí prostředku k přidávání soli 34 do vany 14 v době kdy je přístroj JO v provozu. Násypka 30 svírá zásobu soli 34, obsahující kationt alkalického kovu a aniont oxokyseliny amorfního prvku. Vhodná sůl 34 je tetrasilikát sodný.The salt-containing dispensing hopper 30 has a dispensing valve 32 operating by a solenoid and is part of the means for adding salt 34 to the bath 14 while the apparatus 10 is in operation. The hopper 30 forms a supply of salt 34 containing an alkali metal cation and an oxo acid anion of the amorphous element. A suitable salt 34 is sodium tetrasilicate.
• · • · · 13..· ’ • · · · · • · · · · ·· ··· · · ·• · • · · 13..· ' • · · · · • · · · · ·· ··· · · ·
Obr. 4 zobrazuje přístroj 36 pro keramické povlékání předmětů 12 ve více následujících krocích. První elektrolytická vana 38 obsahuje elektrolytickou tekutinu 16, kterou je voda a roztok hydroxidu alkalického kovu. Druhá elektrolytická vana 40 obsahuje elektrolytickou tekutinu 42 kterou je voda, roztok hydroxidu alkalického kovu a sůl 34 o nízké koncentraci. Třetí elektrolytická vana 44 obsahuje elektrolytickou tekutinu 46, kterou je voda, roztok hydroxidu alkalického kovu a sůl o vyšší koncentraci než má elektrolyt 42.Giant. 4 shows an apparatus 36 for ceramic coating articles 12 in a number of subsequent steps. The first electrolyte bath 38 comprises an electrolyte fluid 16 which is water and an alkali metal hydroxide solution. The second electrolyte bath 40 comprises an electrolyte fluid 42 which is water, an alkali metal hydroxide solution, and a low concentration salt 34. The third electrolyte bath 44 comprises an electrolyte fluid 46 that is water, an alkali metal hydroxide solution, and a salt of a higher concentration than the electrolyte 42.
Pro zjednodušení může být použit jeden kontejner 48 z nerez oceli opatřený dvěma vertikálními děliči 50 tvořícími elektrodu, které vytvoří vany 38, 40, 44. Druhá elektroda se skládá nejméně z jednoho předmětu 12, který má být povlečen spolu s kondukčními prostředky 18, pomocí nichž se postupně zavěšuje předmět 12 do elektrolytických tekutin J_6, 42,46.For simplicity, one stainless steel container 48 provided with two vertical electrode dividers 50 forming the tubs 38, 40, 44. The second electrode consists of at least one object 12 to be coated with the conduction means 18 by means of which The object 12 is gradually suspended in the electrolytic fluids 16, 42, 46.
Ruční nebo automatické manipulační prostředky 52 umožňují přesun předmětu 12 z první vany 38 do druhé 40 a odtamtud do třetí vany 44.Manual or automatic handling means 52 allow the article 12 to be moved from the first tub 38 to the second 40 and from there to the third tub 44.
V zařízení 36, zůstává elektrolyt během operace v každé vaně v podstatě nezměněn a může být tedy použit opakovaně. Při použití několika elektrolytů, každý s jiným složením, dosahuje povlékání v rychlosti okolo 2,5-4 mikrometrů za minutu.In the device 36, the electrolyte remains substantially unchanged in each tub during operation and can thus be reused. Using several electrolytes, each with a different composition, achieves a coating at a rate of about 2.5-4 microns per minute.
Použité elektrické komponenty jsou stejné, jako jsou popsány výše s odkazem na Obr.The electrical components used are the same as described above with reference to FIG.
3.3.
Je zřejmé, že pro odborníky v oboru není vynález omezen na detaily dříve zmíněných provedení a že může být znázorněn i dalšími specifickými formami v duchu jeho základních vlastností. Uváděná provedení jsou tudíž uvažována ve všech ohledech jako ilustrující a ne omezující. Rozsah vynálezu udávají připojené patentové nároky spíše než předchozí popis a všechny změny, které přicházejí v úvahu, které svým významem rovnocenně spadají do rozsahu patentových nároků, je proto záměrem je do vynálezu zahrnout.It is to be understood that the invention is not limited to the details of the above-mentioned embodiments to those skilled in the art and may be illustrated by other specific forms in the spirit of its essential properties. Accordingly, the disclosed embodiments are considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, and all changes that are contemplated as being equally within the scope of the claims are intended to be included therein.
ts níí-dlts nií-dl
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ19993185A CZ318599A3 (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Process and apparatus for coating metals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ19993185A CZ318599A3 (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Process and apparatus for coating metals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ318599A3 true CZ318599A3 (en) | 2000-08-16 |
Family
ID=5466296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ19993185A CZ318599A3 (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Process and apparatus for coating metals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ318599A3 (en) |
-
1997
- 1997-03-11 CZ CZ19993185A patent/CZ318599A3/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5616229A (en) | Process for coating metals | |
EP2673402B1 (en) | Non-metallic coating and method of its production | |
Dezfuli et al. | Deposition of ceramic nanocomposite coatings by electroplating process: A review of layer-deposition mechanisms and effective parameters on the formation of the coating | |
Devaneyan et al. | Electro co-deposition and characterization of SiC in nickel metal matrix composite coatings on aluminium 7075 | |
Lv et al. | Effect of different electrolytes in micro-arc oxidation on corrosion and tribological performance of 7075 aluminum alloy | |
US6893551B2 (en) | Process for forming coatings on metallic bodies and an apparatus for carrying out the process | |
RU2149929C1 (en) | Process of microplasma electrolytic machining of surface of current-conducting materials | |
SK121099A3 (en) | Process and apparatus for coating metals | |
CZ318599A3 (en) | Process and apparatus for coating metals | |
WO2017070780A1 (en) | Electrolytic process and apparatus for the surface treatment of non-ferrous metals | |
WO2021215962A1 (en) | Method for applying a coating to items made from valve metal and alloy thereof | |
EP0867530B1 (en) | Process and apparatus for coating metals | |
JP2000248398A (en) | Production of surface treated steel sheet and surface treated steel sheet | |
JP6098763B2 (en) | Sn-plated steel sheet, chemical conversion-treated steel sheet, and production methods thereof | |
RU2773545C1 (en) | Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chrome smooth coating | |
RU2771409C1 (en) | Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method | |
KR20000076300A (en) | Process and apparatus for coating metals | |
TWI224633B (en) | Surface treatment method for hot-dip galvanized steel by micro-electric-arc plasma oxidation | |
RU2324771C1 (en) | Method of electrolytic microplasmous coating application on conductive part | |
CN1253597A (en) | Process and apparatus for coating metals | |
WO1999045177A2 (en) | Anodic spark coating | |
LT4651B (en) | Process and apparatus for coating metals | |
KR20230041745A (en) | Methods and Systems for Forming Multilayer Zinc Alloy Coatings and Metal Articles | |
JP2000226690A (en) | Production of surface treated metallic sheet for coating substrate and surface treated metallic sheet for coating substrate | |
RU2360043C1 (en) | Method of steel coating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic |