RU2543659C1 - Method for production of composite metal-ceramic coating at valve metals and their alloys - Google Patents
Method for production of composite metal-ceramic coating at valve metals and their alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2543659C1 RU2543659C1 RU2013140537/02A RU2013140537A RU2543659C1 RU 2543659 C1 RU2543659 C1 RU 2543659C1 RU 2013140537/02 A RU2013140537/02 A RU 2013140537/02A RU 2013140537 A RU2013140537 A RU 2013140537A RU 2543659 C1 RU2543659 C1 RU 2543659C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- nickel
- substrate
- solution
- metal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электролитического нанесения покрытий с помощью химических реакций на поверхности, например, формирования преобразованных слоев, а именно к процессам микроплазменного оксидирования вентильных металлов и может быть использовано для получения функциональных покрытий, в том числе электропроводных покрытий в электронике и микроэлектронике.The invention relates to the field of electrolytic coating using chemical reactions on the surface, for example, the formation of transformed layers, namely, microplasma oxidation of valve metals and can be used to obtain functional coatings, including conductive coatings in electronics and microelectronics.
В Международной заявке WO 0112883 A1 («ISLE COAT LTD» [GB]; SHATROV ALEXANDR SERGEEVICH [RU]) «LIGHT ALLOY-BASED COMPOSITE PROTECTIVE MULTIFUNCTION COATING» раскрыто композитное защитное многофункциональное покрытие, содержащее легкие металлы и их сплавы (Al, Mg, Ti, Nb, Al-Ti, Al-Be, Ti-Nb), состоящее из керамического слоя твердого и устойчивого оксида, представляющего собой форму матрицы и наполнение пор матрицы (размер диаметра пор - от нескольких десятков нанометров до нескольких микрон) веществами, имеющими функциональное назначение. Функциональные вещества выбирают из группы металлов (Ni, Cu, Co, Fe, Cr, Mo, Ti, Al, Sb, Ag, Zn, Cd, Pb, Sn, Bi, Zn, Ga) и/или соединений металлов (карбиды, оксиды, нитриды, бориды, силициды металлов IV-VI групп Периодической таблицы элементов) или их смеси. Для получения матрицы с открытой пористостью - 10-20% (идеальная матрица для создания композиционного покрытия) использовали электролитно-плазменное оксидирование, а потом осуществляли введение в поры веществ, улучшающих прочность, твердость и устойчивость к износу и коррозии, а также пластичность и сопротивление динамическим контактным нагрузкам и вибрации. Затем осуществляли механическую обработку. В описании примера приведены режимы получения матрицы: фосфатно-силикатный электролит (pH 11), анодно-катодный режим при плотности тока 20 А/дм2, амплитуды финального напряжения: анод - 600 В, катод - 190 В. Толщина покрытия - 120 мкм, открытая пористость - 20%. В дальнейшем образец с покрытием был подвергнут химическому осаждению никеля и затем полированию. Глубина проникновения никеля после полирования составила 10 мкм. В примере 4 проводили электролитно-плазменное анодирование титана в алюминат-сульфатном электролите. Плотность тока составила 50 А/дм2, напряжение на аноде 550 В, на катоде 120 В. Открытая пористость - 12%. В примере 5 показана возможность формирования матрицы на магниевом сплаве. Использовали алюминат-фторидный электролит. Плотность тока составила 8 А/дм2, напряжение на аноде 480 В, на катоде 110 В, открытая пористость - 25%.WO 0112883 A1 (“ISLE COAT LTD” [GB]; SHATROV ALEXANDR SERGEEVICH [RU]) “LIGHT ALLOY-BASED COMPOSITE PROTECTIVE MULTIFUNCTION COATING” discloses a composite protective multifunctional coating containing light metals and their alloys (Al, Mg, Ti, Nb, Al-Ti, Al-Be, Ti-Nb), consisting of a ceramic layer of solid and stable oxide, which is the shape of the matrix and filling the pores of the matrix (pore diameter from several tens of nanometers to several microns) with substances having functional purpose. Functional substances are selected from the group of metals (Ni, Cu, Co, Fe, Cr, Mo, Ti, Al, Sb, Ag, Zn, Cd, Pb, Sn, Bi, Zn, Ga) and / or metal compounds (carbides, oxides , nitrides, borides, silicides of metals of groups IV-VI of the Periodic Table of the Elements) or mixtures thereof. To obtain a matrix with an open porosity of 10-20% (an ideal matrix for creating a composite coating), electrolyte-plasma oxidation was used, and then substances were introduced into the pores that improve the strength, hardness and resistance to wear and corrosion, as well as ductility and resistance to dynamic contact loads and vibration. Then carried out a machining. In the description of the example, the matrix production modes are given: phosphate-silicate electrolyte (pH 11), anode-cathode mode at a current density of 20 A / dm 2 , final voltage amplitudes: anode - 600 V, cathode - 190 V. Coating thickness - 120 μm, open porosity - 20%. Subsequently, the coated sample was subjected to chemical deposition of nickel and then polished. The nickel penetration depth after polishing was 10 μm. In Example 4, electrolyte-plasma anodizing of titanium in an aluminate-sulfate electrolyte was performed. The current density was 50 A / dm 2 , the voltage at the anode was 550 V, at the cathode 120 V. The open porosity was 12%. Example 5 shows the possibility of forming a matrix on a magnesium alloy. Aluminate fluoride electrolyte was used. The current density was 8 A / dm 2 , the voltage at the anode was 480 V, at the cathode 110 V, the open porosity was 25%.
Использование постоянного задающего напряжения или задающего анодно-катодного напряжения приводит к большим расходам электроэнергии, нагреву электролита, малой поверхности обработки и, самое главное, к высокой шероховатости детали. Для дальнейшего использования детали необходима последующая механическая обработка. И только после этого приступают к осаждению никеля и последующей полировке. Механическая обработка является трудоемкой операцией, причем для ряда деталей сложной формы выполнение такой обработки не представляется возможным.The use of a constant reference voltage or a reference anode-cathode voltage leads to high energy consumption, heating of the electrolyte, a small processing surface and, most importantly, to a high roughness of the part. For further use of the part, subsequent machining is necessary. And only after that they begin to precipitate nickel and subsequent polishing. Machining is a time-consuming operation, and for a number of parts of complex shape, the implementation of such processing is not possible.
В российском патенте RU 2250937 C1 («Пензенский Государственный Университет» (RU)) раскрыт способ получения покрытий, который включает в себя микродуговое оксидирование изделий из магния, алюминия, титана, циркония, ниобия, тантала и их сплавов в щелочных или кислотных электролитах с формированием покрытий на основе керамических, полимерных, металлических, стекловидных, керамико-металлических, керамико-полимерных, керамико-стекловидных порошковых частиц, равномерно перемещаемых в растворе электролита у покрываемой поверхности изделий и имеющих температуру плавления, не превышающую температуру микродуговых разрядов, при этом размер частиц не должен превосходить 5 мкм, а их доля - 0,5-5% от массы электролита. В качестве частиц порошка при формировании покрытий использовали:Russian patent RU 2250937 C1 (Penza State University (RU)) discloses a method for producing coatings, which includes microarc oxidation of products from magnesium, aluminum, titanium, zirconium, niobium, tantalum and their alloys in alkaline or acid electrolytes with the formation of coatings based on ceramic, polymer, metal, glassy, ceramic-metal, ceramic-polymer, ceramic-glassy powder particles uniformly moving in an electrolyte solution near the coated surface of the products and have their melting temperature not exceeding the temperature microarc bits, wherein the particle size should not exceed 5 microns and the proportion - 0.5-5% by weight of the electrolyte. As powder particles in the formation of coatings used:
- керамические (фарфор, ситаллы на основе титаната бария, стеатитовая керамика на основе силиката магния, форстеритовая керамика на основе ортосиликата магния, циркон, фторированный углерод);- ceramic (porcelain, barium titanate-based ceramic, steatite-based magnesium silicate, forsterite-based magnesium orthosilicate, zircon, fluorinated carbon);
- полимерные (поливинилбутираль, полиэтилен низкого давления, полиамиды);- polymer (polyvinyl butyral, low pressure polyethylene, polyamides);
- металлические (никель, алюминий, титан, медь);- metal (nickel, aluminum, titanium, copper);
- стекловидные (стекло листовое техническое, кварцевое, устойчивое аппаратное, "мазда", "пирекс");- glassy (glass sheet technical, quartz, stable hardware, Mazda, Pyrex);
- керамико-металлические (никель и фарфор, алюминий и углерод);- ceramic-metal (nickel and porcelain, aluminum and carbon);
- керамико-полимерные (фтористый углерод и поливинилбутираль, полиамиды и фарфор);- ceramic-polymer (carbon fluoride and polyvinyl butyral, polyamides and porcelain);
- керамико-стекловидные (стекло техническое и углерод, фарфор и фторированный углерод).- ceramic-glassy (technical glass and carbon, porcelain and fluorinated carbon).
Композиционные покрытия, получаемые с использованием электролитов, содержащих порошки, известны ранее и в данной работе этот прием приводит к формированию композитного покрытия. Однако введение порошков в состав электролитов микроплазменного оксидирования приводит к усложнению процесса. Низкотемпературные порошки могут исчезать в процессе дуговых разрядов, что приводит к загрязнению электролита. Кроме того, введение значимых количеств материала из порошков в состав покрытия требует длительного ведения процесса. В патентах приводятся результаты кратковременного использования разрабатываемых электролитов, как правило, ресурс таких электролитов мал.Composite coatings obtained using electrolytes containing powders are known earlier and in this work this technique leads to the formation of a composite coating. However, the introduction of powders into the electrolytes of microplasma oxidation leads to a complication of the process. Low-temperature powders can disappear in the process of arc discharges, which leads to contamination of the electrolyte. In addition, the introduction of significant quantities of material from the powders into the coating composition requires a lengthy process. The patents give the results of short-term use of the developed electrolytes, as a rule, the resource of such electrolytes is small.
В патенте США US 6875334 В (опубл. 05.04.2005) раскрывается метод и композиция для введения никеля в состав покрытия на отдельных его участках для получения электропроводного покрытия, особенно на магнии. Сначала осуществляют анодирование, при этом его проводят при условиях либо исключающих искрообразование, либо при искрообразовании в водном растворе, включающем гидроксиламин, фосфат-анионы, неионогенные ПАВ и гидроксиды щелочных металлов, а затем осуществляют электрохимический процесс во втором составе электролита, который является водным раствором, включающим двухвалентный никель.In US patent US 6875334 B (publ. 05.04.2005) discloses a method and composition for introducing Nickel into the coating composition in its individual sections to obtain an electrically conductive coating, especially on magnesium. First, anodization is carried out, while it is carried out under conditions that either exclude sparking, or when sparking in an aqueous solution including hydroxylamine, phosphate anions, nonionic surfactants and alkali metal hydroxides, and then carry out the electrochemical process in the second composition of the electrolyte, which is an aqueous solution, including divalent nickel.
Химическое никелирование, выполненное после получения керамической матрицы, не обеспечивает достаточной глубины проникновения металла и его надежного сцепления с матрицей.Chemical nickel plating, performed after obtaining a ceramic matrix, does not provide a sufficient depth of penetration of the metal and its reliable adhesion to the matrix.
Задачей изобретения является разработка технологии, позволяющей формировать композиционные функциональные металлокерамические неорганические слои, обладающие поверхностной электропроводностью с использованием метода микроплазменного оксидирования (микродуговой обработки в растворах электролитов).The objective of the invention is to develop a technology that allows the formation of composite functional metal-ceramic inorganic layers with surface conductivity using the method of microplasma oxidation (microarc treatment in electrolyte solutions).
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ получения композиционного металлокерамического покрытия на вентильных металлах и их сплавах, преимущественно на подложке, выполненной из алюминия, магния, титана, циркония и их сплавов, включает следующие шаги:The problem is achieved in that the proposed method for producing a composite cermet coating on valve metals and their alloys, mainly on a substrate made of aluminum, magnesium, titanium, zirconium and their alloys, includes the following steps:
- на первом этапе формирование на подложке тонкого керамического подслоя толщиной от 7 до 12 мкм преимущественно путем микроплазменного оксидирования в водном растворе электролита;- at the first stage, the formation on the substrate of a thin ceramic sublayer with a thickness of 7 to 12 μm, mainly by microplasma oxidation in an aqueous electrolyte solution;
- на втором этапе последующее формирование на сформированном на первом этапе подслое пористого керамического покрытия требуемой толщины, содержащего соединения меди и/или никеля, путем микроплазменного оксидирования в водном растворе электролита;- at the second stage, the subsequent formation on the sublayer formed at the first stage of the porous ceramic coating of the required thickness containing copper and / or nickel compounds by microplasma oxidation in an aqueous electrolyte solution;
- и, дополнительно, на третьем этапе выполнение операции восстановления меди и/или никеля до металла из их соединений для формирования в пористом керамическом покрытии, полученном на втором этапе, металлической фазы.- and, additionally, in the third stage, the operation of reducing copper and / or nickel to metal from their compounds to form in the porous ceramic coating obtained in the second stage, the metal phase.
Кроме того, на первом этапе для получения тонкого керамического подслоя подложку размещают в первом растворе электролита в качестве одного из электродов - анода и между анодом и катодом, также помещенным в раствор электролита, и прикладывают импульсы напряжения, имеющие, по существу, трапециевидную форму с амплитудой 100-1000 В и длительностью 50-500 мкс, предпочтительно, 200-600 мкс и, наиболее предпочтительно, 300-450 мкс.In addition, at the first stage, to obtain a thin ceramic sublayer, the substrate is placed in the first electrolyte solution as one of the electrodes — the anode and between the anode and cathode, also placed in the electrolyte solution, and voltage pulses are applied that have a substantially trapezoidal shape with amplitude 100-1000 V and a duration of 50-500 μs, preferably 200-600 μs and, most preferably, 300-450 μs.
Предпочтительно, что первый раствор представляет собой водный раствор, содержащий от 10 до 40 г/л водорастворимых фосфатов и/или гидрофосфатов и/или фосфорной кислоты и/или от 2 до 20 г/л водорастворимых фторидов и/или от 10 до 20 г/л тетраборатов щелочных металлов и/или борной кислоты и/или от 10 до 60 г/л водорастворимых метасиликатов и/или от 1 до 20 г/л растворимых гидроксидов щелочных металлов.Preferably, the first solution is an aqueous solution containing from 10 to 40 g / l of water-soluble phosphates and / or hydrophosphates and / or phosphoric acid and / or from 2 to 20 g / l of water-soluble fluorides and / or from 10 to 20 g / l of alkali metal tetraborates and / or boric acid and / or 10 to 60 g / l of water-soluble metasilicates and / or 1 to 20 g / l of soluble alkali metal hydroxides.
Кроме того, на втором этапе осуществляют размещение подложки, содержащей тонкий керамический слой, сформированный в первом растворе электролита, в качестве одного из электродов - анода во втором растворе электролита, и прикладывают импульсы напряжения, имеющие, по существу, трапециевидную форму, с амплитудой до 500 В и длительностью 50-300 мкс между обрабатываемой подложкой и помещенным в тот же раствор катодом.In addition, at the second stage, the substrate is placed, containing a thin ceramic layer formed in the first electrolyte solution, as one of the electrodes — the anode in the second electrolyte solution, and voltage pulses having a substantially trapezoidal shape with an amplitude of up to 500 are applied In and with a duration of 50-300 μs between the treated substrate and the cathode placed in the same solution.
Предпочтительно, что второй раствор для формирования пористого керамического покрытия, состоящего преимущественно из оксидов материала основы и дополнительно оксидов меди и/или никеля, аналогичен первому раствору и дополнительно содержит водорастворимые соединения меди и/или никеля.Preferably, the second solution for forming a porous ceramic coating, consisting mainly of oxides of the base material and optionally oxides of copper and / or nickel, is similar to the first solution and further comprises water-soluble compounds of copper and / or nickel.
Кроме того, концентрация водорастворимых соединений меди и/или никеля во втором растворе электролита составляет от 2 до 50 г/л.In addition, the concentration of water-soluble compounds of copper and / or nickel in the second electrolyte solution is from 2 to 50 g / l.
Предпочтительно, что медь или никель в упомянутом соединении присутствуют в виде комплексного аниона.Preferably, copper or nickel in said compound is present as a complex anion.
Кроме того, используют соединения меди и/или никеля, в которых вводимый металл присутствует в виде комплексного аниона.In addition, copper and / or nickel compounds are used in which the metal to be introduced is present as a complex anion.
При этом упомянутое соединение меди выбирают из группы соединений, состоящей из тетрацианокупрата калия (K3[Cu(CH)4]), тетрацианокупрата натрия (Na3[Cu(CN)4]), пирофосфата меди (Cu2P2O7).Moreover, said copper compound is selected from the group of compounds consisting of potassium tetracyano cuprate (K 3 [Cu (CH) 4 ]), sodium tetracyano cuprate (Na 3 [Cu (CN) 4 ]), copper pyrophosphate (Cu 2 P 2 O 7 ) .
При этом для получения соединения меди, включающего комплексный медьсодержащий анион, пирофосфат меди предварительно растворяют в растворе пирофосфата калия.Moreover, to obtain a copper compound, including a complex copper-containing anion, copper pyrophosphate is previously dissolved in a solution of potassium pyrophosphate.
Кроме того, комплексный медь- или никельсодержащий анион может быть получен смешиванием водного раствора соли меди или никеля и комплексообразователя.In addition, a complex copper or nickel-containing anion can be obtained by mixing an aqueous solution of a copper or nickel salt and a complexing agent.
В качестве упомянутого соединения никеля используют гексацианоникелат калия (K4[Ni2(CN)6]).Potassium hexacyanonicelate (K 4 [Ni 2 (CN) 6 ]) is used as the nickel compound mentioned.
Для формирования на третьем этапе металлической фазы в порах керамического покрытия из соединений меди и/или никеля осуществляют их восстановление.To form a metal phase in the third stage in the pores of the ceramic coating of copper and / or nickel compounds, they are reduced.
Восстановление осуществляют либо размещением подложки в камере, содержащей пары восстановителя, либо путем продувки газообразным восстановителем.The recovery is carried out either by placing the substrate in a chamber containing a pair of reducing agent, or by purging with a gaseous reducing agent.
На первом этапе происходит очистка поверхности обрабатываемой подложки и формирование керамического слоя, состоящего преимущественно из оксидов материала подложки.At the first stage, the surface of the processed substrate is cleaned and a ceramic layer is formed, consisting mainly of oxides of the substrate material.
Продолжительность первого этапа определяется видом материала основы и составом используемого электролита.The duration of the first stage is determined by the type of base material and the composition of the electrolyte used.
Процесс на втором этапе ведут до достижения требуемой толщины покрытия в условиях существования в месте контакта обрабатываемой подложки с раствором электролита микроплазменных разрядов.The process at the second stage is carried out until the required coating thickness is achieved under conditions of the existence of microplasma discharges in the place of contact of the treated substrate with the electrolyte solution.
В течение второго этапа происходит формирование слоя, состоящего из оксидов материала основы и других кислородсодержащих соединений элементов основы и составляющих раствора для микроплазменного оксидирования и оксидов вводимых металлов (меди и/или никеля). Подслой, полученный на первом этапе, растет, и вместе с ним осаждаются оксиды меди и/или никеля.During the second stage, a layer is formed consisting of oxides of the base material and other oxygen-containing compounds of the base elements and the components of the solution for microplasma oxidation and oxides of introduced metals (copper and / or nickel). The sublayer obtained in the first stage grows, and copper and / or nickel oxides precipitate with it.
На третьем этапе восстановитель выбирают из группы, состоящей из монооксида углерода, водорода, метанола, этанола, природного газа, аммиака или их смеси.In a third step, the reducing agent is selected from the group consisting of carbon monoxide, hydrogen, methanol, ethanol, natural gas, ammonia, or a mixture thereof.
Сродство меди/никеля к кислороду достаточно мало, поэтому эти элементы легко восстанавливаются из оксидов до металлического состояния:The affinity of copper / nickel to oxygen is quite small, therefore, these elements are easily reduced from oxides to a metallic state:
CuO+CO→Cu+CO2.CuO + CO → Cu + CO 2 .
NiO+H2→Ni+H2O.NiO + H 2 → Ni + H 2 O.
При этом оксиды материала основы не восстанавливаются. В результате формируется композиционный металлокерамический материал, в котором металлическая фаза диспергирована в керамической матрице по всей глубине пор и имеет с ней плотное сцепление.In this case, the oxides of the base material are not reduced. As a result, a composite cermet material is formed in which the metal phase is dispersed in the ceramic matrix over the entire pore depth and has tight adhesion with it.
Для увеличения сплошности металлической фазы и увеличения электропроводности покрытия дополнительно может быть проведена операция нанесения медного покрытия любым из известных методов.To increase the continuity of the metal phase and increase the electrical conductivity of the coating, an operation of applying a copper coating by any of the known methods can be additionally carried out.
При этом уже введенный металл будет играть роль центров кристаллизации и автокатализа, что существенно увеличит скорость процесса. При этом дополнительно вводимый металл будет заполнять металлокерамическую матрицу по всей глубине пор.Moreover, the already introduced metal will play the role of crystallization and autocatalysis centers, which will significantly increase the speed of the process. In this case, the additionally introduced metal will fill the cermet matrix throughout the entire pore depth.
Использование меди в качестве модификатора керамической поверхности является наиболее предпочтительным исходя из ее высокой электропроводности.The use of copper as a modifier of a ceramic surface is most preferable based on its high electrical conductivity.
В дальнейшем изобретение поясняется графическими материалами и примерами его конкретного выполнения.The invention is further illustrated by graphic materials and examples of its specific implementation.
На фиг.1 представлена микрофотография поверхности образца подложки, изготовленной из сплава алюминия Д16 с нанесенным металлокерамическим покрытием после дополнительного электрохимического никелирования.Figure 1 presents a micrograph of the surface of a sample of a substrate made of an aluminum alloy D16 coated with a cermet coating after additional electrochemical nickel plating.
На фиг.2 представлена микрофотография поверхности образца подложки, изготовленной из сплава титана ВТ1-0 с нанесенным керамическим подслоем (после первого этапа обработки).Figure 2 presents a photomicrograph of the surface of a sample of a substrate made of VT1-0 titanium alloy with a deposited ceramic sublayer (after the first processing step).
На фиг.3 представлена микрофотография поверхности образца подложки, изготовленной из сплава титана ВТ1-0 с нанесенным керамическим покрытием (после третьего этапа обработки).Figure 3 presents a micrograph of the surface of a sample of a substrate made of a VT1-0 titanium alloy coated with a ceramic coating (after the third processing step).
Пример 1.Example 1
Образец (в виде таблетки с диаметром 30 мм и толщиной 4 мм), изготовленный из сплава алюминия Д16, на 2 минуты помещался в 5% раствор карбоната натрия при температуре 60°C. Затем образец осветлялся в концентрированной азотной кислоте путем окунания. После промывки в дистиллированной воде образец переносился в ванну с раствором электролита для микроплазменного оксидирования: водный раствор, содержащий 40 г/л гидрофосфата натрия и 20 г/л фторида калия, остальное - дистиллированная вода.A sample (in the form of a tablet with a diameter of 30 mm and a thickness of 4 mm) made of an aluminum alloy D16 was placed in a 5% solution of sodium carbonate at a temperature of 60 ° C for 2 minutes. Then the sample was clarified in concentrated nitric acid by dipping. After washing in distilled water, the sample was transferred to a bath with an electrolyte solution for microplasma oxidation: an aqueous solution containing 40 g / l sodium hydrogen phosphate and 20 g / l potassium fluoride, the rest was distilled water.
Образец подключался к положительному полюсу источника питания; катодом, подключенным к отрицательному полюсу источника питания, служила ванна, изготовленная из нержавеющей стали.The sample was connected to the positive pole of the power source; the cathode connected to the negative pole of the power source was a bath made of stainless steel.
Образец обрабатывался при пропускании импульсного тока следующих параметров: амплитуда напряжения импульсов - 400 В, длительность импульсов - 300 мкс, пауза между анодной и катодной составляющей импульса - 600 мкс, длительность обработки - 10 минут.The sample was processed by passing the pulse current of the following parameters: pulse voltage amplitude - 400 V, pulse duration - 300 μs, pause between the anode and cathode component of the pulse - 600 μs, processing time - 10 minutes.
В результате на поверхности образца был сформирован керамический слой толщиной около 10 мкм, состоящий преимущественно из γ-Al2O3.As a result, a ceramic layer about 10 μm thick was formed on the surface of the sample, consisting predominantly of γ-Al 2 O 3 .
На втором этапе к раствору для микроплазменного оксидирования добавляли пирофосфат меди из расчета 15 грамм на литр раствора при pH раствора 8-9. Перед добавлением в раствор к навеске пирофосфата меди приливался концентрированный раствор пирофосфата калия до полного растворения осадка.At the second stage, copper pyrophosphate was added to the solution for microplasma oxidation at the rate of 15 grams per liter of solution at a solution pH of 8–9. Before adding copper pyrophosphate to the sample, a concentrated potassium pyrophosphate solution was poured into the solution until the precipitate was completely dissolved.
Схема подключения к источнику питания была такой же, как на первом этапе. Образец обрабатывался при пропускании импульсного тока следующих параметров: амплитуда напряжения импульсов - 300 В, длительность импульсов 100 мкс, пауза между анодной и катодной составляющей импульса - 600 мкс, длительность обработки - 25 минут. Затем образец вынимали из раствора, промывали дистиллированной водой и высушивали.The connection scheme to the power source was the same as in the first stage. The sample was processed by passing the pulse current of the following parameters: pulse voltage amplitude - 300 V, pulse duration 100 μs, pause between the anode and cathode component of the pulse - 600 μs, processing time - 25 minutes. Then the sample was removed from the solution, washed with distilled water and dried.
В результате на поверхности образца был сформирован керамический слой толщиной около 25 мкм, состоящий преимущественно из γ-Al2O3 с включениями оксида меди (II).As a result, a ceramic layer with a thickness of about 25 μm was formed on the surface of the sample, consisting mainly of γ-Al 2 O 3 with inclusions of copper (II) oxide.
На третьем этапе деталь помещали в камеру и под давлением 300 кПа при температуре 120°C продували монооксидом углерода в течение 15 минут.In the third stage, the part was placed in a chamber and under a pressure of 300 kPa at a temperature of 120 ° C was purged with carbon monoxide for 15 minutes.
В результате на поверхности образца был сформирован композиционный металлооксидный слой, в котором металлическая фаза меди диспергирована в керамической матрице, состоящей в основном из аморфного оксида алюминия, и имеет с ней плотное сцепление.As a result, a composite metal oxide layer was formed on the surface of the sample, in which the metallic phase of copper is dispersed in a ceramic matrix, which consists mainly of amorphous alumina, and has tight adhesion with it.
Для увеличения сплошности покрытия и микротвердости проводящего слоя на следующем этапе проводилось электрохимическое никелирование. Для этого использовали электролит состава: 200 г/л семиводного сульфата никеля, 10 г/л хлорида натрия, 30 г/л борной кислоты. Плотность тока составляла 2 А/дм2. Образец служил катодом. Микротвердость поверхностного никелевого слоя составила 2 ГПа при переходном (контактном) электрическом сопротивлении 5,6 мОм. Микрофотография поверхности показана на фиг.1.To increase the continuity of the coating and the microhardness of the conductive layer, electrochemical nickel plating was carried out at the next stage. For this, an electrolyte of the composition was used: 200 g / l of nickel heptahydrate, 10 g / l of sodium chloride, 30 g / l of boric acid. The current density was 2 A / dm 2 . The sample served as a cathode. The microhardness of the surface nickel layer was 2 GPa with a transition (contact) electrical resistance of 5.6 mOhm. A micrograph of the surface is shown in FIG.
Пример 2.Example 2
Образец с размерами, как в примере 1, изготовленный из сплава титана ВТ1-0, на 2 минуты помещался в 5% раствор бифторида аммония при температуре 25°C. После промывки в дистиллированной воде образец переносился в ванну с раствором электролита для микроплазменного оксидирования и подключался к источнику питания, как описано в примере 1. Раствор для микроплазменного оксидирования - гидрофосфат натрия Na2HPO4 - 30 г/л; фторид натрия NaF - 2 г/л, борная кислота H3BO3 - 10 г/л, остальное - дистиллированная вода. Образец обрабатывался при пропускании импульсного тока с параметрами, как в примере 1. Длительность обработки на первом этапе - 0,5 минут.A sample with the dimensions as in Example 1, made of VT1-0 titanium alloy, was placed in a 5% solution of ammonium bifluoride at a temperature of 25 ° C for 2 minutes. After washing in distilled water, the sample was transferred to a bath with an electrolyte solution for microplasma oxidation and connected to a power source, as described in example 1. A solution for microplasma oxidation — sodium hydrogen phosphate Na 2 HPO 4 —30 g / l; sodium fluoride NaF - 2 g / l, boric acid H 3 BO 3 - 10 g / l, the rest is distilled water. The sample was processed by passing a pulse current with parameters, as in example 1. The processing time at the first stage was 0.5 minutes.
В результате на поверхности образца был сформирован пористый керамический слой толщиной около 12 мкм, состоящий преимущественно из анатаза (фиг.2).As a result, a porous ceramic layer with a thickness of about 12 μm, consisting mainly of anatase, was formed on the surface of the sample (Fig. 2).
На втором этапе к раствору для микроплазменного оксидирования добавлялся ацетат меди Cu(CH3COO)2 из расчета 50 г/л и этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевой соли дигидрат из расчета 40 г/л.At the second stage, copper acetate Cu (CH 3 COO) 2 at the rate of 50 g / L and ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt at the rate of 40 g / L were added to the solution for microplasma oxidation.
Схема подключения к источнику питания была такой же, как на первом этапе. Образец обрабатывался при пропускании импульсного тока с теми же параметрами, что и на первом этапе. Затем образец вынимали из раствора, промывали дистиллированной водой и высушивали.The connection scheme to the power source was the same as in the first stage. The sample was processed by passing a pulse current with the same parameters as in the first stage. Then the sample was removed from the solution, washed with distilled water and dried.
В результате на поверхности образца был сформирован керамический слой толщиной около 50 мкм, состоящий из анатаза с включениями оксида меди (II).As a result, a ceramic layer about 50 μm thick was formed on the surface of the sample, consisting of anatase with copper (II) oxide inclusions.
Процесс восстановления меди в керамическом материале до металлического состояния проводили, как описано в примере 1.The process of reducing copper in a ceramic material to a metallic state was carried out as described in example 1.
В результате на поверхности титанового образца был сформирован композиционный металлооксидный слой, в котором металлическая фаза меди диспергирована в керамической матрице (на поверхности и в порах), состоящей преимущественно из анатаза (фиг.3). Переходное электрическое сопротивление образца составило 12 мОм.As a result, a composite metal oxide layer was formed on the surface of the titanium sample, in which the metallic phase of copper was dispersed in a ceramic matrix (on the surface and in the pores), consisting mainly of anatase (Fig. 3). Transient electrical resistance of the sample was 12 mOhm.
Пример 3.Example 3
Образец с размерами, как в примере 1, изготовленный из сплава циркония Э110, подготавливался, как описано в примере 2. Раствором для микроплазменного оксидирования служил водный раствор, содержащий 60 г/л Na2SiO3·9H2O, 1 г/л гидроксида калия. Образец подключался к положительному полюсу источника питания; катодом, подключенным к отрицательному полюсу источника питания, служила ванна, изготовленная из нержавеющей стали. Образец обрабатывался при пропускании импульсного тока следующих параметров: амплитуда напряжения импульсов - 600 В, длительность импульсов - 400 мкс, пауза между анодной и катодной составляющей импульса - 600 мкс, длительность обработки на первом этапе - 0,5 минут.A sample with dimensions as in Example 1, made of an alloy of zirconium E110, was prepared as described in Example 2. An aqueous solution containing 60 g / L Na 2 SiO 3 · 9H 2 O, 1 g / L hydroxide was used as a solution for microplasma oxidation. potassium. The sample was connected to the positive pole of the power source; the cathode connected to the negative pole of the power source was a bath made of stainless steel. The sample was processed by passing the pulse current of the following parameters: pulse voltage amplitude - 600 V, pulse duration - 400 μs, pause between the anode and cathode component of the pulse - 600 μs, processing time at the first stage - 0.5 minutes.
В результате на поверхности образца был сформирован керамический слой толщиной около 12 мкм, состоящий преимущественно из оксидов циркония и циркона.As a result, a ceramic layer about 12 μm thick was formed on the surface of the sample, consisting mainly of zirconium and zircon oxides.
На втором этапе к раствору для микроплазменного оксидирования добавлялся гексацианоникелат калия из расчета 10 г/л.At the second stage, potassium hexacyanone nickelate was added to the solution for microplasma oxidation at the rate of 10 g / L.
Образец на втором этапе обрабатывался при пропускании импульсного тока следующих параметров: амплитуда напряжения импульсов - 400 В, длительность импульсов - 200 мкс, пауза между анодной и катодной составляющей импульса - 600 мкс, длительность обработки - 15 минут.At the second stage, the sample was processed by passing the pulse current of the following parameters: pulse voltage amplitude - 400 V, pulse duration - 200 μs, pause between the anode and cathode component of the pulse - 600 μs, processing time - 15 minutes.
В результате на поверхности образца был сформирован керамический слой, состоящий преимущественно из оксидов циркония и циркона с включениями оксида никеля.As a result, a ceramic layer was formed on the surface of the sample, consisting mainly of zirconium and zircon oxides with inclusions of nickel oxide.
На третьем этапе процесс восстановления никеля в керамическом материале до металлического состояния проводили путем обработки водородом при температуре 400°C.At the third stage, the process of reducing nickel in a ceramic material to a metallic state was carried out by treatment with hydrogen at a temperature of 400 ° C.
Для увеличения сплошности металлического слоя дополнительно проводилось химическое никелирование в растворе на основе хлорида никеля и гипофосфита натрия.To increase the continuity of the metal layer, chemical nickel plating was additionally carried out in a solution based on nickel chloride and sodium hypophosphite.
В результате на поверхности циркониевого образца был сформирован композиционный металлооксидный слой, в котором металлическая фаза никеля диспергирована в керамической матрице, состоящей преимущественно из оксидов циркония и циркона. Переходное электрическое сопротивление образца составило 8,6 мОм.As a result, a composite metal oxide layer was formed on the surface of the zirconium sample, in which the metallic phase of nickel was dispersed in a ceramic matrix consisting mainly of zirconium and zircon oxides. The transient electrical resistance of the sample was 8.6 mOhm.
Пример 4.Example 4
Образец, изготовленный из сплава магния МА2-1, на 10 минут помещался в раствор фосфата натрия и фторида натрия при температуре 50°C. После промывки в дистиллированной воде образец переносился в ванну с раствором для микроплазменного оксидирования и подключался к источнику питания, как описано в примере 1. Раствор для микроплазменного оксидирования представлял собой водный раствор, содержащий 4 г/л гидроксида калия, 20 г/л тетрабората натрия Na2B4O7 и 12 г/л фторида калия, остальное - дистиллированная вода.A sample made of MA2-1 magnesium alloy was placed in a solution of sodium phosphate and sodium fluoride at a temperature of 50 ° C for 10 minutes. After washing in distilled water, the sample was transferred to a bath with a solution for microplasma oxidation and connected to a power source, as described in example 1. The solution for microplasma oxidation was an aqueous solution containing 4 g / l potassium hydroxide, 20 g / l sodium tetraborate Na 2 B 4 O 7 and 12 g / l potassium fluoride, the rest is distilled water.
Образец обрабатывался при пропускании импульсного тока следующих параметров: амплитуда напряжения импульсов - 300 В, длительность импульсов - 500 мкс, пауза между анодной и катодной составляющей импульса - как в примере 1, длительность обработки - 2 минуты.The sample was processed by passing the pulse current of the following parameters: the voltage amplitude of the pulses was 300 V, the pulse duration was 500 μs, the pause between the anode and cathode component of the pulse was as in example 1, the processing time was 2 minutes.
В результате на поверхности образца был сформирован керамический слой толщиной около 8 мкм, состоящий преимущественно из оксидов и фторидов магния.As a result, a ceramic layer about 8 μm thick was formed on the surface of the sample, consisting mainly of magnesium oxides and fluorides.
На втором этапе к раствору для микроплазменного оксидирования с pH раствора 11-12 добавлялся тетрацианокупрат натрия (Na3[Cu(CH)4]) из расчета 20 грамм на литр раствора.At the second stage, sodium tetracyano cuprate (Na 3 [Cu (CH) 4 ]) was added to the solution for microplasma oxidation with a solution pH of 11–12 at a rate of 20 grams per liter of solution.
Схема подключения к источнику питания была такой же, как на первом этапе. Образец обрабатывался при пропускании импульсного тока следующих параметров: амплитуда напряжения импульсов - 300 B, длительность импульсов - 100 мкс, пауза между анодной и катодной составляющей импульса - как в примере 1, длительность обработки - 10 минут. Затем образец вынимали из раствора, промывали дистиллированной водой и высушивали.The connection scheme to the power source was the same as in the first stage. The sample was processed by passing the pulse current of the following parameters: pulse voltage amplitude — 300 V, pulse duration — 100 μs, pause between the anode and cathode component of the pulse — as in Example 1, processing time — 10 minutes. Then the sample was removed from the solution, washed with distilled water and dried.
В результате на поверхности образца был сформирован керамический слой толщиной около 20 мкм, состоящий преимущественно из оксидов и фторидов магния с включениями оксида меди.As a result, a ceramic layer about 20 μm thick was formed on the surface of the sample, consisting mainly of magnesium oxides and fluorides with inclusions of copper oxide.
На третьем этапе деталь помещали в камеру и продували парами этанола при температуре 80-100°C в течение 15 минут.In the third stage, the part was placed in a chamber and purged with ethanol vapor at a temperature of 80-100 ° C for 15 minutes.
В результате на поверхности магниевого образца был сформирован композиционный металлооксидный слой. Для увеличения сплошности проводящего слоя на следующем этапе проводилось дополнительное электрохимическое меднение в цианидном электролите при плотности тока 1 А/дм2. Переходное электрическое сопротивление поверхностного слоя полученного композиционного материала составило 1,2 мОм.As a result, a composite metal oxide layer was formed on the surface of the magnesium sample. To increase the continuity of the conductive layer, at the next stage, additional electrochemical copper plating was carried out in a cyanide electrolyte at a current density of 1 A / dm 2 . The transient electrical resistance of the surface layer of the obtained composite material was 1.2 mOhm.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013140537/02A RU2543659C1 (en) | 2013-09-02 | 2013-09-02 | Method for production of composite metal-ceramic coating at valve metals and their alloys |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013140537/02A RU2543659C1 (en) | 2013-09-02 | 2013-09-02 | Method for production of composite metal-ceramic coating at valve metals and their alloys |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2543659C1 true RU2543659C1 (en) | 2015-03-10 |
RU2013140537A RU2013140537A (en) | 2015-03-10 |
Family
ID=53279661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013140537/02A RU2543659C1 (en) | 2013-09-02 | 2013-09-02 | Method for production of composite metal-ceramic coating at valve metals and their alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2543659C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649112C1 (en) * | 2016-10-06 | 2018-03-29 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method of preparing the surface of zirconium or articles based on galvanic nickel plating |
WO2019209342A1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Waterborne emulsion based electroplating of magnesium substrates |
CN114507893A (en) * | 2022-01-14 | 2022-05-17 | 电子科技大学 | High-hardness wear-resistant micro-arc oxidation coating electrolyte for tantalum alloy surface and preparation method thereof |
RU2790851C1 (en) * | 2022-12-11 | 2023-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Method of applying an anti-corrosion coating |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1731431A1 (en) * | 1990-07-23 | 1992-05-07 | Институт Химии Поверхности Ан Усср | Method of nickel-plating of aluminum containing powders |
RU2150533C1 (en) * | 1999-02-08 | 2000-06-10 | Мирзоев Рустам Аминович | Process of formation of volumetric-porous layer of metal with open porosity on current-conducting backing |
US6875334B2 (en) * | 2001-06-28 | 2005-04-05 | Alonim Holding Agricultural Cooperative Society Ltd. | Method of anodizing of magnesium and magnesium alloys and producing conductive layers on an anodized surface |
US6919013B2 (en) * | 1998-03-20 | 2005-07-19 | Semitool, Inc. | Apparatus and method for electrolytically depositing copper on a workpiece |
-
2013
- 2013-09-02 RU RU2013140537/02A patent/RU2543659C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1731431A1 (en) * | 1990-07-23 | 1992-05-07 | Институт Химии Поверхности Ан Усср | Method of nickel-plating of aluminum containing powders |
US6919013B2 (en) * | 1998-03-20 | 2005-07-19 | Semitool, Inc. | Apparatus and method for electrolytically depositing copper on a workpiece |
RU2150533C1 (en) * | 1999-02-08 | 2000-06-10 | Мирзоев Рустам Аминович | Process of formation of volumetric-porous layer of metal with open porosity on current-conducting backing |
US6875334B2 (en) * | 2001-06-28 | 2005-04-05 | Alonim Holding Agricultural Cooperative Society Ltd. | Method of anodizing of magnesium and magnesium alloys and producing conductive layers on an anodized surface |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649112C1 (en) * | 2016-10-06 | 2018-03-29 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method of preparing the surface of zirconium or articles based on galvanic nickel plating |
WO2019209342A1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Waterborne emulsion based electroplating of magnesium substrates |
CN114507893A (en) * | 2022-01-14 | 2022-05-17 | 电子科技大学 | High-hardness wear-resistant micro-arc oxidation coating electrolyte for tantalum alloy surface and preparation method thereof |
CN114507893B (en) * | 2022-01-14 | 2023-11-24 | 电子科技大学 | Electrolyte for high-hardness wear-resistant micro-arc oxidation coating on tantalum alloy surface and preparation method thereof |
RU2790851C1 (en) * | 2022-12-11 | 2023-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Method of applying an anti-corrosion coating |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013140537A (en) | 2015-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI564437B (en) | Non-metallic coating and method of its production | |
Walsh et al. | Plasma electrolytic oxidation (PEO) for production of anodised coatings on lightweight metal (Al, Mg, Ti) alloys | |
CN101608332B (en) | Aluminum alloy with micro-arc oxide ceramic membrane on surface and preparation method thereof | |
CN101092694B (en) | Method for processing surface of magnesium alloy | |
Sarbishei et al. | Study plasma electrolytic oxidation process and characterization of coatings formed in an alumina nanoparticle suspension | |
TWI418664B (en) | Surface processing method on valve metal using plasma electrolytic oxidation | |
CN102428213A (en) | Method for treating the surface of a metal | |
CN105040071B (en) | Surface treatment method of Mg alloy | |
Tseluikin | On the structure and properties of composite electrochemical coatings. A review | |
CN103060881B (en) | Titanium alloy surface black high temperature coatings preparation method | |
CN102021632A (en) | Method for preparing protective film on copper alloy surface | |
RU2543659C1 (en) | Method for production of composite metal-ceramic coating at valve metals and their alloys | |
CN108977865A (en) | A kind of preparation method of 5XXX aluminium and the high anti-corrosion single fine and close differential arc oxidation film layer of aluminum alloy surface | |
CN104372394A (en) | Preparation method for oxide ceramic layer | |
JP2011202206A (en) | Insoluble electrode and method of producing the same | |
CN108642544B (en) | Method for preparing oxide film on surface of magnesium alloy by utilizing micro-arc oxidation | |
CN110714219A (en) | Method for electroplating nickel on magnesium alloy micro-arc oxidation surface | |
CN107460518A (en) | A kind of metal nano ceramic coating preparation method | |
CN101376989A (en) | On micro-arc oxidation metallic surface pattern preparing method | |
Zamora et al. | Impact of the type of anodic film formed and deposition time on the characteristics of porous anodic aluminium oxide films containing Ni metal | |
JP2008202118A (en) | Method of modifying anodic oxide film | |
CN104152898A (en) | Micro-arc oxidation self-assembled chemical nickel-plated coating on surface of magnesium alloy and preparation method of micro-arc oxidation self-assembled chemical nickel-plated coating | |
Yi et al. | Morphology and growth of porous anodic oxide films on Ti-10V-2Fe-3Al in neutral tartrate solution | |
KR101213976B1 (en) | The method for fabricating corrosion-resistance ceramics film on the Mg-alloys substrate and materials comprising corrosion-resistance ceramics film prepared therefrom | |
TW201506207A (en) | Metal substrate having wear resistance and lubricity and method for manufacturing the same |