RU2547372C2 - Production of coatings on surfaces of metals and alloys - Google Patents

Production of coatings on surfaces of metals and alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2547372C2
RU2547372C2 RU2013139005/02A RU2013139005A RU2547372C2 RU 2547372 C2 RU2547372 C2 RU 2547372C2 RU 2013139005/02 A RU2013139005/02 A RU 2013139005/02A RU 2013139005 A RU2013139005 A RU 2013139005A RU 2547372 C2 RU2547372 C2 RU 2547372C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sheet
electrolyte
cathode
coatings
anode
Prior art date
Application number
RU2013139005/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013139005A (en
Inventor
Валерий Петрович Леонов
Владимир Федорович Щербинин
Евгений Васильевич Чудаков
Нэлли Федоровна Молчанова
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Фгуп "Цнии Км "Прометей"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Фгуп "Цнии Км "Прометей" filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Фгуп "Цнии Км "Прометей"
Priority to RU2013139005/02A priority Critical patent/RU2547372C2/en
Publication of RU2013139005A publication Critical patent/RU2013139005A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2547372C2 publication Critical patent/RU2547372C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrochemical processing of metal surfaces and can be used for local surface processing of structures, for example, of titanium allots in machine building, medicine, aircraft engineering, etc. Method of making the protective pore-less coating by micro arc oxidation on sheet surface comprises cleaning and degreasing of sheet surface. Then, the device composed of vinyl plastic case with O-ring and stainless steel gauze in conical tube are placed on local section of said sheet. Sodium hydro phosphate-based electrolyte is continuously fed in said case through closed circuit onto the sheet-anode at forced pressure of 0.4-0.5 atm. Now, it is fed to cathode at maximum voltage of 190 V and current density of 0.5 A/dm2 for 10 minutes.
EFFECT: higher corrosion resistance.
1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам электрохимической обработки металлов и сплавов для получения на поверхности деталей защитных коррозионно-стойких оксидных покрытий.The invention relates to methods for the electrochemical treatment of metals and alloys to obtain protective corrosion-resistant oxide coatings on the surface of parts.

Известны: «Способ микродугового получения защитных пленок на поверхности металлов и сплавов» патент РФ №2061107, МКИ C25D 11/06, опубл. 27.05.96 г., «Способ нанесения электролитического покрытия на поверхность металлов и сплавов» патент №2112086, МКИ C25D 11/06, 27.05.98 г., «Способ нанесения коррозионно-износостойкого оксидного слоя с локально уменьшенной толщиной на поверхности металлической детали», патент Германии №4442792, МПК C25D 11/06, опубл. 04.05.1998 г.Known: "The method of microarc obtaining protective films on the surface of metals and alloys" RF patent No. 2061107, MKI C25D 11/06, publ. 05/27/96, "Method for applying an electrolytic coating to the surface of metals and alloys" patent No. 21202086, MKI C25D 11/06, 05/27/98, "Method for applying a corrosion-resistant oxide layer with a locally reduced thickness on the surface of a metal part" , German patent No. 4442792, IPC C25D 11/06, publ. 05/04/1998

К недостаткам указанных способов обработки относится сложность обработки в ваннах с электролитом крупногабаритных деталей, а также невозможность обработки поверхности деталей непосредственно в условиях эксплуатации.The disadvantages of these processing methods include the complexity of processing in bathtubs with electrolyte of large-sized parts, as well as the inability to process the surface of the parts directly in operating conditions.

Известен также «Электролитический способ нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов», патент RU 2294987, МПК C25D 11/02, опубл. 15.09.2005 г.Also known is the "Electrolytic method of applying protective coatings on the surface of metals and alloys", patent RU 2294987, IPC C25D 11/02, publ. September 15, 2005

Недостатками этого способа являются неравномерность распределения материала покрытия на обрабатываемой поверхности и большой расход электроэнергии, так как микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 A/дм2.The disadvantages of this method are the uneven distribution of the coating material on the treated surface and high energy consumption, since microarc oxidation is carried out at a voltage of 200-250 V and a current density of 1.0-3.0 A / dm 2 .

Известен также «Способ получения покрытий на деталях из металлов и сплавов в режиме компрессионного микродугового оксидирования и устройство для его осуществления» патент RU 2324014, МПК C25D 11/02, опубл. 20.12.2007 г.Also known is the "Method of producing coatings on parts of metals and alloys in the compression microarc oxidation mode and device for its implementation" patent RU 2324014, IPC C25D 11/02, publ. December 20, 2007

Недостатками этого способа являются: сложность обработка детали при ее полном погружении в раствор электролита в герметично закрываемой емкости, наличие дополнительного устройства для создания вакуума.The disadvantages of this method are: the difficulty of processing the part when it is completely immersed in the electrolyte solution in a hermetically sealed container, the presence of an additional device for creating a vacuum.

Наиболее близким по технической сущности и взятым в качестве прототипа является «Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов» патент RU 2194804, МПК, C25D 11/02, опубл. 20.12.2002.The closest in technical essence and taken as a prototype is the "Method for protective coatings on the surface of metals and alloys" patent RU 2194804, IPC, C25D 11/02, publ. 12/20/2002.

В данном способе применяется устройство, обеспечивающее локальное оксидирование, перемещаемое по всей поверхности детали. Способ включает микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного анодом и катодом, и пористым экраном, через который подается жидкий электролит.In this method, a device is used that provides local oxidation that moves across the entire surface of the part. The method includes microarc oxidation using a device equipped with an anode and cathode, and a porous screen through which a liquid electrolyte is supplied.

Недостатками известного способа являются наличие пористости в защитном оксидном покрытии и невозможность получения большой толщины покрытия. В известном способе электролит сначала подается на катод и через поролон сливается на анод. При этом электролит насыщается газообразным водородом вследствие основной катодной реакции электролиза воды: H+e→H.The disadvantages of this method are the presence of porosity in the protective oxide coating and the inability to obtain a large thickness of the coating. In the known method, the electrolyte is first supplied to the cathode and merged through the foam to the anode. In this case, the electrolyte is saturated with hydrogen gas due to the main cathodic reaction of water electrolysis: H + e → H.

Водород, являясь одним из самых сильных восстановителей, восстанавливает окислы металла и образует пористую, рыхлую оксидную пленку MeO+H2→Me+H2O или (MeO2+H2→MeO+H2O). Поры снижают эффективную толщину и коррозионную стойкость покрытий. Кроме того, электролит подлежит удалению, т.е. используется однократно.Hydrogen, being one of the strongest reducing agents, reduces metal oxides and forms a porous, loose oxide film MeO + H 2 → Me + H 2 O or (MeO 2 + H 2 → MeO + H 2 O). Pores reduce the effective thickness and corrosion resistance of coatings. In addition, the electrolyte must be removed, i.e. used once.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости оксидных покрытий путем снижения пористости и увеличения эффективной толщины оксидного покрытия.The technical result of the invention is to increase the corrosion resistance of oxide coatings by reducing porosity and increasing the effective thickness of the oxide coating.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов, включающем микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного анодом и катодом, через который подается жидкий электролит, в соответствии с изобретением электролит сначала подается на анод под давлением 0,4-0,5 атм, а затем на катод. Давление 0,4-0,5 атм обеспечивает напор для движения потока электролита, уносящего пузырьки водорода в сторону, противоположную аноду, и механического уплотнения формируемых покрытий.The technical result is achieved due to the fact that in the method of producing protective coatings on the surface of metals and alloys, including microarc oxidation using a device equipped with an anode and a cathode through which a liquid electrolyte is supplied, in accordance with the invention, the electrolyte is first supplied to the anode under pressure 0, 4-0.5 atm, and then to the cathode. A pressure of 0.4-0.5 atm provides pressure for the movement of an electrolyte stream that carries away hydrogen bubbles in the direction opposite to the anode and mechanical compaction of the formed coatings.

Давление выше 0,5 атм нецелесообразно, так как сильный напор электролита будет препятствовать получению более толстых покрытий и снижать коррозионную стойкость. Давление ниже 0,4 атм не обеспечит движение потока электролита, при этом водород не будет уноситься с потоком, в покрытии будут поры, снижающие коррозионную стойкость.Pressure above 0.5 atm is impractical, since a strong pressure of the electrolyte will prevent the production of thicker coatings and reduce corrosion resistance. A pressure below 0.4 atm will not ensure the movement of the electrolyte flow, while hydrogen will not be carried away with the flow, there will be pores in the coating that reduce corrosion resistance.

Катод выполнен в виде сетчатого металлического экрана, что исключает попадание электролизного водорода на обрабатываемую поверхность и не изменяет ионно-газовый состав электролита в этой зоне. Из зоны электролитной среды с обрабатываемой деталью-анодом атомарный и молекулярный водород в виде газовых пузырьков под давлением с потоком электролита втягивается внутрь сетчатого электрода-катода и по обратным шлангам стекает в бак с электролитом. За счет удаления водорода происходит уменьшение восстановительной способности электролита и образование оксидных пленок. При этом на обрабатываемой поверхности формируются более толстые и менее пористые оксидные пленки: (Me+O→MeO2).The cathode is made in the form of a mesh metal screen, which eliminates the ingress of electrolytic hydrogen on the treated surface and does not change the ion-gas composition of the electrolyte in this zone. From the zone of the electrolyte medium with the anode component being treated, atomic and molecular hydrogen in the form of gas bubbles under pressure with an electrolyte stream is drawn into the mesh electrode-cathode and flows through the return hoses to the electrolyte tank. Due to the removal of hydrogen, there is a decrease in the reduction ability of the electrolyte and the formation of oxide films. At the same time, thicker and less porous oxide films are formed on the treated surface: (Me + O → MeO 2 ).

За счет механического уплотнения первоначально податливых поверхностных оксидных формирований при интенсивном движении электролита от анода к катоду под давлением 0,4-0,5 атм становится возможным формировать беспористые оксидные покрытия большей толщины.Due to the mechanical compaction of initially pliable surface oxide formations with intensive movement of the electrolyte from the anode to the cathode under a pressure of 0.4-0.5 atm, it becomes possible to form pore-free oxide coatings of greater thickness.

Схема микродугового оксидирования по заявляемому способу представлена на чертеже. Обрабатываемая деталь 1 (анод) плотно присоединена к корпусу 3 из винипласта или другого электроизоляционного материала. Плотный контакт корпуса из винипласта с обрабатываемой деталью обеспечивается уплотнительным кольцом из резины. Электролит 4 подают на анод 1 по гибкому шлангу 5 под давлением от электронасоса 7. Электронасос обеспечивает непрерывное движение электролита по замкнутому контуру: от бака 8 с электролитом 4 по гибкому шлангу 5 на обрабатываемую деталь-анод 1, затем на катод 2, по конической трубе 9 и шлангу 6 в бак 8.Scheme microarc oxidation according to the claimed method is presented in the drawing. The workpiece 1 (anode) is tightly attached to the casing 3 of vinyl plastic or other electrical insulating material. The tight contact of the vinyl plastic body with the workpiece is ensured by a rubber o-ring. The electrolyte 4 is fed to the anode 1 through a flexible hose 5 under pressure from an electric pump 7. The electric pump provides continuous movement of the electrolyte in a closed loop: from a tank 8 with electrolyte 4 through a flexible hose 5 to the workpiece anode 1, then to the cathode 2, through a conical pipe 9 and hose 6 to tank 8.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Поверхность детали, подлежащую микродуговому оксидированию, очищают и обезжиривают. Для примера использовали лист из титанового сплава марки BT1-0 толщиной 4 мм и площадью 1 м2.The surface of the part to be microarc oxidized is cleaned and degreased. For example, a BT1-0 titanium alloy sheet with a thickness of 4 mm and an area of 1 m 2 was used .

На лист устанавливают плотно прилегающий к поверхности детали корпус из винипласта.A sheet of vinyl plastic is placed on the sheet closely adjacent to the surface of the part.

В качестве сетчатого экрана-катода 2 использовали конструкцию в виде конической трубы 9 с металлической сеткой из нержавеющей стали с ячейками 0,5 мм, площадью 1 дм2. Размер ячейки сетки не регламентируется.As a mesh screen-cathode 2, a design in the form of a conical pipe 9 with a stainless steel metal mesh with 0.5 mm cells with an area of 1 dm 2 was used . The mesh cell size is not regulated.

Бак 8 с электролитом 4 объемом в 50 л помещен под обрабатываемым изделием 1. Электролит используют известных составов на основе Na3PO4·H2O. Электронасос производительностью 0,1 м3/час обеспечивает непрерывное интенсивное движение электролита.A tank 8 with an electrolyte 4 with a volume of 50 l is placed under the workpiece 1. The electrolyte is used with known compositions based on Na 3 PO 4 · H 2 O. An electric pump with a capacity of 0.1 m 3 / h ensures continuous intensive movement of the electrolyte.

Электролит подается в корпус по гибким резиновым шлангам на обрабатываемую деталь-анод под принудительным давлением 0,4-0,5 атм. Деталь не погружается в бак. Процесс идет на локальном участке обрабатываемой поверхности при максимальном напряжении 190 В и плотности тока 0,5 A/дм.2 The electrolyte is fed into the casing through flexible rubber hoses to the workpiece-anode under a forced pressure of 0.4-0.5 atm. The part does not sink into the tank. The process proceeds on a local area of the treated surface at a maximum voltage of 190 V and a current density of 0.5 A / dm. 2

Для получения заданной толщины оксидного слоя процесс обработки выдерживается определенное расчетное время. При длительности обработки 10 мин толщина покрытия составит 10 мкм.To obtain a given thickness of the oxide layer, the processing process is maintained for a certain estimated time. With a processing time of 10 minutes, the coating thickness will be 10 μm.

Толщину покрытия определяют с помощью многофункционального электромагнитного толщиномера «Константа К 52», шероховатость покрытий измеряют портативным профилометром. Пористость оценивали в процентном отношении при взвешивании образцов. Результаты представлены в таблице 1.The coating thickness is determined using a multifunctional electromagnetic thickness gauge "Constant K 52", the roughness of the coatings is measured with a portable profilometer. Porosity was evaluated as a percentage when weighing samples. The results are presented in table 1.

Результаты свойств оксидных покрытий, полученных при использовании заявляемого способа. The results of the properties of oxide coatings obtained using the proposed method.

Таблица 1Table 1 СпособWay Свойства покрытийCoating Properties Пористость, %Porosity,% Толщина покрытия, мкмCoating thickness, microns Параметр шероховатости, Ra, мкмThe roughness parameter, Ra, microns Микротвердость, HV кгс/мм2 Microhardness, HV kgf / mm 2 ЗаявляемыйThe claimed 5,05,0 1010 0,320.32 780780 ИзвестныйFamous 35,035.0 0,5-1,00.5-1.0 1,251.25 230230

Отсутствие пористости и большая толщина оксидного слоя повышают коррозионную стойкость покрытия.The absence of porosity and the large thickness of the oxide layer increase the corrosion resistance of the coating.

Разработанная технология позволяет получать оксидные покрытия толщиной до 10-15 мкм, прочно сцепленные с основой, кроме того, она экологически безопасна, не требует специальных природоохранных мероприятий. Сбор и хранение электролита в открытой емкости способствует естественной дегазации, что позволяет его многократное использование по замкнутому циклу.The developed technology allows to obtain oxide coatings with a thickness of up to 10-15 microns, firmly bonded to the base, in addition, it is environmentally friendly, does not require special environmental measures. The collection and storage of electrolyte in an open container promotes natural degassing, which allows its multiple use in a closed cycle.

Claims (1)

Способ получения защитного беспористого покрытия микродуговым оксидированием на поверхности листа из титанового сплава, отличающийся тем, что он включает очистку и обезжиривание поверхности листа, установку на локальном участке листа устройства в виде корпуса из винипласта с уплотнительным кольцом и катодом в виде металлической сетки из нержавеющей стали в конической трубе и непрерывную подачу электролита на основе гидрофосфата натрия в упомянутый корпус по замкнутому контуру на обрабатываемый лист-анод под принудительным давлением 0,4-0,5 атм, а затем на катод при максимальном напряжении 190 В и плотности тока 0,5 А/дм2 в течение 10 мин. A method of obtaining a protective non-porous coating by microarc oxidation on the surface of a sheet of titanium alloy, characterized in that it includes cleaning and degreasing the surface of the sheet, installing in the local area of the sheet a device in the form of a vinyl plastic housing with a sealing ring and a cathode in the form of a stainless steel metal mesh in a conical pipe and a continuous supply of an electrolyte based on sodium hydrogen phosphate into the casing in a closed circuit to the processed anode sheet under forced pressure m 0.4-0.5 atm, and then to the cathode at a maximum voltage of 190 V and a current density of 0.5 A / dm 2 for 10 minutes
RU2013139005/02A 2013-08-21 2013-08-21 Production of coatings on surfaces of metals and alloys RU2547372C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013139005/02A RU2547372C2 (en) 2013-08-21 2013-08-21 Production of coatings on surfaces of metals and alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013139005/02A RU2547372C2 (en) 2013-08-21 2013-08-21 Production of coatings on surfaces of metals and alloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013139005A RU2013139005A (en) 2015-02-27
RU2547372C2 true RU2547372C2 (en) 2015-04-10

Family

ID=53279363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013139005/02A RU2547372C2 (en) 2013-08-21 2013-08-21 Production of coatings on surfaces of metals and alloys

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2547372C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111118570A (en) * 2018-10-31 2020-05-08 华孚精密科技(马鞍山)有限公司 Die-casting aluminum alloy micro-arc oxidation electrolyte, method and product thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2194804C2 (en) * 2000-10-23 2002-12-20 Шаталов Валерий Константинович Method for forming protective coatings onto surface of metals and alloys
RU2215831C1 (en) * 2002-08-27 2003-11-10 Орловский государственный аграрный университет Apparatus for microarc oxidizing of wells of housing of gear-type pump
RU2367727C1 (en) * 2008-01-18 2009-09-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Electrolytic method for application of protective and electroinsulating coats
RU2455400C2 (en) * 2010-09-23 2012-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) Method for electrolytic-plasma treatment of surface of conductive products

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2194804C2 (en) * 2000-10-23 2002-12-20 Шаталов Валерий Константинович Method for forming protective coatings onto surface of metals and alloys
RU2215831C1 (en) * 2002-08-27 2003-11-10 Орловский государственный аграрный университет Apparatus for microarc oxidizing of wells of housing of gear-type pump
RU2367727C1 (en) * 2008-01-18 2009-09-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Electrolytic method for application of protective and electroinsulating coats
RU2455400C2 (en) * 2010-09-23 2012-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) Method for electrolytic-plasma treatment of surface of conductive products

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013139005A (en) 2015-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101818085B1 (en) Highly corrosion-resistant porous metal body and method for producing the same
CN107338469B (en) A kind of method of ironware surface zinc layers and chromium passivating layer electrolytic deplating process
CN101250726B (en) Closed electrolytic tank and electrolytic system
CN106637337A (en) Method for improving compactness of aluminum alloy micro-arc oxide coating
CN104418409A (en) Strongly-alkaline (acidic) electrolytic water generation device
JP6869188B2 (en) Reduction water production equipment and reduction water production method
CN109415838A (en) Electrolytic degreasing method and electrolytic degreasing device
CN112663119A (en) Device and method for preventing conductive roller from being plated with copper
Ostapiuk et al. A study on the galvanic corrosion of a sol-gel coated PEO Mg-CFRP couple
CN103643278A (en) Micro-arc oxidation method of car part aluminum material
CN104562052A (en) Method for preparing ordered micropore structure on stainless steel surface
CN101956211A (en) Ultrasonic bubble removing electrolytic bath
CN103014746A (en) Device and process for preparing liquid ferrate through electrolysis method
CN103255467A (en) Novel material surface modification method and apparatus
CN104818503A (en) Preparation method of porous copper full-impregnated film of three-dimensional network structure
RU2547372C2 (en) Production of coatings on surfaces of metals and alloys
CN207109135U (en) The main salt ion electrolytic recovery device of electroplating solution
Lv et al. Electrodeposition of tin based film on copper plate for electrocatalytic reduction of carbon dioxide to formate
KR20080079799A (en) Electro polishing apparatus and method for metal pipe
CN111910237A (en) Plasma bionic material micro-arc oxidation method and device
CN110983367A (en) Chlor-alkali membrane electrolytic cell containing porous conductive plate
KR101213976B1 (en) The method for fabricating corrosion-resistance ceramics film on the Mg-alloys substrate and materials comprising corrosion-resistance ceramics film prepared therefrom
CN103938244A (en) Continuous copper plating II for steel strip
CN108796574A (en) Metal material anode oxidation method and device
Zhang et al. Electrocatalytic properties of nickel foam-based Ni-Mo, Ni+ Mo and Ni+ Mo/Ni-Mo electrodes for hydrogen evolution reaction