RU2617088C1 - Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys - Google Patents

Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2617088C1
RU2617088C1 RU2016105637A RU2016105637A RU2617088C1 RU 2617088 C1 RU2617088 C1 RU 2617088C1 RU 2016105637 A RU2016105637 A RU 2016105637A RU 2016105637 A RU2016105637 A RU 2016105637A RU 2617088 C1 RU2617088 C1 RU 2617088C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
peo
coating
layer
voltage
carried out
Prior art date
Application number
RU2016105637A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Васильевич Гнеденков
Сергей Леонидович Синебрюхов
Владимир Сергеевич Егоркин
Денис Павлович Опра
Игорь Евгеньевич Вялый
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук
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 бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук
Priority to RU2016105637A priority Critical patent/RU2617088C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2617088C1 publication Critical patent/RU2617088C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/30Anodisation of magnesium or alloys based thereon

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method comprises forming a micro-nano-porous ceramic-ike layer by plasma electrolytic oxidation (PEO) of the alloy surfaces in an electrolyte containing sodium silicate and sodium fluoride in the bipolar mode, the process is carried out potentiodynamically at a voltage increasing at a rate of 16-18 V/min to 260-270 V, and during anodic surface polarization and potentiostatically at a voltage of -(30-50) V during its cathodic polarization, followed by polymer film applying on the formed porous layer by submersing for 10-15 s in a polyvinylidene fluoride solution -(C2H2F2)-n in N-methil-2-pyrrolidone (C5H9NO)n with thermal treatment of the applied polymer at 70-110°C for 3-5 hours.
EFFECT: improvement in strength properties, abrasion resistance and improved adhesion of the produced coatings while enhancing environmental safety and process simplification.
3 cl, 2 tbl, 3 ex, 5 dwg

Description

Изобретение относится к получению защитных покрытий на металлических поверхностях, конкретно, к способам нанесения антикоррозионных износостойких покрытий на деформируемые сплавы магния, которые отличаются малой удельной плотностью и высокой прочностью, а также легкостью механической обработки и являются перспективными конструкционными материалами для машиностроения, автомобилестроения, аэрокосмической техники, электро- и радиотехники, для производства компьютерной аппаратуры и других отраслей промышленности.The invention relates to the production of protective coatings on metal surfaces, in particular, to methods for applying anti-corrosion wear-resistant coatings to wrought magnesium alloys, which are characterized by low specific gravity and high strength, as well as ease of machining and are promising structural materials for mechanical engineering, automotive, aerospace engineering, electrical and radio engineering, for the production of computer equipment and other industries.

Однако практическое применение магниевых сплавов существенно ограничивается их низкой стойкостью к коррозии и износу вследствие образования в атмосферных условиях на поверхности металла пористого непрочного слоя оксида магния.However, the practical use of magnesium alloys is significantly limited by their low resistance to corrosion and wear due to the formation of a porous, unstable layer of magnesium oxide on the metal surface under atmospheric conditions.

В связи с этим актуальной является разработка способов, предназначенных для защиты поверхности изделий и конструкций из сплавов магния посредством нанесения покрытия, препятствующего коррозии и при этом обладающего остаточно высокими механическими свойствами.In this regard, it is urgent to develop methods designed to protect the surface of products and structures made of magnesium alloys by applying a coating that prevents corrosion and at the same time has residually high mechanical properties.

Известен способ нанесения защитного антикоррозионного композитного покрытия, обладающего высокой твердостью и устойчивостью к истиранию, на сплавы магния (CN №102234803, опубл. 2011.11.10), включающий формирование на поверхности сплава пористого слоя оксидной керамики путем плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) в анодном режиме, нанесение заполняющего поры органического покрытия путем напыления акрилонитрил-бутадиен-стиреновой смолы или лака и химическое осаждение завершающего слоя, содержащего никель и фосфор. Несмотря на достаточно большую толщину полученного многослойного покрытия, с течением времени его защитные свойства снижаются, поскольку органический слой подвержен достаточно быстрому старению и разрушению, в результате чего нарушается прочность и целостность всего многослойного покрытия и агрессивные ионы получают доступ к поверхности металла.A known method of applying a protective anti-corrosion composite coating with high hardness and resistance to abrasion on magnesium alloys (CN No. 102234803, publ. 2011.11.10), including the formation on the surface of the alloy of a porous layer of oxide ceramics by plasma electrolytic oxidation (PEO) in the anode mode, applying a pore-filling organic coating by spraying acrylonitrile-butadiene-styrene resin or varnish and chemical precipitation of the final layer containing nickel and phosphorus. Despite the rather large thickness of the resulting multilayer coating, its protective properties decrease over time, since the organic layer is subject to sufficiently rapid aging and destruction, as a result of which the strength and integrity of the entire multilayer coating are violated and aggressive ions gain access to the metal surface.

Известен способ нанесения композитного наноструктурированного защитного покрытия на поверхность сплава магния (CN №103668393, опубл. 2014.03.26), включающий микродуговое оксидирование с формированием пористого керамикоподобного слоя и напыление на поверхность сформированного слоя краски на водной основе. Механические характеристики полученного известным способом покрытия, в том числе твердость и износостойкость, определяются качеством керамикоподобного слоя. Краска на водной основе не вносит заметного вклада в повышение прочностных свойств, а вследствие ее старения со временем и появления сопутствующих микроскопических дефектов агрессивные ионы окружающей среды получают возможность доступа к керамикоподобному слою, а затем через его поры - к поверхности металла. В результате в ходе эксплуатации происходит снижение защитных свойств покрытия.A known method of applying a composite nanostructured protective coating on the surface of a magnesium alloy (CN No. 103668393, publ. 2014.03.26), including microarc oxidation with the formation of a porous ceramic-like layer and spraying the surface of the formed water-based paint layer. The mechanical characteristics of the coating obtained in a known manner, including hardness and wear resistance, are determined by the quality of the ceramic-like layer. Water-based paint does not make a significant contribution to improving the strength properties, and due to its aging with time and the appearance of concomitant microscopic defects, aggressive environmental ions gain access to the ceramic-like layer, and then through its pores to the metal surface. As a result, during operation, the protective properties of the coating decrease.

Известен способ получения защитных покрытий на сплавах магния (RU №2543580, опубл. 2015.03.10), включающий формирование на поверхности сплава керамикоподобного слоя путем плазменно-электролитического оксидирования в биполярном режиме в водном электролите, содержащем силикат натрия и фторид натрия, при равномерном увеличении напряжения от 0 до 250-270 В и эффективной плотности тока 0,5-1,0 А/см2 в течение периода анодной поляризации поверхности сплава и при постоянном значении напряжения -(25-30) В в ходе катодной поляризации с последующим нанесением на сформированный оксидно-керамический слой 8-оксихинолина методом погружения и термообработкой. Полученное известным способом покрытие обнаруживает высокую коррозионную устойчивость, однако не обладает достаточно высокой твердостью и устойчивостью к абразивному износу для использования в конструкциях, эксплуатируемых в условиях, предъявляющих высокие требования к механическим свойствам.A known method of producing protective coatings on magnesium alloys (RU No. 2543580, publ. 2015.03.10), including the formation on the alloy surface of a ceramic-like layer by plasma-electrolytic oxidation in bipolar mode in an aqueous electrolyte containing sodium silicate and sodium fluoride, with a uniform increase in voltage from 0 to 250-270 V and the effective current density of 0.5-1.0 a / cm 2 for a period of anodic polarization of the metal surface and at a constant voltage - (25-30) The polarization at the cathode, followed by coating on a normed oxide-ceramic layer of 8-hydroxyquinoline and the heat treatment by immersion. Obtained in a known manner, the coating exhibits high corrosion resistance, but does not have a sufficiently high hardness and abrasion resistance for use in structures operating under conditions requiring high mechanical properties.

Наиболее близким к заявляемому является способ нанесения на поверхность сплава магния супергидрофобного коррозионно-стойкого покрытия (CN №102817063, опубл. 2012.12.12), включающий формирование с помощью плазменно-электролитического оксидирования обладающего микро-наноструктурой керамикоподобного слоя с антикоррозионными свойствами, служащего основой для нанесения полимерной супергидрофобной пленки, препятствующей контакту между коррозионной средой и поверхностью металла, причем ПЭО проводят в электролите, содержащем молибдат натрия, гидроксид натрия, бихромат натрия или калия, триэтаноламин, полиэтиленгликоль, при напряжении 70-160 В, полимерную супергидрофобную пленку получают из органического состава, содержащего производное триазина и меркаптанас фторзамещенными группами путем его электроосаждения при плотности постоянного тока 0,1-10 мА/см2. Покрытие обнаруживает достаточно высокие антикоррозионные и гидрофобные свойства: снижение тока коррозии в растворе NaCl на три порядка, отсутствие коррозии после 96 ч выдержки в солевом тумане, угол смачивания до 169,2°.Closest to the claimed is a method of applying to the surface of a magnesium alloy a superhydrophobic corrosion-resistant coating (CN No. 102817063, publ. 2012.12.12), comprising the formation of a ceramic-like layer with anticorrosive properties with a micro-nanostructure of plasma electrolytic oxidation, which serves as the basis for applying polymer superhydrophobic film that prevents contact between the corrosive medium and the metal surface, and PEO is carried out in an electrolyte containing sodium molybdate, a guide sodium oxide, sodium dichromate or potassium, triethanolamine, polyethylene glycol, at a voltage of 70-160 V, a polymeric superhydrophobic film obtained from an organic composition containing a triazine derivative and a fluorine-substituted groups merkaptanas through its electrodeposition under constant current density 0.1-10 mA / cm 2 . The coating exhibits quite high anticorrosion and hydrophobic properties: a decrease in the corrosion current in a NaCl solution by three orders of magnitude, the absence of corrosion after 96 hours exposure to salt spray, and a contact angle of up to 169.2 °.

Однако механические свойства полученного известным способом покрытия не обеспечивают возможности его эксплуатации в условиях, предъявляющих высокие требования к адгезии покрытия, его прочностными свойствами устойчивости к абразивному износу. Кроме того, присутствие в составе электролита оксидирования соединений шестивалентного хрома и органических составляющих требует специальных мер по защите персонала и окружающей среды, включая утилизацию отходов, что также создает определенные ограничения для широкомасштабного использования и связано с дополнительными расходами. Использование электроосаждения для формирования полимерной пленки усложняет способ (его аппаратурное оснащение).However, the mechanical properties of the coating obtained by a known method do not provide the possibility of its operation in conditions that impose high requirements on the adhesion of the coating, its strength properties, resistance to abrasion. In addition, the presence of hexavalent chromium compounds and organic components in the oxidation electrolyte composition requires special measures to protect personnel and the environment, including waste disposal, which also creates certain restrictions for widespread use and is associated with additional costs. The use of electrodeposition to form a polymer film complicates the method (its hardware).

Задачей изобретения является разработка экологически безопасного и пригодного к широкомасштабному использованию способа получения на сплавах магния защитных покрытий с высокой адгезией, обладающих одновременно высокой коррозионной устойчивостью и высокими механическими свойствами.The objective of the invention is to develop an environmentally safe and suitable for large-scale use of a method for producing magnesium alloys of protective coatings with high adhesion, having both high corrosion resistance and high mechanical properties.

Технический результат способа заключается в повышении прочностных свойств, устойчивости к абразивному износу и улучшении адгезии получаемых покрытий при одновременном повышении экологической безопасности способа и его упрощении.The technical result of the method consists in increasing the strength properties, resistance to abrasive wear and improving the adhesion of the resulting coatings while improving the environmental safety of the method and its simplification.

Указанный технический результат достигают способом получения коррозионно- и износостойкого покрытия на сплавах магния, включающим формирование на поверхности сплава пористого керамикоподобного слоя путем плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) с последующим нанесением на сформированный пористый слой полимерной пленки, в котором, в отличие от известного, ПЭО проводят в электролите, содержащем силикат натрия и фторид натрия, причем процесс ведут в биполярном режиме потенциодинамически при напряжении, равномерно возрастающем от 30 до 260-270 В со скоростью 16-18 В/мин, в ходе анодной поляризации образца и потенциостатически при напряжении -(30-50) В в ходе его катодной поляризации, полимерную пленку наносят путем импрегнирования погружением в раствор поливинилиденфторида -(C2H2F2)-n в N-метил-2-пирролидоне (C5H9NO)n на 10-15 с с последующей термической обработкой при 70-110°С в течение 3-5 ч.The specified technical result is achieved by the method of obtaining a corrosion-resistant and wear-resistant coating on magnesium alloys, including the formation of a porous ceramic-like layer on the surface of the alloy by plasma electrolytic oxidation (PEO), followed by applying a polymer film to the formed porous layer, in which, in contrast to the known PEO carried out in an electrolyte containing sodium silicate and sodium fluoride, and the process is conducted in bipolar mode, potentiodynamically at a voltage uniformly increasing from 30 to 260-270 in at a rate of 16-18 I / min, during the anodic polarization the sample and potentiostatically at a voltage of - (30-50) in it during cathodic polarization, the polymer film is applied by impregnation, immersion in a solution of polyvinylidene - (C 2 H 2 F 2 ) - n in N-methyl-2-pyrrolidone (C 5 H 9 NO) n for 10-15 seconds, followed by heat treatment at 70-110 ° C for 3-5 hours.

В преимущественном варианте осуществления способа плазменно-электролитическое оксидирование проводят в электролите следующего состава, г/л:In an advantageous embodiment of the method, plasma-electrolytic oxidation is carried out in an electrolyte of the following composition, g / l:

силикат натрия Na2SiO3 sodium silicate Na 2 SiO 3 10-5010-50 фторид натрия NaFsodium fluoride NaF 1-81-8

Оптимальные характеристики покрытия обеспечиваются при трехкратном погружении в раствор поливинилиденфторида -(C2H2F2)-n в N-метил-2-пирролидоне (C5H9NO)n, каждое из которых сопровождается термообработкой.Optimum coating performance is ensured by immersing three times in a solution of polyvinylidene fluoride - (C 2 H 2 F 2 ) - n in N-methyl-2-pyrrolidone (C 5 H 9 NO) n , each of which is accompanied by heat treatment.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

После стандартной подготовки образца сплава магния на его поверхности формируют керамикоподобный слой с микро- и нанопорами, используя метод плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО).After standard preparation of the magnesium alloy sample, a ceramic-like layer with micro- and nanopores is formed on its surface using the plasma electrolytic oxidation (PEO) method.

Оксидирование проводят в электролите, содержащем, г/л: силикат натрия Na2SiO3 10-50 и фторид натрия NaF 1-8, в условиях плазменных микроразрядов в биполярном режиме.The oxidation is carried out in an electrolyte containing, g / l: sodium silicate Na 2 SiO 3 10-50 and sodium fluoride NaF 1-8, under conditions of plasma microdischarges in bipolar mode.

Оптимальные характеристики ПЭО-покрытия обеспечиваются при формировании керамикоподобного слоя плотной структуры с микро- и наноразмерными порами, обладающего высокой адгезией и характеризующегося высокими значениями прочности и износостойкости, при проведении ПЭО в определенных условиях при заданной, экспериментально установленной, скорости формирования покрытия.The optimal characteristics of the PEO coating are ensured during the formation of a ceramic-like layer of a dense structure with micro- and nanoscale pores, which has high adhesion and is characterized by high strength and wear resistance, during PEO under certain conditions at a given, experimentally established, rate of coating formation.

Скорость формирования ПЭО-покрытия зависит от скорости роста напряжения, при этом оптимальная скорость формирования, которая позволяет получить покрытия с наилучшими характеристиками и наименьшей дефектностью, поддерживается при скорости роста напряжения в ходе анодной поляризации в интервале 16-18 В/мин.The rate of formation of the PEO coating depends on the voltage growth rate, while the optimal formation rate, which allows one to obtain coatings with the best characteristics and the lowest defectiveness, is maintained at a voltage growth rate during anode polarization in the range of 16-18 V / min.

Увеличение скорости роста напряжения выше 18 В/с приводит к увеличению количества и размера пор и формированию твердых, но не обладающих высокими электрохимическими свойствами, ПЭО-покрытий. Скорость роста напряжения менее 16 В/мин приводит к формированию рыхлых ПЭО-покрытий, значительному уменьшению их толщины и ухудшению механических свойств вследствие снижения пиковых значений токов при оксидировании и недостаточного уровня энергии микроразрядов.An increase in the voltage growth rate above 18 V / s leads to an increase in the number and size of pores and the formation of solid, but not having high electrochemical properties, PEO coatings. A voltage growth rate of less than 16 V / min leads to the formation of loose PEO coatings, a significant decrease in their thickness and deterioration of mechanical properties due to a decrease in peak currents during oxidation and insufficient microdischarge energy.

Для обеспечения необходимой (оптимальной) скорости формирования ПЭО-покрытия при анодной поляризации образца сплава среднеквадратическое значение напряжения Urms в ходе процесса оксидирования увеличивают до 260-270 В со скоростью 16-18 В/мин, при этом регулируемое повышение напряжения начинается с 30 В. Плотность тока j=0,15-0,25 А/см2. При катодной поляризации образца процесс осуществляют потенциостатически при напряжении -(30-50) В. С учетом скорости формирования покрытия и коэффициента заполнения поляризующего сигнала (50%) используемого тиристорного источника тока, время оксидирования составляет 13-15 мин.To ensure the necessary (optimal) rate of formation of the PEO coating during anodic polarization of the alloy sample, the rms voltage U rms during the oxidation process is increased to 260-270 V at a speed of 16-18 V / min, with a controlled increase in voltage starting from 30 V. The current density j = 0.15-0.25 A / cm 2 . With cathodic polarization of the sample, the process is carried out potentiostatically at a voltage of (30-50) V. Considering the rate of coating formation and the duty cycle of the polarizing signal (50%) of the thyristor current source used, the oxidation time is 13-15 minutes.

По данным рентгенофазового анализа сформированный слой толщиной 16-18 мкм содержит MgO и Mg2SiO4.According to x-ray phase analysis, the formed layer with a thickness of 16-18 μm contains MgO and Mg 2 SiO 4 .

Затем на полученный ПЭО-слой путем импрегнирования наносят полимерную пленку поливинилиленфторида (ПВДФ). Образец сплава магния с нанесенным ПЭО-слоем окунают в приготовленный раствор ПВДФ-полимера - (C2H2F2)-n в растворителе N-метил-2-пирролидоне (C5H9NO) и выдерживают в течение 10-15 с. После сушки при повышенной (70-110°С) температуре процедуру нанесения полимера повторяют. Увеличение кратности погружения приводит к значительному улучшению показателей износостойкости и коррозионной устойчивости покрытия, а также увеличению адгезии полимерной пленки, при этом оптимальным является трехкратное погружение, каждое из который сопровождается сушкой.Then, a polymer film of polyvinylylene fluoride (PVDF) is applied to the obtained PEO layer by impregnation. A sample of a magnesium alloy coated with a PEO layer is dipped into a prepared solution of PVDF polymer - (C 2 H 2 F 2 ) - n in a solvent N-methyl-2-pyrrolidone (C 5 H 9 NO) and incubated for 10-15 s . After drying at elevated (70-110 ° C) temperature, the polymer application procedure is repeated. An increase in the immersion ratio leads to a significant improvement in the indicators of wear resistance and corrosion resistance of the coating, as well as an increase in the adhesion of the polymer film, while triple immersion, each of which is accompanied by drying, is optimal.

Поливинилиденфторид представляет собой частично фторированный полимер, который отличается среди фторполимеров самыми высокими прочностными свойствами, твердостью, а также чистотой материала и отсутствием технологических добавок. Кроме того, ПДВФ характеризуется высокой термической стабильностью, хорошей стойкостью к химическому воздействию, ультрафиолетовому и гамма-излучению; отличными физико-механическими свойствами и обнаруживает хорошее качество поверхности с низким коэффициентом трения и высокой стойкостью к абразивному износу.Polyvinylidene fluoride is a partially fluorinated polymer, which differs among fluoropolymers in the highest strength properties, hardness, as well as the purity of the material and the absence of technological additives. In addition, PDF is characterized by high thermal stability, good resistance to chemical attack, ultraviolet and gamma radiation; excellent physical and mechanical properties and exhibits good surface quality with a low coefficient of friction and high resistance to abrasion.

Полимерная ПВДФ пленка запечатывает поры на поверхности ПЭО-слоя и значительно уменьшает шероховатость поверхности, что способствует улучшению электрохимических и антифрикционных свойств покрытия в целом.Polymer PVDF film seals pores on the surface of the PEO layer and significantly reduces surface roughness, which helps to improve the electrochemical and antifriction properties of the coating as a whole.

Таким образом, сформированное в соответствии с предлагаемым способом композитное покрытие обнаруживает высокие защитные свойства.Thus, the composite coating formed in accordance with the proposed method exhibits high protective properties.

Раствор ПВДФ в N-метил-2-пирролидоне характеризуется стабильностью, отсутствием нерастворенных частиц и проявлений седиментации, что является существенным преимуществом при нанесении полимерной пленки в сравнении другими фторполимерами (политетрафторэтиленом).The solution of PVDF in N-methyl-2-pyrrolidone is characterized by stability, the absence of undissolved particles and sedimentation, which is a significant advantage when applying a polymer film in comparison with other fluoropolymers (polytetrafluoroethylene).

Кроме того, при высоком качестве ПВДФ является одним из самых дешевых фторполимеров.In addition, with high quality, PVDF is one of the cheapest fluoropolymers.

Характеристики полученных покрытий наглядно представлены на фиг. 1-5.The characteristics of the coatings obtained are clearly shown in FIG. 1-5.

На фиг. 1 приведена рентгеновская дифрактограмма ПЭО-слоя, сформированного на деформируемом сплаве магния МА8.In FIG. Figure 1 shows an X-ray diffraction pattern of a PEO layer formed on a deformable MA8 magnesium alloy.

На фиг. 2 показаны кривые зависимости коэффициента трения от количества циклов нанесения полимерной пленки (кривая 1 - для ПЭО-слоя; 2 - для ПЭО-слоя с пленкой ПВДФ, нанесенной однократным окунанием; 3 - для ПЭО-слоя с пленкой ПВДФ, нанесенной трехкратным окунанием).In FIG. Figure 2 shows the curves of the dependence of the friction coefficient on the number of cycles of deposition of the polymer film (curve 1 for the PEO layer; 2 for the PEO layer with the PVDF film applied by single dipping; 3 - for the PEO layer with the PVDF film applied by three dipping).

На фиг. 3 приведены данные скрэтч-тестирования при нагрузке 20 Н для покрытий, сформированных трехкратным нанесением ПВДФ на ПЭО-слой (Fn - прикладываемая нагрузка; Pd - глубина проникновения индентора при нагрузке; μ - коэффициент трения; Rd - остаточная глубина проникновения индентора после снятия нагрузки; Lc2 - нагрузка, при которой происходит отслаивание участков покрытия от подложки; Lc3 - критическая нагрузка, при которой происходит проникновение индентора до металла).In FIG. Figure 3 shows the results of scratch testing at a load of 20 N for coatings formed by three-fold deposition of PVDF on a PEO layer (F n is the applied load; Pd is the indenter penetration depth under load; μ is the friction coefficient; Rd is the residual indenter penetration depth after unloading ; L c2 is the load at which peeling of the coating sections from the substrate occurs; L c3 is the critical load at which the indenter penetrates to the metal).

На фиг. 4 показаны потенциодинамические кривые (1 - образцы без покрытия; 2 - ПЭО-покрытие; 3 - ПЭО-покрытие с однократным нанесением пленки ПВДФ; 4 - с трехкратным нанесением пленки ПВДФ).In FIG. 4 shows potentiodynamic curves (1 - samples without coating; 2 - PEO coating; 3 - PEO coating with a single PVDF film; 4 - with a triple PVDF film).

Фиг. 5 - импедансные спектры (1 - образцы без покрытия; 2 - ПЭО-покрытие; 3 - ПЭО-покрытие с однократно нанесенной пленкой ПВДФ; 4 - с трехкратно нанесенной пленкой ПВДФ).FIG. 5 - impedance spectra (1 - uncoated samples; 2 - PEO coating; 3 - PEO coating with a once-applied PVDF film; 4 - with a triple-applied PVDF film).

Анализ трибологических (антифрикционных) параметров покрытия полученного предлагаемым способом показывает, что при однократном нанесении полимерной пленки на ПЭО-слой износостойкость покрытия повышается почти в 2 раза (фиг. 2, табл. 1). Повышение кратности нанесения до 3 раз приводит к значительному увеличению количества циклов истирания до металла (более чем в 25 раз).An analysis of the tribological (antifriction) parameters of the coating obtained by the proposed method shows that with a single deposition of a polymer film on the PEO layer, the wear resistance of the coating increases almost 2 times (Fig. 2, Table 1). Increasing the application rate up to 3 times leads to a significant increase in the number of abrasion cycles to metal (more than 25 times).

Figure 00000001
Figure 00000001

Согласно приведенным в таблице 1 данным, появление участков, на которых произошло отслаивание покрытия, наблюдается при нагрузке Lc2, равной 18,2±0,2 Н Критическая нагрузка Lc3, при которой происходит проникновение индентора до металла, равна 18,8±0,3 Н, что существенно выше критической нагрузки для ПЭО-покрытия (13,8±0,2 Н).According to the data in table 1, the appearance of areas where peeling of the coating occurred is observed at a load L c2 of 18.2 ± 0.2 N, the critical load L c3 at which the indenter penetrates the metal is 18.8 ± 0 , 3 N, which is significantly higher than the critical load for the PEO coating (13.8 ± 0.2 N).

Данные таблицы 2, а также фиг. 4 и 5 показывают, что для покрытия, полученного предлагаемым способом, с трехкратным нанесением ПВДФ-полимера на ПЭО-слой плотность тока коррозии по сравнению со значениями для сплава без покрытия снижается более, чем на 4 порядка: от Iк=3,3⋅10-5 А/см2 до 6,0⋅10-9 А/см2, в сравнении данными прототипа, обнаруживающего снижение тока коррозии в растворе NaCl c концентрацией 0,1 моль/л на 3 порядка.The data of table 2, as well as FIG. Figures 4 and 5 show that for a coating obtained by the proposed method with a three-fold deposition of PVDF polymer on a PEO layer, the corrosion current density decreases by more than 4 orders of magnitude compared to values for an uncoated alloy: from I to = 3.3⋅ 10 -5 A / cm 2 to 6.0 · 10 -9 A / cm 2 , in comparison with the data of the prototype, which detects a decrease in the corrosion current in a NaCl solution with a concentration of 0.1 mol / L by 3 orders of magnitude.

Смещение потенциала коррозии в сторону анодных значений свидетельствует об уменьшении дефектности покрытий.The shift of the corrosion potential towards the anode values indicates a decrease in the defectiveness of the coatings.

Figure 00000002
Figure 00000002

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение на деформируемых сплавах магния покрытий с высокой адгезией, обнаруживающих высокие антикоррозионные и трибологические свойства, причем, благодаря наличию полимерного слоя, различие в трибологических, адгезионных и электрохимических характеристиках покрытий, полученных на разных сплавах, является практически незначащим, что находит экспериментальное подтверждение.Thus, the proposed method provides obtaining coatings with high adhesion on deformable magnesium alloys that exhibit high anticorrosion and tribological properties, and, due to the presence of a polymer layer, the difference in tribological, adhesive and electrochemical characteristics of coatings obtained on different alloys is practically insignificant, which finds experimental confirmation.

Примеры конкретного осуществления способаExamples of specific implementation of the method

Обработке подвергали образцы прямоугольной формы размером 20 мм × 30 мм × 1,5 мм, изготовленные из деформируемых магниевых сплавов МА8, МА14 и МА20.Samples of rectangular shape with a size of 20 mm × 30 mm × 1.5 mm, made of wrought magnesium alloys MA8, MA14 and MA20, were subjected to processing.

В качестве источника тока был использован реверсивный тиристорный агрегат ТЕР4-100/460Н-2-2УХЛ4 с частотой поляризующих импульсов 300 Гц при коэффициенте заполнения 50%.A TER4-100 / 460N-2-2UHL4 reversing thyristor unit with a frequency of polarizing pulses of 300 Hz and a duty cycle of 50% was used as a current source.

Для получения раствора полимера -(C2H2F2)-n. в N-метил-2-пирролидонеС5Н9NO) порошок ПВДФ-полимера (MTI Corporation, USA) размешивали в растворителе с помощью магнитной мешалки IKA C-MAG HS 7 (Германия) со скоростью 250 оборотов в минуту в течение 12 ч.To obtain a polymer solution - (C 2 H 2 F 2 ) - n . in N-methyl-2-pyrrolidone C 5 H 9 NO) the PVDF polymer powder (MTI Corporation, USA) was stirred in a solvent using an IKA C-MAG HS 7 magnetic stirrer (Germany) at a speed of 250 revolutions per minute for 12 hours.

Измерение толщины покрытий проводили по трем точкам с использованием вихретокового толщиномера ВТ-201 (Россия) при 3% погрешности измерений.The thickness of the coatings was measured at three points using an eddy current thickness gauge VT-201 (Russia) with a 3% measurement error.

Фазовый состав поверхностных слоев определяли на рентгеновском дифрактометре D8 Advance (Cu Kα-излучение).The phase composition of the surface layers was determined on a D8 Advance X-ray diffractometer (Cu Kα radiation).

Трибологические испытания проводили на автоматизированной машине трения Tribometer (CSM Instruments, Швейцария). Оценка площади поперечного сечения дорожки износа после трибологических испытаний проводилась с помощью прецизионного контактного профилометра MetekSurtronic 25.Tribological tests were carried out on an automated friction machine Tribometer (CSM Instruments, Switzerland). After tribological testing, the cross-sectional area of the wear track was estimated using a MetekSurtronic 25 precision contact profiler.

Адгезионные свойства поверхностных слоев были исследованы методом склерометрии (метод исследования, позволяющий определить коэффициент трения исследуемого материала и характер разрушения поверхностных слоев, оценить адгезию и уровень критических нагрузок, при которых появляются шевронные трещины в покрытии и др.) на приборе Revetest Scratch Tester (CSM Instrument, Швейцария) при равномерном увеличении нагрузки от 1 до 20 Н со скоростью нагружения 8,5 Н/мин и длине трассы 5 мм. Для проведения скрэтч-тестирования использовали алмазный индентор Роквелла с углом при вершине 120° и радиусом 200 мкм.The adhesion properties of the surface layers were studied by sclerometry (a research method that allows you to determine the friction coefficient of the test material and the nature of the destruction of the surface layers, to assess the adhesion and the level of critical loads at which chevron cracks appear in the coating, etc.) on a Revetest Scratch Tester (CSM Instrument) , Switzerland) with a uniform increase in load from 1 to 20 N with a loading speed of 8.5 N / min and a track length of 5 mm. For scratch testing, a Rockwell diamond indenter with an apex angle of 120 ° and a radius of 200 μm was used.

Исследование электрохимических параметров проводили в 3% растворе NaCl методом поляризационных характеристик, а также методом импедансной спектроскопии с помощью VersaSTAT МС (Princeton Applied Research, США).The study of electrochemical parameters was carried out in a 3% NaCl solution by polarization characteristics, as well as by impedance spectroscopy using VersaSTAT MS (Princeton Applied Research, USA).

Пример 1Example 1

Образец магниевого сплава МА8 системы Mg-Mn-Ce (мас.%: 1,5-2,5 Mn; 0,15-0,35 Се; примеси до 0,3; Mg - остальное) оксидировали в электролите состава, г/л: Na2SiO3 10 и NaF 8 в биполярном режиме, при этом среднеквадратическое значение напряжения Urms в анодной фазе увеличивали от 30 до 270 В со скоростью 16 В/мин при плотности тока j=0,15 А/см2, а в катодной фазе процесс вели потенциостатически при напряжении -50 В. Длительности фазы и паузы анодной и катодной составляющих задавали равными 10 мс. Время оксидирования при этом составило 15 мин.A sample of magnesium alloy MA8 of the Mg-Mn-Ce system (wt.%: 1.5-2.5 Mn; 0.15-0.35 Ce; impurities up to 0.3; Mg - the rest) was oxidized in the electrolyte composition, g / l: Na 2 SiO 3 10 and NaF 8 in the bipolar mode, while the rms voltage U rms in the anode phase was increased from 30 to 270 V at a speed of 16 V / min at a current density of j = 0.15 A / cm 2 , and in the cathode phase, the process was conducted potentiostatically at a voltage of -50 V. The duration of the phase and pause of the anode and cathode components was set to 10 ms. The oxidation time was 15 minutes.

Полимерную пленку наносили путем 3-кратного погружения в раствор порошка ПВДФ-полимера в N-метил-2-пирролидонеС5Н9NO), продолжительностью 10 с каждое, при этом каждое погружение сопровождалось сушкой при температуре 70°С. Время каждой сушки ПВДФ-полимера на поверхности образца не превышало 5 часов.The polymer film was applied by immersing 3 times in a solution of PVDF polymer powder in N-methyl-2-pyrrolidone C 5 H 9 NO), each lasting 10 s, each dipping being accompanied by drying at a temperature of 70 ° C. The time of each drying of the PVDF polymer on the surface of the sample did not exceed 5 hours.

Толщина полученного покрытия белого цвета с розовым оттенком и прозрачной, твердой пленкой на поверхности оксидного слоя составила 18 мкм.The thickness of the resulting white coating with a pink tint and a transparent, hard film on the surface of the oxide layer was 18 μm.

Анализ трибологических и адгезионных свойств показал, что покрытие данного образца выдержало в 25 раз больше оборотов (68250), в сравнении с оксидным слоем, а критическая нагрузка, при которой индентор приник до металла равнялась 18,8±0,3 Н, что примерно в 1,5 раза выше, чем для ПЭО-покрытия (13,8±0,2 Н).An analysis of the tribological and adhesive properties showed that the coating of this sample withstood 25 times more revolutions (68250), in comparison with the oxide layer, and the critical load at which the indenter penetrated to the metal was 18.8 ± 0.3 N, which is approximately 1.5 times higher than for PEO coating (13.8 ± 0.2 N).

Исследование электрохимических свойств образца показало снижение плотности тока коррозии более чем на 4 порядка: от Iк=3,3⋅10-5 А/см2 (плотность тока коррозии для незащищенного металла) до 6,0⋅10-9 А/см2.The study of the electrochemical properties of the sample showed a decrease in the corrosion current density by more than 4 orders of magnitude: from I to = 3.3 × 10 −5 A / cm 2 (corrosion current density for an unprotected metal) to 6.0 × 10 −9 A / cm 2 .

Пример 2Example 2

Образец магниевого сплава МА14 системы Mg-Zn-Zr мас.%: Zn 5,0-6,0; Zr 0,3-0,9; Mg остальное) оксидировали в условиях примера 1 в электролите состава, г/л: Na2SiO350 и NaF 1, в анодной фазе при плотности тока j=0,15 А/см2 и увеличении среднеквадратичного напряжения от 30 до 260 В со скоростью 18 В/мин, а в катодной фазе - при напряжении -30 В. Время оксидирования - 13 мин.Sample of magnesium alloy MA14 of the Mg-Zn-Zr system wt.%: Zn 5.0-6.0; Zr 0.3-0.9; The rest Mg) was oxidized under the conditions of Example 1 in an electrolyte of the composition, g / l: Na 2 SiO 3 50 and NaF 1, in the anode phase at a current density of j = 0.15 A / cm 2 and an increase in the rms voltage from 30 to 260 V s at a speed of 18 V / min, and in the cathode phase at a voltage of -30 V. The oxidation time is 13 minutes.

Пленку ПВДФ-полимера наносили в условиях примера 1 с сушкой при температуре 90°С. Время каждой сушки не превышало 4 ч.The PVDF polymer film was applied under the conditions of example 1 with drying at a temperature of 90 ° C. Each drying time did not exceed 4 hours

Толщина полученного белого с розовым оттенком покрытия с прозрачной, твердой пленкой на поверхности оксидного слоя - 16 мкм.The thickness of the resulting white with a pink tint coating with a transparent, hard film on the surface of the oxide layer is 16 μm.

Свойства полученного покрытия аналогичны свойствам покрытия, полученного в примере 1.The properties of the resulting coating are similar to the properties of the coating obtained in example 1.

Пример 3Example 3

Образец магниевого сплава МА20 системы Mg-Zn-Zr (мас.%: Zn 1,25; Zr 0,18; Mg остальное) оксидировали в условиях примера 1 в электролите состава, г/л: Na2SiO350 и NaF 8 в биполярном режиме в анодной фазе при плотности тока j=0,25 А/см2 и увеличении среднеквадратичного значения напряжения от 30 до 270 В со скоростью 16 В/мин, а в катодной фазе - потенциостатически при напряжении -50 В. Время оксидирования 15 мин.A sample of magnesium alloy MA20 of the Mg-Zn-Zr system (wt.%: Zn 1.25; Zr 0.18; Mg balance) was oxidized under the conditions of example 1 in the electrolyte of the composition, g / l: Na 2 SiO 3 50 and NaF 8 in bipolar mode in the anode phase at a current density of j = 0.25 A / cm 2 and an increase in the rms voltage value from 30 to 270 V at a speed of 16 V / min, and in the cathode phase it is potentiostatic at a voltage of -50 V. Oxidation time 15 min .

Полимерную пленку наносили путем 3-кратного погружения, продолжительностью 15 с каждое с последующей сушкой при температуре. 110°С. Время каждой сушки ПВДФ-полимера на поверхности образца не превышало 3 ч.The polymer film was applied by 3-fold immersion, lasting 15 seconds each, followed by drying at a temperature. 110 ° C. The time of each drying of the PVDF polymer on the surface of the sample did not exceed 3 hours

Толщина полученного белого с розовым оттенком покрытия с прозрачной, твердой пленкой на поверхности оксидного слоя 17 мкм.The thickness of the resulting white with a pink tint coating with a transparent, hard film on the surface of the oxide layer of 17 μm.

Свойства полученного покрытия аналогичны свойствам покрытия, полученного в примере 1.The properties of the resulting coating are similar to the properties of the coating obtained in example 1.

Claims (4)

1. Способ получения антикоррозионного и износостойкого покрытия на поверхности сплава магния, включающий формирование пористого керамикоподобного слоя путем плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) на поверхности сплава с последующим нанесением полимерной пленки на сформированный слой, отличающийся тем, что ПЭО проводят в электролите, содержащем силикат натрия и фторид натрия, в биполярном режиме потенциодинамически при напряжении, равномерно возрастающем от 30 до 260-270 В со скоростью 16-18 В/мин, в ходе анодной поляризации образца и потенциостатически при напряжении -(30-50) В в ходе его катодной поляризации, а полимерную пленку наносят путем импрегнирования погружением в раствор поливинилиденфторида -(C2H2F2)-n в N-метил-2-пирролидоне (C5H9NO)n на 10-15 с с последующей термической обработкой при 70-110°С в течение 3-5 ч.1. A method of obtaining an anti-corrosion and wear-resistant coating on the surface of a magnesium alloy, comprising forming a porous ceramic-like layer by plasma electrolytic oxidation (PEO) on the surface of the alloy, followed by applying a polymer film to the formed layer, characterized in that the PEO is carried out in an electrolyte containing sodium silicate and sodium fluoride, in bipolar mode, potentiodynamically at a voltage uniformly increasing from 30 to 260-270 V at a speed of 16-18 V / min, during the anodic polarization of the sample a and potentiostatically at a voltage of (30-50) V during its cathodic polarization, and the polymer film is applied by impregnation by immersion in a solution of polyvinylidene fluoride - (C 2 H 2 F 2 ) - n in N-methyl-2-pyrrolidone (C 5 H 9 NO) n for 10-15 s followed by heat treatment at 70-110 ° C for 3-5 hours 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ПЭО проводят в электролите следующего состава, г/л:2. The method according to p. 1, characterized in that the PEO is carried out in an electrolyte of the following composition, g / l: силикат натрия Na2SiO3 sodium silicate Na 2 SiO 3 10-5010-50 фторид натрия NaFsodium fluoride NaF 1-81-8
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импрегнирование и термообработку осуществляют трехкратно.3. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation and heat treatment is carried out three times.
RU2016105637A 2016-02-18 2016-02-18 Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys RU2617088C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105637A RU2617088C1 (en) 2016-02-18 2016-02-18 Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105637A RU2617088C1 (en) 2016-02-18 2016-02-18 Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2617088C1 true RU2617088C1 (en) 2017-04-19

Family

ID=58642941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016105637A RU2617088C1 (en) 2016-02-18 2016-02-18 Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2617088C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677388C1 (en) * 2017-12-27 2019-01-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof
RU2813900C1 (en) * 2023-06-07 2024-02-19 Федеральное государственное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук Method of producing anticorrosion coating based on porous peo layer impregnated with corrosion inhibitor of azole group
CN118007216A (en) * 2024-04-08 2024-05-10 上海航天精密机械研究所 Micro-arc oxidation corrosion-resistant coating for rare earth magnesium alloy and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2357016C1 (en) * 2008-05-08 2009-05-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Method of receiving of protective coating on magnesium alloys
RU2478738C1 (en) * 2012-03-11 2013-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of producing magnetoactive coatings on titanium and its alloys
RU2543580C1 (en) * 2013-12-17 2015-03-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of obtaining protective coatings on magnesium alloys
CN102817063B (en) * 2012-07-12 2015-04-22 华南理工大学 Preparation method for light green superhydrophobic corrosion-resistant film on surface of magnesium-lithium alloy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2357016C1 (en) * 2008-05-08 2009-05-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Method of receiving of protective coating on magnesium alloys
RU2478738C1 (en) * 2012-03-11 2013-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of producing magnetoactive coatings on titanium and its alloys
CN102817063B (en) * 2012-07-12 2015-04-22 华南理工大学 Preparation method for light green superhydrophobic corrosion-resistant film on surface of magnesium-lithium alloy
RU2543580C1 (en) * 2013-12-17 2015-03-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of obtaining protective coatings on magnesium alloys

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677388C1 (en) * 2017-12-27 2019-01-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof
RU2813900C1 (en) * 2023-06-07 2024-02-19 Федеральное государственное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук Method of producing anticorrosion coating based on porous peo layer impregnated with corrosion inhibitor of azole group
CN118007216A (en) * 2024-04-08 2024-05-10 上海航天精密机械研究所 Micro-arc oxidation corrosion-resistant coating for rare earth magnesium alloy and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiang et al. Effects of current density on microstructure and properties of plasma electrolytic oxidation ceramic coatings formed on 6063 aluminum alloy
Gnedenkov et al. Composite coatings formed on the PEO-layers with the use of solutions of tetrafluoroethylene telomers
Gnedenkov et al. Composite polymer-containing protective coatings on magnesium alloy MA8
CA2593489C (en) Anodising aluminium alloy
RU2614917C1 (en) Method for protective composite coatings production on magnesium alloy
US10309029B2 (en) Method for forming a multi-layer anodic coating
RU2617088C1 (en) Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys
Zhuang et al. Effect of various additives on performance of plasma electrolytic oxidation coatings formed on AZ31 magnesium alloy in the phosphate electrolytes
RU2569259C1 (en) Method for obtaining protective polymer-containing coatings on metals and alloys
JP2006312754A (en) Treatment method for surface of anodized aluminum
Mousavian et al. The effect of anodizing electrolyte composition on electrochemical properties of anodized magnesium
KR101643575B1 (en) Method for treating surface of metal substrates for improving efficiency of offshore equipment
Payami-Golhin et al. Phosphate-free protective nanoceramic coatings for galvanized steel sheet with H2O2 additive
Yoganandan et al. Surface and electrochemical characteristics of novel chromate-free mn-v oxyanion sealed tartaric–sulfuric acid anodized coating
Kajanek et al. EFFECT OF APPLIED CURRENT DENSITY OF PLASMA ELECTROLYTIC OXIDATION PROCESS ON CORROSION RESISTANCE OF AZ31 MAGNESIUM ALLOY.
Jędrusik et al. Characterisation of oxide coatings produced on aluminum alloys by MAO and chemical methods
Długosz et al. Plasma coatings on aluminium-silicon alloy surfaces
Egorkin et al. Duty cycle of the polarizing signal influence on morphology and properties of the PEO-coating on aluminium alloy
Palraj et al. Effect of pretreatments on electrodeposited epoxy coatings for electronic industries.
Bouchama et al. Two-step vs. Single-Step Electrochemical Anodizing Process Regarding Anti-Corrosion Properties of Titanium
Shang et al. The analysis and fabrication of a novel tin-nickel mixed salt electrolytic coloured processing and the performance of coloured films for Al-12.7 Si-0.7 Mg alloy in acidic and alkali corrosive environments
RU2734426C1 (en) Method of producing protective coatings on magnesium-containing alloys of aluminum
RU2782788C1 (en) Method for obtaining conductive superhydrophobic coatings on magnesium alloys
RU2771886C1 (en) Method for obtaining protective superhydrophobic coatings on aluminum alloys
Belov et al. Composite Coatings Formed on PEO Pretreated MA8 Magnesium Alloy in Aqueous Suspension of PTFE