RU2677388C1 - Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof - Google Patents

Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2677388C1
RU2677388C1 RU2017146483A RU2017146483A RU2677388C1 RU 2677388 C1 RU2677388 C1 RU 2677388C1 RU 2017146483 A RU2017146483 A RU 2017146483A RU 2017146483 A RU2017146483 A RU 2017146483A RU 2677388 C1 RU2677388 C1 RU 2677388C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
alloys
formation
coating
sodium
Prior art date
Application number
RU2017146483A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Васильевич Гнеденков
Сергей Леонидович Синебрюхов
Владимир Сергеевич Егоркин
Игорь Евгеньевич Вялый
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
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 (ИХ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
Priority to RU2017146483A priority Critical patent/RU2677388C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2677388C1 publication Critical patent/RU2677388C1/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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to plasma-electrolytic coating of valve metals and their alloys and may find application in various industries, in engineering, instrumentation for work in friction units and to protect products and structures from atmospheric and electrochemical corrosion. Method includes plasma-electrolytic oxidation for 40–50 minutes in the bipolar mode with an effective current density of 20–180 A/dmin alkaline electrolyte containing, g/l: sodium fluoride NaF 0.6–3.0, potassium tartrate CHOK⋅0.5 HO 25–50, sodium silicate NaSiO⋅2HO 25–50, sodium borate NaBO⋅10HO 10–30, sodium molybdate NaMoO⋅2HO 1–10, and during the first 5 minutes the anode voltage is raised from 30 V to the initial formation voltage, which is 460–470 V for aluminum and its alloys and 260–270 V for titanium and its alloys, form the coating, increasing the voltage to 480–490 V at a speed of 0.6 V/min for aluminum and its alloys and at a speed of 6.0 V/min for titanium and its alloys, after which they complete the formation, reducing the voltage for 6–7 min up to 400–420 V for aluminum and up to 220–230 V for titanium, the density of the cathode current during the formation of the coating is increased to 50–75 A/dmand reduce to 10 A/dmwithin 6–7 minutes at the completion of the formation of the coating simultaneously with a decrease in the anode voltage.EFFECT: increasing the corrosion resistance of the resulting coatings, increasing the hydrophobicity and improving the mechanical properties.3 cl, 4 dwg, 6 ex

Description

Изобретение относится к плазменно-электролитическому нанесению покрытий на вентильные металлы и их сплавы, преимущественно на алюминий и его сплавы, на титан и его сплавы, и может найти применение в различных отраслях промышленности, в машиностроении, приборостроении для работы в узлах трения и для защиты изделий и сооружений от атмосферной и электрохимической коррозии, а также для получения подслоя под лакокрасочные покрытия, придания изделиям и сооружениям декоративного вида.The invention relates to plasma-electrolytic coating on valve metals and their alloys, mainly on aluminum and its alloys, on titanium and its alloys, and can find application in various industries, in mechanical engineering, instrumentation for work in friction units and for product protection and structures from atmospheric and electrochemical corrosion, as well as to obtain a sublayer for paint coatings, to give products and structures a decorative look.

Известен способ формирования на сплаве алюминия АМг-5 (содержание, масс. %: Mg 5,3, Mn 0,55, Ti 0,06, Al - остальное) защитных покрытий (Электрохимические свойства покрытий на алюминии. Вестник ДВО РАН. 2007. №2, с. 158-162), который предусматривает оксидирование упомянутого сплава в условиях анодно-катодной поляризации в течение 10 мин в водном электролите, содержащем, г/л: тартрат калия C4H4O6К2⋅0,5H2O 10, фторид натрия NaF 1,5, с последующей модификацией полученного покрытия путем запечатывания пор внешнего пористого слоя кипячением в дистиллированной воде либо нанесением на оксидированную поверхность ультрадисперсного политетрафторэтилена с его последующей термообработкой в течение 1 ч при температуре до 200°С. Недостатками известного способа являются необходимость дополнительной обработки, которая усложняет способ и увеличивает энергозатраты, а также ограниченная область его применения, включающая единственный сплав.A known method of forming AMg-5 aluminum alloy (content, wt.%: Mg 5.3, Mn 0.55, Ti 0.06, Al - the rest) of protective coatings (Electrochemical properties of coatings on aluminum. Vestnik FEB RAS. 2007. No. 2, pp. 158-162), which provides for the oxidation of the mentioned alloy under conditions of anodic-cathodic polarization for 10 min in an aqueous electrolyte containing, g / l: potassium tartrate C 4 H 4 O 6 K 2 ⋅0.5H 2 O 10, sodium fluoride NaF 1,5, followed by modification of the obtained coating by sealing the pores of the outer porous layer by boiling in distilled water or application of ultrafine polytetrafluoroethylene to the oxidized surface with its subsequent heat treatment for 1 h at temperatures up to 200 ° C. The disadvantages of this method are the need for additional processing, which complicates the method and increases energy consumption, as well as the limited scope of its application, including a single alloy.

Известен способ получения покрытия на алюминиевых сплавах путем плазменного электролитического оксидирования (RU 2547983, опубл. 2015.04.10), которое проводят при наложении переменного тока эффективной плотностью 5-60 А/дм2, сформированного последовательностями из анодного и катодного импульсов продолжительностью 100-250 микросекунд каждый с временным интервалом между последовательностями, длительность которого составляет не менее суммарной продолжительности анодного и катодного импульсов, в водном электролите, содержащем, г/л:A known method of producing a coating on aluminum alloys by plasma electrolytic oxidation (RU 2547983, publ. 2015.04.10), which is carried out by applying alternating current with an effective density of 5-60 A / dm 2 formed by sequences of anode and cathode pulses lasting 100-250 microseconds each with a time interval between sequences, the duration of which is not less than the total duration of the anode and cathode pulses, in an aqueous electrolyte containing, g / l:

тетраборат натрия 10-водныйsodium tetraborate 10-aq 20-50,20-50, гидроксид натрияsodium hydroxide 1-4,1-4, натрий молибденовокислыйmolybdenum sodium 0,5-2,0,0.5-2.0

борную кислоту 5-15, а также дополнительно может содержать 2-5 г/л натрия фосфорнокислого двузамещенного,boric acid 5-15, and may additionally contain 2-5 g / l sodium phosphate disubstituted,

при этом предварительно проводят модифицирующую обработку поверхности в водном растворе, содержащем, г/л: азотную кислоту 450-500 и фтористый натрий 45-50. Недостатком известного способа является необходимость проведения дополнительной модифицирующей обработки поверхности в крайне агрессивном электролите на основе азотной кислоты, что усложняет способ, делает его экологически небезопасным и требует специальных мер защиты для рабочего персонала, а также ограниченный круг оксидируемых металлов, который включает только сплавы алюминия.in this case, a modifying surface treatment is preliminarily carried out in an aqueous solution containing, g / l: nitric acid 450-500 and sodium fluoride 45-50. The disadvantage of this method is the need for additional modifying surface treatment in an extremely aggressive electrolyte based on nitric acid, which complicates the method, makes it environmentally unsafe and requires special protection measures for workers, as well as a limited range of oxidized metals, which includes only aluminum alloys.

Известен способ получения на алюминии и его сплавах покрытий, предназначенных для защиты от температурной коррозии и абразивного износа, с использованием микродугового (плазменно-электролитического) оксидирования (RU 2112087, опубл. 1998.05.27) при напряжении формирования 160-170 В и плотности тока 0,9-1,2 А/см2 в электролите, содержащем, г/л: гексафторалюминат натрия 2,0-12,0, тартрат калия 5,0-10,0, фторид натрия 0,5-2,0 и гидроксид калия 0,5-0,6. при значении рН раствора 9,8-10,2. Покрытия, полученные известным способом, обнаруживают определенную микротвердость и устойчивость к высокотемпературной коррозии, благодаря содержащейся в них стеклофазе на основе оксида алюминия, модифицированного фтором. Однако эти покрытия не обладают достаточной толщиной для обеспечения высоких защитных свойств и продолжительного срока службы покрытий, что ограничивает возможности применения известного способа. Кроме того, известный способ предназначен только для алюминия и его сплавов, причем экспериментальная проверка показывает, что покрытия с достаточно высокими защитными и механическими свойствами формируются не на всех сплавах алюминия. В описании известного способа приведены только два конкретных примера получения покрытий с заявленными свойствами: для технического алюминия и содержащего магний деформируемого сплава алюминия.A known method of producing aluminum and its alloys coatings designed to protect against thermal corrosion and abrasive wear using microarc (plasma electrolytic) oxidation (RU 2112087, publ. 1998.05.27) at a formation voltage of 160-170 V and current density 0 , 9-1.2 A / cm 2 in an electrolyte containing, g / l: sodium hexafluoroaluminate 2.0-12.0, potassium tartrate 5.0-10.0, sodium fluoride 0.5-2.0 and hydroxide potassium 0.5-0.6. when the pH of the solution is 9.8-10.2. The coatings obtained in a known manner exhibit a certain microhardness and resistance to high temperature corrosion, due to the glass phase based on aluminum oxide modified with fluorine contained in them. However, these coatings do not have sufficient thickness to provide high protective properties and long service life of the coatings, which limits the applicability of the known method. In addition, the known method is intended only for aluminum and its alloys, and experimental verification shows that coatings with sufficiently high protective and mechanical properties are not formed on all aluminum alloys. In the description of the known method, only two specific examples of the preparation of coatings with the declared properties are given: for technical aluminum and a wrought aluminum alloy containing magnesium.

Известен (US 5616229, опубл. 1997.04.01) способ получения керамического покрытия на металлах вентильной группы, включающей алюминий, цирконий, титан, гафний и сплавы этих металлов, предусматривающий погружение металла в качестве одного из электродов в электролитическую ванну с водным раствором гидроксида натрия либо гидроксид а калия с концентрацией 0,5-2,0 г/л, пропускание с использованием контр-электрода через упомянутый металл переменного электрического тока напряжением не менее 700 В, что обеспечивает электрический пробой с осаждением компактной пленки гидроксида на поверхности металла. Далее способ предполагает внесение в состав электролита в количестве 2-200 г/л кислородсодержащей соли щелочного металла, включающей элемент, выбранный из группы Al, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Те, P, Ti, Zr, V, Nb, Та, Cr, Mo, W, Mn и Fe, что сопровождается формированием керамического покрытия. Известный способ является энергоемким, требует специального оборудования и осуществляется со сменой режима и электролита. Кроме того, предлагаемый для использования на стадии формирования керамического покрытия обширный ряд солей и широкий диапазон их концентраций создают неопределенность в выборе нужного варианта, в общем случае затрудняют получение качественных покрытий и осложняют возможность их применения по назначению.Known (US 5616229, publ. 1997.04.01) is a method for producing a ceramic coating on metals of a valve group, including aluminum, zirconium, titanium, hafnium and alloys of these metals, which immerses the metal as one of the electrodes in an electrolytic bath with an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide a with a concentration of 0.5-2.0 g / l, transmission using a counter electrode through the aforementioned metal of an alternating electric current with a voltage of at least 700 V, which provides an electrical breakdown with deposition compactly hydroxide on the surface of the metal film. Further, the method involves the introduction of an electrolyte in an amount of 2-200 g / l of an oxygen-containing alkali metal salt, including an element selected from the group Al, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, P, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, and Fe, which is accompanied by the formation of a ceramic coating. The known method is energy-intensive, requires special equipment and is carried out with a change of mode and electrolyte. In addition, the wide range of salts and the wide range of their concentrations proposed for use at the stage of forming the ceramic coating create uncertainty in choosing the right option, in the general case they make it difficult to obtain high-quality coatings and complicate the possibility of their intended use.

Известен описанный в патенте RU 2534123, опубл. 2014.11.27, способ получения на вентильных металлах и их сплавах, преимущественно на титане и его сплавах, алюминии и его сплавах, а также на сплавах магния, защитных антифрикционных, износостойких и обладающих высокой коррозионной стойкостью покрытий, который включает электрохимическую обработку поверхности металла в электролите, содержащем растворимый фосфат, тартрат либо силикат при значениях рН 8,0-10,5, в биполярном режиме при эффективной плотности тока 0,5-1,0 А/см2. Однако для того, чтобы обеспечить заявленные высокие защитные свойства покрытий, известный способ дополнительно предусматривает нанесение слоя политетрафторэтилена из его суспензии с последующей термообработкой, что повышает трудоемкость и увеличивает энергозатраты, при этом его осуществление требует подбора состава и регулирования значения рН для получения электролита в виде коллоидного раствора, образующего в процессе оксидирования суспензию. Помимо этого, полученные покрытия не обладают достаточной твердостью.Known described in patent RU 2534123, publ. 2014.11.27, a method for producing on valve metals and their alloys, mainly on titanium and its alloys, aluminum and its alloys, as well as on magnesium alloys, protective antifriction, wear-resistant and highly corrosion-resistant coatings, which includes electrochemical treatment of a metal surface in an electrolyte containing soluble phosphate, tartrate or silicate at pH values of 8.0-10.5, in bipolar mode with an effective current density of 0.5-1.0 A / cm 2 . However, in order to ensure the claimed high protective properties of the coatings, the known method further provides for the deposition of a layer of polytetrafluoroethylene from its suspension followed by heat treatment, which increases the complexity and increases energy consumption, while its implementation requires selection of the composition and regulation of the pH value to obtain the electrolyte in the form of a colloidal a solution forming a suspension during the oxidation process. In addition, the resulting coatings do not have sufficient hardness.

Наиболее близким к заявляемому является способ плазменно-электролитического оксидирования вентильных металлов и их сплавов (RU 2263163, опубл. 2005.10.27), который предусматривает обработку в водном электролите, содержащем, г/л: тринатрийфосфат Na3PO4⋅12Н2О 20-120, тетраборат натрия Na2B4O7⋅10Н2О⋅10-80, вольфрамат натрия Na2WO4⋅2H2O 1-12, при переменной анодно-катодной поляризации изделия с длительностью импульсов 0,0033-0,1 секунды и эффективной плотности тока 0,01-0,3 А/см2.Closest to the claimed is a method of plasma-electrolytic oxidation of valve metals and their alloys (RU 2263163, publ. 2005.10.27), which involves processing in an aqueous electrolyte containing, g / l: trisodium phosphate Na 3 PO 4 ⋅ 12Н 2 О 20- 120, sodium tetraborate Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10Н 2 О⋅ 10-80, sodium tungstate Na 2 WO 4 ⋅ 2H 2 O 1-12, with variable anodic-cathodic polarization of the product with a pulse duration of 0.0033-0.1 seconds and an effective current density of 0.01-0.3 A / cm 2 .

Покрытия, полученные известным способом, проявляют высокую устойчивость к атмосферной коррозии, выдерживают нагревание до 250°С и резкий перепад температур, однако толщина покрытий, которая только в отдельных случаях достигает 20 мкм, является недостаточной для обеспечения долговременной надежной защиты от электрохимической и химической коррозии и высоких механических свойств.The coatings obtained in a known manner exhibit high resistance to atmospheric corrosion, withstand heat up to 250 ° C and a sharp temperature drop, however, the thickness of the coatings, which only reaches 20 microns in some cases, is insufficient to provide long-term reliable protection against electrochemical and chemical corrosion and high mechanical properties.

Задачей изобретения является создание способа получения на вентильных металлах, преимущественно на алюминии и его сплавах, титане и его сплавах, покрытий с высокими защитными и механическими свойствами.The objective of the invention is to provide a method for producing valve metals, mainly aluminum and its alloys, titanium and its alloys, coatings with high protective and mechanical properties.

Технический результат способа заключается в повышении коррозионной устойчивости формируемых покрытий, улучшении их механических свойств, повышении гидрофобности.The technical result of the method is to increase the corrosion resistance of the formed coatings, improve their mechanical properties, increase hydrophobicity.

Указанный технический результат достигают способом получения защитных покрытий на вентильных металлах и их сплавах путем плазменно-электролитического оксидирования в течение 40-50 мин в биполярном режиме в щелочном электролите, содержащем тетраборат натрия Na2B4O7⋅10 Н2О и натриевую соль оксометаллической кислоты, в котором, в отличие от известного, в течение первых 5 минут анодное напряжение поднимают от 30 В до начального напряжения формирования и формируют покрытие, увеличивая напряжение со скоростью 0,6-6,0 В/мин до 480-490 В, после чего завершают формирование, в течение 6-7 мин снижая напряжение до 220-420 В, максимальную плотность катодного тока в ходе формирования покрытия устанавливают равной 50-75 А/дм2, снижая его значение до 10 А/дм2 одновременно со снижением анодного напряжения, при этом электролит в качестве оксометаллической соли натрия содержит молибдат натрия Na2MoO4⋅2H2O и дополнительно включает тартрат калия C4H4O6K2⋅0,5 H2O, силикат натрия Na2SiO3⋅2H2O и фторид натрия NaF при следующем содержании компонентов, г/л:The specified technical result is achieved by the method of producing protective coatings on valve metals and their alloys by plasma-electrolytic oxidation for 40-50 minutes in a bipolar mode in an alkaline electrolyte containing sodium tetraborate Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10 N 2 O and sodium salt of oxometallic acid, in which, unlike the known one, during the first 5 minutes the anode voltage is raised from 30 V to the initial formation voltage and forms a coating, increasing the voltage at a speed of 0.6-6.0 V / min to 480-490 V, after what head rshayut forming, within 6-7 minutes, reduces the voltage to 220-420 V, the maximum current density the cathode during coating formation is set to 50-75 A / dm 2, reducing its value to 10 A / dm 2 while decreasing the anode voltage, the electrolyte as an oxometallic sodium salt contains sodium molybdate Na 2 MoO 4 ⋅ 2H 2 O and additionally includes potassium tartrate C 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 H2O, sodium silicate Na 2 SiO 3 ⋅ 2H 2 O and fluoride sodium NaF in the following components, g / l:

NaFNaF 0,6-3,00.6-3.0 С4Н4ОбК2 0,5 Н20 C 4 H 4 ObK2 0.5 N 2 0 25-5025-50 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 1-101-10 Na2B4O7⋅10H2ONa 2 B 4 O 7 ⋅ 10H 2 O 10-3010-30 Na2SiO3⋅2 H2ONa 2 SiO 3 ⋅2 H 2 O 25-50.25-50.

При получении покрытий на алюминии и его сплавах напряжение в ходе формирования покрытия поднимают от 460-470 В до 480-490 со скоростью 0,6 В/мин и завершают формирование, снижая напряжение до 400-420 В в течение 6-7 мин.Upon receipt of coatings on aluminum and its alloys, the voltage during coating formation is raised from 460-470 V to 480-490 at a speed of 0.6 V / min and complete the formation, reducing the voltage to 400-420 V for 6-7 minutes.

При получении покрытия на титане и его сплавах напряжение в ходе формирования покрытия поднимают от 260-270 В до 470-480 В со скоростью 6 В/мин и завершают формирование, снижая напряжение до 220-230 В в течение 6-7 мин.Upon receipt of the coating on titanium and its alloys, the voltage during coating formation is raised from 260-270 V to 470-480 V at a speed of 6 V / min and the formation is completed, reducing the voltage to 220-230 V for 6-7 minutes.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Готовят электролит путем последовательного растворения в дистиллированной воде при комнатной температуре входящих в его состав компонентов при тщательном перемешивании в течение 25-30 мин. Подготовленный таким образом электролит перед использованием выдерживают еще 30 минут.An electrolyte is prepared by successively dissolving the constituent components in distilled water at room temperature with thorough stirring for 25-30 minutes. The electrolyte thus prepared is held for another 30 minutes before use.

Покрываемое изделие помещают в заполненную электролитом емкость (в производственных условиях в электролитическую ванну), при этом изделие является одним из электродов, а противоэлектрод выполнен из титана. Для охлаждения электролита используют полый холодильник в виде змеевика, охлаждаемого проточной водой, размещенного по периметру емкости с электролитом. Таким образом, температуру электролита в процессе оксидирования поддерживают в пределах 10°С, что обеспечивает его стабильность и увеличение срока его работоспособности.The product to be coated is placed in a container filled with electrolyte (in an electrolytic bath under industrial conditions), while the product is one of the electrodes, and the counter electrode is made of titanium. To cool the electrolyte, a hollow refrigerator is used in the form of a coil cooled by running water, placed around the perimeter of the tank with electrolyte. Thus, the temperature of the electrolyte during the oxidation process is maintained within 10 ° C, which ensures its stability and an increase in its working life.

В процессе оксидирования подают напряжение на электроды, реализуя биполярный режим, при этом подаваемый на оксидируемый образец поляризующий сигнал сформирован последовательностями из анодного и катодного импульсов длительностью 3300 мкс каждый без временного интервала между ними.In the process of oxidation, voltage is applied to the electrodes, realizing a bipolar mode, while the polarizing signal supplied to the oxidized sample is generated by sequences of anode and cathode pulses with a duration of 3300 μs each without a time interval between them.

Процесс оксидирования осуществляют в течение 40-50 мин при эффективном значении плотности нерегулируемого анодного тока, возрастающем с увеличением напряжения от 20 до 180 А/дм2, при этом характер изменения плотности анодного тока для различных сплавов алюминия является одинаковым, разброс по величине не превышает 5%. Аналогичная картина наблюдается для сплавов титана.The oxidation process is carried out for 40-50 minutes at an effective value of the density of the unregulated anode current, increasing with increasing voltage from 20 to 180 A / dm 2 , while the nature of the change in the density of the anode current for different aluminum alloys is the same, the spread in magnitude does not exceed 5 % A similar picture is observed for titanium alloys.

Анодное напряжение в течение первых 5 минут увеличивают от 30 В до значения, обеспечивающего начало формирования покрытия: 460-470 В для алюминия и его сплавов и 260-270 В для титана и его сплавов. Быстрый подъем напряжения в начальный период обработки позволяет избежать лишнего расхода электроэнергии и сэкономить время.During the first 5 minutes, the anode voltage is increased from 30 V to a value that provides the beginning of coating formation: 460-470 V for aluminum and its alloys and 260-270 V for titanium and its alloys. A quick increase in voltage during the initial processing period avoids unnecessary energy consumption and saves time.

Основной процесс формирования покрытия проводят при плавном повышении анодного напряжения до 480-490 В со средней скоростью изменения напряжения 0,6 В/мин для алюминия и его сплавов и со средней скоростью изменения напряжения 6 В/мин для титана и его сплавов. Затем в течение 6-7 мин напряжение снижают до 400-420 В для алюминия и до 220-230 В для титана. В ходе постепенного снижения величины напряжения и, соответственно, плотности анодного тока, поверхность формируемого покрытия уплотняется, открытые поры и дефекты, образовавшиеся в процессе роста покрытия, «залечиваются».The main coating formation process is carried out with a smooth increase in the anode voltage to 480-490 V with an average voltage change rate of 0.6 V / min for aluminum and its alloys and with an average voltage change rate of 6 V / min for titanium and its alloys. Then within 6-7 minutes the voltage is reduced to 400-420 V for aluminum and to 220-230 V for titanium. In the course of a gradual decrease in the voltage and, accordingly, the density of the anode current, the surface of the formed coating is compacted, open pores and defects formed during the growth of the coating are “healed”.

Наличие катодной составляющей в принципе создает благоприятные условия для формирования покрытия в ходе его анодной поляризации, а также приводит к разогреву внутренней части оксидного слоя, к образованию в этой области высокотемпературных фаз оксидов и оплавлению поверхности оксидного слоя. В результате уменьшается пористость, повышается механическая и коррозионная стойкость формируемых покрытий.The presence of the cathode component, in principle, creates favorable conditions for the formation of the coating during its anodic polarization, and also leads to the heating of the inner part of the oxide layer, to the formation of high-temperature phases of oxides in this region and the melting of the surface of the oxide layer. As a result, the porosity decreases, and the mechanical and corrosion resistance of the formed coatings increases.

Однако высокая плотность катодного тока может привести к ухудшению адгезии сформированного покрытия вплоть до его отделения от подложки.However, a high cathode current density can lead to a deterioration in the adhesion of the formed coating up to its separation from the substrate.

Согласно предлагаемому способу, используют максимальное значение плотности катодного тока, не превышающее 50-75 А/дм2, что наилучшим образом обеспечивает формирование бездефектных, мелкопористых плотных покрытий, при этом его плотность регулируют таким образом, что одновременно с уменьшением анодного напряжения на конечном этапе формирования покрытия его значение уменьшается до 10 А/дм2.According to the proposed method, the maximum value of the cathodic current density is used, not exceeding 50-75 A / dm 2 , which best ensures the formation of defect-free, finely porous dense coatings, while its density is controlled in such a way that at the same time as the anode voltage decreases at the final stage of formation coating its value decreases to 10 A / DM 2 .

Многокомпонентный состав электролита является универсальным, обеспечивает оптимальные и приближенные к оптимальным условия протекания процесса оксидирования для различных сплавов алюминия и сплавов титана, и, в конечном итоге, в значительной степени определяет состав и свойства получаемых покрытий.The multicomponent composition of the electrolyte is universal, provides optimal and approximate conditions for the oxidation process for various aluminum alloys and titanium alloys, and, ultimately, largely determines the composition and properties of the resulting coatings.

Присутствующие в электролите силикат и молибдат, способствуют формированию качественных покрытий за счет того, что являются источниками полимеризующихся анионов, образующих анионные комплексы, которые взаимодействуют с катионами оксидируемого материала.Silicate and molybdate present in the electrolyte contribute to the formation of high-quality coatings due to the fact that they are sources of polymerizable anions that form anionic complexes that interact with cations of the oxidized material.

Кроме того, молибдат натрия необходим для формирования в составе покрытия карбида молибдена, обеспечивающего повышение микротвердости покрытий, а силикат натрия является одним из основных компонентов, обеспечивающих формирование плотного покрытия.In addition, sodium molybdate is necessary for the formation of molybdenum carbide in the coating composition, which increases the microhardness of coatings, and sodium silicate is one of the main components that ensure the formation of a dense coating.

Результатом введения в электролит растворимых солей натрия, в частности, фторида натрия, снижающего вязкость раствора и облегчающего протекание электрохимических процессов в ходе микроплазменных разрядов, приводит к интенсификации процесса оксидирования.The introduction of soluble sodium salts into the electrolyte, in particular sodium fluoride, which reduces the viscosity of the solution and facilitates the flow of electrochemical processes during microplasma discharges, leads to an intensification of the oxidation process.

Кроме того, присутствие фторида натрия в растворе приводит к повышению его электропроводности, а, следовательно, увеличивает рассеивающую способность электролита.In addition, the presence of sodium fluoride in the solution leads to an increase in its electrical conductivity, and, consequently, increases the scattering capacity of the electrolyte.

Введение в состав электролита соли винной кислоты - тартрата калия дает эффект увеличения длительности микроплазменных разрядов при термолизе электролита на аноде и, следовательно, увеличивает продолжительность температурного воздействия на формируемое покрытие. За счет этого достигается высокая скорость роста покрытия при более низких значениях напряжения по сравнению с электролитом, не содержащим тартрата калия.The introduction of a salt of tartaric acid, potassium tartrate, into the electrolyte gives the effect of increasing the duration of microplasma discharges during thermolysis of the electrolyte at the anode and, therefore, increases the duration of the temperature effect on the formed coating. Due to this, a high coating growth rate is achieved at lower voltage values compared to an electrolyte not containing potassium tartrate.

Тетраборат натрия предназначен для буферирования электролита во избежание снижения рН раствора, которое способно привести к разрушению комплексных анионов. Помимо этого, он обеспечивает снижение пористости формируемых покрытий.Sodium tetraborate is designed to buffer electrolyte to avoid lowering the pH of the solution, which can lead to the destruction of complex anions. In addition, it provides a decrease in the porosity of the formed coatings.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает формирование путем плазменно-электролитического оксидирования на поверхности вентильных металлов и их сплавов, преимущественно, алюминиевых и титановых сплавов, защитных ПЭО-покрытий, проявляющих высокую коррозионную устойчивость, высокие механические свойства, а именно, микротвердость, достаточно высокую для применения в промышленных целях и хорошую адгезию к подложке. Кроме того, полученные покрытия обнаруживают толщину и гидрофобность, которые дают существенный вклад в их защитные свойства. Примеры конкретного осуществления способаThus, the proposed method provides the formation by plasma electrolytic oxidation on the surface of valve metals and their alloys, mainly aluminum and titanium alloys, protective PEO coatings exhibiting high corrosion resistance, high mechanical properties, namely, microhardness high enough for use for industrial purposes and good adhesion to the substrate. In addition, the resulting coatings exhibit thickness and hydrophobicity, which give a significant contribution to their protective properties. Examples of specific implementation of the method

Для формирования защитных покрытий были использованы образцы, размером 30 мм × 30 мм × 2,0 мм. Их поверхность обрабатывали наждачной бумагой различной зернистости (320-400, 600, 800, 1000), промывали и сушили под струей теплого воздуха.For the formation of protective coatings were used samples with a size of 30 mm × 30 mm × 2.0 mm Their surface was treated with sandpaper of various grain sizes (320-400, 600, 800, 1000), washed and dried under a stream of warm air.

Для проведения плазменного электролитического оксидирования использовали тиристорный источник тока ТЕР4-100/460Н-2-2УХЛ4 номинальной мощностью 29 кВт с программным управлением, обеспечивающий подачу на обрабатываемый образец поляризующих импульсов длительностью 0,0033 с.To conduct plasma electrolytic oxidation, a TER4-100 / 460N-2-2UHL4 thyristor current source with a nominal power of 29 kW with program control was used, which provided polarized pulses with a duration of 0.0033 s to the sample being processed.

Толщину сформированных оксидных пленок измеряли с использованием вихретокового толщиномера покрытий ВТ-201 (ООО «КИД», Россия) при основной погрешности измерений 3%.The thickness of the formed oxide films was measured using an eddy current coating thickness gauge VT-201 (OOO KID, Russia) with a basic measurement error of 3%.

Морфологию ПЭО-покрытий исследовали при помощи настольного электронного микроскопа Evex Mini-SEM SX-3000 (Evex Analytical Instruments Inc., США) при ускоряющем напряжении 20 кВ.The morphology of PEO coatings was studied using an Evex Mini-SEM SX-3000 benchtop electron microscope (Evex Analytical Instruments Inc., USA) at an accelerating voltage of 20 kV.

Пористость покрытий определяли, анализируя СЭМ изображения, полученные при одинаковом увеличении, при помощи программного обеспечения Image J 1.50g (National Institutes of Health, США).Coating porosity was determined by analyzing SEM images obtained at the same magnification using Image J 1.50g software (National Institutes of Health, USA).

Электрохимические исследования для установления коррозионной стойкости полученных покрытий проводили методом потенциодинамической поляризации в 3% растворе NaCl с помощью VersaSTAT МС (Princeton Applied Research, США). Поляризационные зависимости снимали при развертке потенциала от значения E1 = Ек - 250 мВ до значения Е2 = Ек + 1000 мВ при скорости развертки потенциала 1 мВ/с для сплавов алюминия и от E1 = Ек - 250 мВ до значения Е2 = Ек + 250 мВ при скорости развертки потенциала 0,1667 мВ/с.Electrochemical studies to establish the corrosion resistance of the obtained coatings were carried out by potentiodynamic polarization in a 3% NaCl solution using VersaSTAT MS (Princeton Applied Research, USA). The polarization dependences were recorded during the potential sweep from the value of E 1 = E k - 250 mV to the value of E 2 = E k + 1000 mV at a potential sweep speed of 1 mV / s for aluminum alloys and from E 1 = E k - 250 mV to the value of E 2 = E to + 250 mV at a potential sweep speed of 0.1667 mV / s.

Кроме того, коррозионную стойкость полученных покрытий на алюминиевых сплавах к атмосфере, содержащей хлорид-ионы, оценивали методом капли согласно ГОСТ 9302-88 (250 см3/соляной кислоты с плотностью 1,19 г/см3 и 30 г калия двухромовокислого на 1 дм3 раствора).In addition, the corrosion resistance of the obtained coatings on aluminum alloys to an atmosphere containing chloride ions was evaluated by the drop method according to GOST 9302-88 (250 cm 3 / hydrochloric acid with a density of 1.19 g / cm 3 and 30 g of potassium dichromate per 1 dm 3 solutions).

Для измерения контактных углов (углов смачивания) использовался метод цифровой обработки изображения сидячей капли деионизированной воды на поверхности сформированных ПЭО-покрытий. Для измерения контактных углов и получения оптических изображений сидячих капель, объемом 10 мкл, использовался Kruss DSA100. Начальные контактные углы были измерены в 10 разных положениях на поверхности каждого образца после 60-секундной выдержки капли.To measure contact angles (wetting angles), we used the method of digital image processing of a sitting drop of deionized water on the surface of the formed PEO coatings. To measure contact angles and obtain optical images of sessile droplets with a volume of 10 μl, Kruss DSA100 was used. The initial contact angles were measured at 10 different positions on the surface of each sample after a 60 second drop exposure.

Определение микротвердости материала покрытий проводили на динамическом ультрамикротвердомере DUH-W201 (Shimadzu, Япония). Измерения осуществляли при нагрузке в 300 мН, с использованием индентора Виккерса с углом при вершине 110°. Значения, полученные по 10 точкам, усредняли и рассчитывали погрешность. Оценку и сравнительный анализ упругопластических свойств покрытий проводили с помощью программного обеспечения Shimadzu DUH Analysis Application v. 2.10.The microhardness of the coating material was determined on a DUH-W201 dynamic ultramicrohardness meter (Shimadzu, Japan). The measurements were carried out at a load of 300 mN using a Vickers indenter with an angle at the apex of 110 °. The values obtained from 10 points were averaged and the error was calculated. Evaluation and comparative analysis of the elastoplastic properties of the coatings was performed using the Shimadzu DUH Analysis Application v software. 2.10.

Прочностные свойства полученных покрытий были исследованы методом склерометрии (скретч-тестирования) на приборе Revetest Scratch Tester (CSM Instrument, Швейцария). При равномерном увеличении нагрузки от 1 Н до 180 Н со скоростью нагружения 15,5 Н/мин. определяли критические нагрузки, при которых на покрытии появлялись первые следы разрушения.The strength properties of the obtained coatings were investigated by sclerometry (scratch testing) using a Revetest Scratch Tester (CSM Instrument, Switzerland). With a uniform increase in load from 1 N to 180 N with a loading speed of 15.5 N / min. critical loads were determined at which the first traces of failure appeared on the coating.

Пример 1Example 1

Пластины алюминиевого сплава АМг3 (мас. %: Mg 2,6-3,6; Mn 0,5; Si 0,4; Fe 0,4; Cr 0,3; Zn 0,2; Ti 0,15; Cu 0,1; остальное Al) обрабатывали в течение 45 минут в биполярном режиме в электролите следующего состава, г/л:AMg3 aluminum alloy plates (wt.%: Mg 2.6-3.6; Mn 0.5; Si 0.4; Fe 0.4; Cr 0.3; Zn 0.2; Ti 0.15; Cu 0 , 1; the rest of Al) was treated for 45 minutes in bipolar mode in an electrolyte of the following composition, g / l:

NaFNaF 0,60.6 C4H4O6K2⋅0,5 H2OC 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 H 2 O 2525 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 33 Na2B4O7⋅10 H2ONa 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O 20twenty Na2SiO3⋅2 H2ONa 2 SiO 3 ⋅2 H 2 O 25.25.

В течение первых 5 мин обработки анодное напряжение увеличивали от 30 В до 470 В (начального напряжение формирования), затем формировали покрытие, увеличивая напряжение до 480 В и завершали режим снижением напряжения от 480 В до 420 В со скоростью примерно 10 В/мин (6-7 мин). Плотность катодного тока в ходе формирования покрытия поднимают до 50 А/дм2 и одновременно со снижением анодного напряжения снижают до 10 А/дм2. Нерегулируемая плотность анодного тока в ходе оксидирования изменяется от 20-30 до 180 А/дм2.During the first 5 min of treatment, the anode voltage was increased from 30 V to 470 V (initial formation voltage), then a coating was formed by increasing the voltage to 480 V and the mode was completed by decreasing the voltage from 480 V to 420 V at a speed of about 10 V / min (6 -7 min). The cathode current density during coating formation is raised to 50 A / dm 2 and simultaneously with a decrease in the anode voltage is reduced to 10 A / dm 2 . Unregulated density of the anode current during oxidation varies from 20-30 to 180 A / DM 2 .

В результате получено равномерное бездефектное покрытие бурого цвета толщиной 85±4 мкм. Коррозионная плотность тока для полученного покрытия составляет (2,3±1,5)×10-8 А/см2, микротвердость 10500-11900 МПа. Покрытие выдерживает при скретч-тестировании нагрузку 155,6±3,9 Н. Угол смачивания деионизированной водой составлял (48±2)°. Коррозионная стойкость, измеренная методом капли, составила 55-60 мин.As a result, a uniform defect-free brown coating with a thickness of 85 ± 4 μm was obtained. Corrosive current density for the resulting coating is (2.3 ± 1.5) × 10 -8 A / cm 2 , microhardness 10500-11900 MPa. The coating withstands a load of 155.6 ± 3.9 N during scratch testing. The wetting angle of deionized water was (48 ± 2) °. The corrosion resistance measured by the drop method was 55-60 minutes.

Пример 2Example 2

Пластины алюминиевого сплава АМг6 (мас. %: Mg 5,8-6,8; Mn 0,5-0,8; Si 0,4; Fe 0.4; Zn 0,2; Cu 0,1; Ti 0,02-0,1; остальное Al) подвергали обработке в условиях примера 1 в электролите следующего состава, г/л:AMg6 aluminum alloy plates (wt.%: Mg 5.8-6.8; Mn 0.5-0.8; Si 0.4; Fe 0.4; Zn 0.2; Cu 0.1; Ti 0.02- 0.1; the rest of Al) was treated under the conditions of example 1 in an electrolyte of the following composition, g / l:

NaFNaF 0,60.6 C4H4O6K2⋅0,5 H2OC 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 H 2 O 30thirty Na2MoO4 Na 2 MoO 4 1one Na2B4O7⋅10 H2ONa 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O 20twenty Na2SiO3⋅2 H2ONa 2 SiO 3 ⋅2 H 2 O 30.thirty.

В результате обработки сформировано равномерное бездефектное покрытие бурого цвета толщиной 73±3 мкм со следующими характеристиками: плотность коррозионного тока (2,9±1,1)×10-8 А/см2, микротвердость 8700-11000 МПа; максимальная нагрузка при скретч-тестировании 148,3±5,2 Н. Угол смачивания деионизированной водой составлял (57±3)°. Коррозионная стойкость, измеренная методом капли, составила 55-60 мин.As a result of processing, a uniform brown-free, defect-free coating was formed with a thickness of 73 ± 3 μm with the following characteristics: corrosion current density (2.9 ± 1.1) × 10 -8 A / cm 2 , microhardness 8700-11000 MPa; the maximum load during scratch testing was 148.3 ± 5.2 N. The angle of wetting with deionized water was (57 ± 3) °. The corrosion resistance measured by the drop method was 55-60 minutes.

График изменения анодного и катодного напряжения и анодного и катодного токов по примерам 1-2 приведен на фиг. 1.The graph of changes in the anode and cathode voltage and the anode and cathode currents of Examples 1-2 is shown in FIG. one.

Пример 3Example 3

Пластины Sc-содержащего алюминиевого сплава В-1579 (мас. %: Mg 6,78; Zn 0,62; Si 0,51; Cr 0,17; Fe 0,15; Cu 0,14; Zr 0,13; Sc 0,13; Ni 0,1; Ti 0,02; Al остальное). Анодное напряжение в ходе формирования покрытия поднимали от 460 до 490 В и через 35 минут оксидирования снижали до 400 В. Катодный ток в ходе формирования покрытия поднимали до 60 А/дм2 и снижали одновременно с уменьшением анодного напряжения до 10 А/дм2. Обработку проводили в электролите, содержащем, г/л:Plates of Sc-containing aluminum alloy B-1579 (wt.%: Mg 6.78; Zn 0.62; Si 0.51; Cr 0.17; Fe 0.15; Cu 0.14; Zr 0.13; Sc 0.13; Ni 0.1; Ti 0.02; Al balance). The anode voltage during the formation of the coating was raised from 460 to 490 V and after 35 minutes of oxidation was reduced to 400 V. The cathode current during the formation of the coating was raised to 60 A / dm 2 and reduced simultaneously with a decrease in the anode voltage to 10 A / dm 2 . The treatment was carried out in an electrolyte containing, g / l:

NaFNaF 0,60.6 C4H4O6K2⋅0,5 H2OC 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 H 2 O 2525 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 33 Na2B4O7⋅10 H2ONa 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O 20twenty Na2SiO3⋅2 H2ONa 2 SiO 3 ⋅2 H 2 O 30.thirty.

Получено ровное бездефектное покрытие темно-коричневого цвета толщиной 61±3 мкм со следующими характеристиками: плотность коррозионного тока (3,1±1,6)×10-8 А/см2, микротвердость 8700-10000 МПа; максимальная нагрузка при скретч-тестировании 121,7±5,4 Н. Угол смачивания деионизированной водой составлял (97±2)°. Коррозионная стойкость, измеренная методом капли, составила 45-50 мин.An even, defect-free coating of dark brown color with a thickness of 61 ± 3 μm was obtained with the following characteristics: density of corrosion current (3.1 ± 1.6) × 10 -8 A / cm 2 , microhardness 8700-10000 MPa; the maximum load during scratch testing was 121.7 ± 5.4 N. The angle of wetting with deionized water was (97 ± 2) °. The corrosion resistance measured by the drop method was 45-50 minutes.

Пример 4Example 4

Пластины Cu-содержащего алюминиевого сплава Д16 (мас. %: Cu 3,8-4.9; Mg 1,2-1,8; Mn 0,3-0,9; Si 0,5; Fe 0,5; Zn 0,25; Ti 0,15; Cr 0,1; остальное Al) оксидировали в условиях примера 3 в электролите, содержащем, г/л:Plates of a Cu-containing aluminum alloy D16 (wt.%: Cu 3.8-4.9; Mg 1.2-1.8; Mn 0.3-0.9; Si 0.5; Fe 0.5; Zn 0, 25; Ti 0.15; Cr 0.1; the rest Al) was oxidized under the conditions of example 3 in an electrolyte containing, g / l:

NaFNaF 1,01,0 C4H4O6K2⋅0,5 H2OC 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 H 2 O 50fifty Na2MoO4 Na 2 MoO 4 1010 Na2B4O7⋅10H2ONa 2 B 4 O 7 ⋅ 10H 2 O 30thirty Na2SiO3⋅2 H2ONa 2 SiO 3 ⋅2 H 2 O 50.fifty.

Получено шершавое бездефектное покрытие темно-коричневого цвета толщиной 69±4 мкм со следующими характеристиками: плотность коррозионного тока (5,9±1,6)×010-8 А/см2, микротвердость 11500-12000 МПа; максимальная нагрузка при скретч-тестировании 157,1±2,1 Н. Угол смачивания деионизированной водой составлял (44±5)°. Коррозионная стойкость, измеренная методом капли, составила 25-30 мин. Пример 5A rough, defect-free coating of dark brown color with a thickness of 69 ± 4 μm was obtained with the following characteristics: corrosion current density (5.9 ± 1.6) × 010 -8 A / cm 2 , microhardness 11500-12000 MPa; the maximum load during scratch testing was 157.1 ± 2.1 N. The angle of wetting with deionized water was (44 ± 5) °. The corrosion resistance measured by the drop method was 25-30 minutes. Example 5

Пластины технического титана марки ВТ1-0 (мас. %, Fe 0,2; Si 0,1; С 0,07; прочие примеси 0,3, остальное Ti) оксидировали в биполярном режиме в течение 45 минут в электролите следующего состава г/л;Plates of technical titanium VT1-0 grade (wt.%, Fe 0.2; Si 0.1; C 0.07; other impurities 0.3, the rest Ti) were oxidized in bipolar mode for 45 minutes in an electrolyte of the following composition g / l;

NaFNaF 0,90.9 C4H4O6K2⋅0,5 H2OC 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 H 2 O 30thirty Na2MoO4 Na 2 MoO 4 33 Na2B4O7⋅10H2ONa 2 B 4 O 7 ⋅ 10H 2 O 1010 Na2SiO3⋅2 H2ONa 2 SiO 3 ⋅2 H 2 O 40.40.

В течение первых 5 мин анодное напряжение увеличивали от 30 В до 270 В, затем поднимали до 470 В со скоростью 6 В/мин и завершали режим снижением анодного напряжения от 470 В до 220 В в течение примерно 7 мин. Плотность катодного тока поднимали в ходе формирования покрытия до 75 А/дм2 и снижали до 10 А/дм2 одновременно со снижением анодного напряжения.During the first 5 minutes, the anode voltage was increased from 30 V to 270 V, then it was raised to 470 V at a speed of 6 V / min and the mode was completed by reducing the anode voltage from 470 V to 220 V for about 7 minutes. The cathode current density was raised during coating formation to 75 A / dm 2 and decreased to 10 A / dm 2 simultaneously with a decrease in the anode voltage.

Получено шершавое покрытие темно-серого цвета толщиной 47±5 мкм со следующими характеристиками: плотность коррозионного тока (9,7±4,5)×10-9 А/см2, микротвердость 5900-7000 МПа; максимальная нагрузка при скретч-тестировании 38,4±2,9 Н. Угол смачивания деионизированной водой составлял (99±4)°A rough dark gray coating was obtained with a thickness of 47 ± 5 μm with the following characteristics: density of corrosion current (9.7 ± 4.5) × 10 -9 A / cm 2 , microhardness 5900-7000 MPa; maximum load during scratch testing 38.4 ± 2.9 N. The angle of wetting with deionized water was (99 ± 4) °

Пример 6Example 6

Пластины титанового сплава марки ВТ6 (мас. %, Fe до 0,6; С до 0,1; Si до 0,1; V 3,5-5,3; N до 0,5; Al 5,3-6,8; Zr до 0,3; О до 0,2; Ti 86,45-90,9) оксидировали в биполярном режиме в течение 45 минут в электролите следующего состава г/л;VT6 grade titanium alloy plates (wt.%, Fe up to 0.6; C up to 0.1; Si up to 0.1; V 3.5-5.3; N up to 0.5; Al 5.3-6, 8; Zr to 0.3; O to 0.2; Ti 86.45-90.9) were oxidized in bipolar mode for 45 minutes in an electrolyte of the following composition g / l;

NaFNaF 3,03.0 C4H4O6K2⋅0,5 H2OC 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 H 2 O 50fifty Na2MoO4 Na 2 MoO 4 55 Na2B4O7⋅10H2ONa 2 B 4 O 7 ⋅ 10H 2 O 1010 Na2SiO3⋅2 H2ONa 2 SiO 3 ⋅2 H 2 O 40.40.

В течение первых 5 мин анодное напряжение увеличивали от 30 В до 260 В, затем поднимали до 480 В со скоростью 6 В/мин и завершали режим снижением анодного напряжения от 480 В до 230 В в течение примерно 6 мин. Плотность катодного тока поднимали в ходе формирования покрытия до 50 А/дм2 и снижали до 10 А/дм2 одновременно со снижением анодного напряжения.During the first 5 minutes, the anode voltage was increased from 30 V to 260 V, then it was raised to 480 V at a speed of 6 V / min and the mode was completed by reducing the anode voltage from 480 V to 230 V for about 6 minutes. The cathode current density was raised during the coating formation to 50 A / dm 2 and decreased to 10 A / dm 2 simultaneously with a decrease in the anode voltage.

Получено ровное бездефектное покрытие черного цвета толщиной 39±5 мкм со следующими характеристиками: плотность коррозионного тока (9,9±1,8)×10-9 А/см2, микротвердость 5100-6500 МПа; максимальная нагрузка при скретч-тестировании 28,4±3,9 Н. Угол смачивания деионизированной водой составлял (104±3)°.An even defect-free black coating was obtained with a thickness of 39 ± 5 μm with the following characteristics: density of corrosion current (9.9 ± 1.8) × 10 -9 A / cm 2 , microhardness 5100-6500 MPa; the maximum load during scratch testing was 28.4 ± 3.9 N. The angle of wetting with deionized water was (104 ± 3) °.

График изменения анодного и катодного напряжения и анодного и катодного токов по примерам 5-6 приведен на фиг. 2.The graph of changes in the anode and cathode voltage and the anode and cathode currents of Examples 5-6 is shown in FIG. 2.

На фиг. 3 показаны СЭМ-изображения поверхности покрытий, сформированных на алюминиевых сплавах по примерам 1-4 при двух различных увеличениях: а-АМг3; б-АМг6; в-В=1579; г-Д16 при увеличении ×100; д, е, ж, з - те же покрытия при увеличении ×300.In FIG. 3 shows SEM images of the surface of coatings formed on aluminum alloys according to Examples 1-4 at two different magnifications: a-AMg3; b-AMg6; bb = 1579; g-D16 at magnification × 100; d, f, g, h - the same coatings at a magnification of × 300.

На фиг. 4 показаны СЭМ-изображения поверхности покрытий, сформированных на титане и его сплаве по примерам 5-6; (а-ВТ1-0; б-ВТ6) при увеличении ×100 и в, г - те же покрытия при увеличении ×300.In FIG. 4 shows SEM images of the surface of coatings formed on titanium and its alloy according to Examples 5-6; (a-VT1-0; b-VT6) with an increase of × 100 and c, d - the same coatings with an increase of × 300.

Claims (4)

1. Способ получения защитных покрытий на изделиях из вентильных металлов и их сплавов, включающий плазменно-электролитическое оксидирование в биполярном режиме в щелочном электролите, содержащем тетраборат натрия Na2B4O7⋅10Н2О, натриевую соль оксометаллической кислоты, отличающийся тем, что в течение первых 5 минут анодное напряжение поднимают от 30 В до начального напряжения формирования, затем в течение 30-35 мин формируют покрытие при увеличении напряжения со скоростью 0,6-6,0 В/мин до 480-490 В, после чего завершают формирование при снижении напряжения до 220-420 В в течение 6-7 мин, максимальную плотность катодного тока в ходе формирования покрытия устанавливают равной 50-75 А/дм2, снижают значение плотности тока до 10 А/дм2 одновременно со снижением анодного напряжения, при этом электролит в качестве оксометаллической соли натрия содержит молибдат натрия Na2MoO4⋅2Н2О и дополнительно включает тартрат калия C4H4O6K2⋅0,5 Н2О, силикат натрия Na2SiO3⋅2H2O и фторид натрия NaF при следующем содержании компонентов, г/л:1. The method of producing protective coatings on products from valve metals and their alloys, including plasma-electrolytic oxidation in bipolar mode in an alkaline electrolyte containing sodium tetraborate Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10H 2 O, sodium salt of oxometallic acid, characterized in that during the first 5 minutes, the anode voltage is raised from 30 V to the initial formation voltage, then a coating is formed within 30-35 min with an increase in voltage at a speed of 0.6-6.0 V / min to 480-490 V, after which the formation is completed with a decrease apryazheniya to 220-420 volts for 6-7 min, maximum cathode current density during the formation of the coating is set at 50-75 A / dm 2, the current density is reduced to a value of 10 A / dm 2 while decreasing the anode voltage, the electrolyte contains sodium molybdate Na 2 MoO 4 ⋅ 2H 2 O as an oxometallic salt of sodium and additionally includes potassium tartrate C 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 N 2 O, sodium silicate Na 2 SiO 3 ⋅ 2H 2 O and sodium fluoride NaF in the following components, g / l: NaFNaF 0,6-3,0                      0.6-3.0 C4H4O6K2⋅0,5 H2OC 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5 H 2 O 25-5025-50 Na2MoO4 Na 2 MoO 4 1-10              1-10 Na2B4O7⋅10 H2ONa 2 B 4 O 7 ⋅ 10 H 2 O 10-3010-30 Na2SiO3⋅2 H2ONa 2 SiO 3 ⋅2 H 2 O 25-5025-50
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при получении покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов напряжение в ходе формирования покрытия поднимают от 460-470 В до 480-490 В со скоростью 0,6 В/мин, причем завершают формирование при снижении напряжения до 400-420 В в течение 6-7 мин.2. The method according to p. 1, characterized in that when receiving coatings on products from aluminum and its alloys, the voltage during the formation of the coating is raised from 460-470 V to 480-490 V at a speed of 0.6 V / min, and complete the formation with a decrease in voltage to 400-420 V for 6-7 minutes 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при получении покрытий на изделиях из титана и его сплавов напряжение в ходе формирования покрытия поднимают от 260-270 В до 470-480 В со скоростью 6 В/мин, причем завершают формирование при снижении напряжения до 220-230 В в течение 6-7 мин.3. The method according to p. 1, characterized in that when receiving coatings on products made of titanium and its alloys, the voltage during coating formation is raised from 260-270 V to 470-480 V at a speed of 6 V / min, and the formation is completed when reduced voltage up to 220-230 V for 6-7 minutes.
RU2017146483A 2017-12-27 2017-12-27 Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof RU2677388C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146483A RU2677388C1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146483A RU2677388C1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2677388C1 true RU2677388C1 (en) 2019-01-16

Family

ID=65025207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017146483A RU2677388C1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677388C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5616229A (en) * 1994-06-01 1997-04-01 Almag Al Process for coating metals
RU2263163C1 (en) * 2004-07-30 2005-10-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Method of plasma electrolytic oxidation of rectifying metals and their alloys
RU2614917C1 (en) * 2016-02-09 2017-03-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method for protective composite coatings production on magnesium alloy
RU2617088C1 (en) * 2016-02-18 2017-04-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5616229A (en) * 1994-06-01 1997-04-01 Almag Al Process for coating metals
RU2263163C1 (en) * 2004-07-30 2005-10-27 Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) Method of plasma electrolytic oxidation of rectifying metals and their alloys
RU2614917C1 (en) * 2016-02-09 2017-03-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Method for protective composite coatings production on magnesium alloy
RU2617088C1 (en) * 2016-02-18 2017-04-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hakimizad et al. Effects of pulse current mode on plasma electrolytic oxidation of 7075 Al in Na2WO4 containing solution: From unipolar to soft-sparking regime
Dehnavi et al. Corrosion properties of plasma electrolytic oxidation coatings on an aluminium alloy–The effect of the PEO process stage
Kityk et al. Electropolishing of aluminium in a deep eutectic solvent
Kumar et al. Corrosion protection performance of single and dual Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) coating for aerospace applications
Sobolev et al. Comparison of plasma electrolytic oxidation coatings on Al alloy created in aqueous solution and molten salt electrolytes
KR101214400B1 (en) Plasma electrolytic oxidation coating method for aluminum metal and aluminum metal-oxide
KR20090020496A (en) Anodized aluminum alloy material having both durability and low polluting property
Pezzato et al. Plasma electrolytic oxidation coating produced on 39NiCrMo3 steel
Peng et al. Preparation of anodic films on 2024 aluminum alloy in boric acid-containing mixed electrolyte
JPWO2017204265A1 (en) Sn plated steel sheet
KR20230093037A (en) Surface-treated steel sheet and its manufacturing method
Hesamedini et al. Structure and formation of trivalent chromium conversion coatings containing cobalt on zinc plated steel
RU2569259C1 (en) Method for obtaining protective polymer-containing coatings on metals and alloys
Hussein et al. Production of high quality coatings on light alloys using plasma electrolytic oxidation (PEO)
US2305669A (en) Method for manufacturing hard and compact protective layers on magnesium and magnesium alloys
RU2677388C1 (en) Method of making protective coatings on valve metals and alloys thereof
Schneider et al. Anodic oxide formation on AA2024: electrochemical and microstructure investigation
RU2534123C1 (en) Making of protective coatings on valve metals and their alloys
TW201641705A (en) Surface-treated steel plate, metal container, and method for producing surface-treated steel plate
KR101803219B1 (en) Steel sheet for container and manufacturing method therefor
KR101840567B1 (en) Preparing method of colored coating layer for aluminum oxide with excellent corrosion resistance for military Using Plasma Electrolytic Oxidation
Tran et al. Plasma electrolytic oxidation coating on 6061 Al alloy using an electrolyte without alkali ions
US20190177868A1 (en) Durable white inorganic finish for aluminium articles
RU2263163C1 (en) Method of plasma electrolytic oxidation of rectifying metals and their alloys
RU2704344C1 (en) Method of forming composite coatings on magnesium