RU2736943C1 - Способ нанесения покрытия на изделия из вентильного металла или его сплава - Google Patents
Способ нанесения покрытия на изделия из вентильного металла или его сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2736943C1 RU2736943C1 RU2020114676A RU2020114676A RU2736943C1 RU 2736943 C1 RU2736943 C1 RU 2736943C1 RU 2020114676 A RU2020114676 A RU 2020114676A RU 2020114676 A RU2020114676 A RU 2020114676A RU 2736943 C1 RU2736943 C1 RU 2736943C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- duration
- anode
- voltage
- coating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
Abstract
Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий на вентильные металлы (алюминий, титан, магний) и их сплавы методом микродугового оксидирования (МДО) для широкого спектра применения не только на новых изделиях, но и изделиях после эксплуатации, например, для восстановления покрытий после износа. Способ включает погружение изделия в ванну с водным раствором электролита и МДО в импульсном анодно-катодном режиме, при этом МДО осуществляют со скоростью роста покрытия на гранях и углах выше, чем в центре изделия, с помощью устройства, где блок заряда имеет в своем составе управляемый импульсный повышающий квазирезонансный преобразователь с режимом работы по току и напряжению, устанавливают анодное напряжение от 350 до 500 В и постепенно увеличивают его от 500 до 600 В, а катодное напряжение оставляют постоянным от 0 до 100 В, причем длительность анодных импульсов устанавливают от 50 до 300 мкс, катодных – от 50 до 100 мкс, частоту следования импульсов от 30 до 500 Гц, а время паузы между анодным и катодным импульсами от 0 до 5 мс, при этом доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 350 до 500 В, длительностью от 50 до 300 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц и катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 0 до 50 В, длительностью от 50 до 100 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц составляет не более 75%, а доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 500 до 600 В, длительностью от 50 до 300 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц и катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 0 до 100 В, длительностью от 50 до 100 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц составляет не менее 25 %. Технический результат: управление скоростью получения покрытия на различных участках поверхности изделия, что позволяет получать равномерные по толщине покрытия на изделии или необходимой толщины на его участках. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 10 пр.
Description
Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий на вентильные металлы (алюминий, титан, магний) и их сплавы методом микродугового оксидирования для широкого спектра применения не только на новых изделиях, но и изделиях после эксплуатации, например, для восстановления покрытий после износа. В сравнении с анодированием и другими гальваническими процессами микродуговое оксидирование (МДО) характеризуется меньшим временем нанесения покрытия, позволяет исключить многочисленные операции, связанные с подготовкой поверхности изделия, например, травление, обезжиривание, осветление, промывка горячей и холодной водой и т.д., а также значительно упростить систему утилизации сточных вод и отработанного электролита, сократить количество производственных площадей и расход воды.
Известен способ формирования керамических покрытий на металлах и сплавах в электролитической ванне, снабженной первым электродом и заполненной водным щелочным электролитом, в который погружено изделие, соединенное с другим электродом, в котором импульсный ток подается через электроды так, чтобы обеспечить возможность проведения процесса в режиме плазменного разряда. Указанный процесс включает в себя этапы: подачи на электроды высокочастотных биполярных импульсов тока, имеющих заданный диапазон частот; генерирование акустических колебаний в электролите в заданном звуковом диапазоне частот, так что частотный диапазон акустических колебаний перекрывается с частотным диапазоном импульсов тока (патент WO 03083181, C25D11/02, C25D11/04, опубл. 09.10.2003 г.).
Однако на основании данных приведенных в патенте, несмотря на обеспечиваемую высокую скорость формирования МДО-покрытия (2-10 мкм/мин), нет сведений о площади покрываемых деталей, в связи, с чем сложно оценить реальную скорость формирования покрытия и для какой площади изделия эта скорость является актуальной.
В патенте предлагается для получения покрытия с низкой шероховатостью (0,6 – 2,1мкм) дополнительно применение генераторов акустических колебаний, что усложняет конструкцию установки и как следствие, приводит к удорожанию технологии нанесения МДО-покрытия.
Недостатком также является применение нестабильных электролитов с их быстрой защелачиваемостью и засорением продуктами реакции, невозможностью корректирования истощенного электролита простым добавлением недостающих компонентов, что как следствие приводит к короткому рабочему периоду, после которого электролит необходимо сливать и заменять новым. При использовании дисперсных частиц в составе электролита необходимо постоянное перемешивание раствора для поддержания стабильного состава дисперсных частиц в объеме электролита, что также усложняет конструкцию установки.
Известен способ, который включает микродуговое оксидирование изделия из вентильного металла и его сплава в импульсном анодно-катодном режиме в водном растворе электролита, содержащем, дигидрофосфат натрия, силикат натрия, цианид калия, молибдат натрия (патент РФ 2607875, C25D11/14, опубл. 20.10.2016 г.).
Недостатком известного способа является использование в составе электролита силикатов щелочных металлов. Несмотря на более длительный срок службы приведенного электролита по сравнению со стандартными силикатными электролитами, применение небольших количеств силикатов щелочных металлов от 1 до 10г/л приведет к защелачиванию и засорению продуктами реакции. Кроме того, данный способ не позволяет наносить равномерного по цвету черного покрытия на комбинированные детали, состоящие из различных сплавов алюминия и титана.
Известен способ, который относится к области электрохимического нанесения покрытий на вентильные металлы и их сплавы (патент РФ 2077612, С 25D11/02, опубл. 20.04.1997 г.), выбранный в качестве прототипа. Способ включает оксидирование в импульсном анодно-катодном режиме в щелочном электролите, причем чередующиеся положительные и отрицательные импульсы имеют сложную форму, длительность импульсов и паузы между ними составляют 100 - 300 мкс., в первоначальный момент времени 0 - 7 мкс, величина плотности анодного тока изменяется от 0 до 800 А/дм2, остается постоянной до момента 25 - 50 мкс, после чего скачком изменяется от первоначально установленной величины до величины, входящей в интервал 80 - 800 А/дм2, и за время от момента 25 - 50 мкс до окончания импульса изменяется до 80 - 800 А/дм2, величина плотности катодного тока изменяется скачком за время 0 - 7 мкс от 0 до 800 А/дм2, остается постоянной до момента 25 - 50 мкс, после чего скачком изменяется от первоначально установленной величины до величины, входящей в интервал 50 - 800 А/дм2, и в дальнейшем от момента 25 - 50 мкс до окончания импульса изменяется до 80 - 800 А/дм2. В качестве щелочных электролитов используют 1) водный раствор фосфатов, боратов, фторидов щелочных металлов при рН = 7 – 8, а также 2) раствор, содержащий жидкое стекло, гидроокиси щелочного металла, мелкодисперсные порошки оксидов, нитридов, карбидов металлов и металлоидов. Полученный оксидный слой дополнительно обрабатывают в растворе полимерного материала или подвергают шлифовке.
Недостатком прототипа является применение высокой концентрации энергии в течение первых 0-7 мкс и в дальнейшем, разрушающее ее действия на поверхность металла, что не позволяет обеспечить хорошую адгезию покрытия к металлу. Узкий интервал длительности импульса 100-300 мкс, снижает эффективность управления свойствами покрытия. Кроме того, воздействие тока высокой плотности на электролит, содержащий жидкое стекло, приводит к его деструкции, после чего невозможно получать в этом электролите качественное покрытие повторно. Недостатком также является применение мелкодисперсного порошка в составе электролита, который необходимо постоянно поддерживать во взвешенном состоянии, что затрудняет контроль концентрации взвешенных частиц в объеме электролита. Изменение структуры жидкого стекла после пропускания тока не обеспечивает заряд взвешенных частиц в растворе. Всё это приводит к быстрому снижению скорости формирования и потере свойств покрытия.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа нанесения покрытия на изделия из вентильного металла и его сплавов, обеспечивающего управлением скоростью формирования покрытия на всей поверхности изделия за счет предлагаемого алгоритма формирования покрытия, позволяющего получать покрытия с комплексом физико-механических свойств.
Технический результат заключается в управлении скоростью получения покрытия на различных участках поверхности изделия, что в свою очередь позволяет получать покрытия равномерные по толщине на всей поверхности изделия или необходимой толщины на отдельных его участках.
Технический результат заключается в том, что применение данного способа в совокупности с заявляемым источником питания позволяет снизить энергозатраты производства и увеличить площадь загрузки покрываемых деталей.
Технический результат также заключается в достижении следующего комплекса свойств получаемого покрытия:
шероховатость 1,5 мкм и менее,
коррозионная стойкость 1000 ч и более,
твердость 500 HV и более,
износостойкость 8 мг/ 1000 циклов и менее,
пористость 17% и менее.
Применение данного способа позволяет получать финишные покрытия толщиною до 150 мкм, не требующие дополнительной механической обработки для удаления рыхлого слоя.
Кроме того, применение данного способа в отличие от известных способов формирования МДО-покрытия позволяет наносить покрытия на изделия с площадью от 0,001 до 2000 дм2.
Поставленная задача решается тем, что способ нанесения покрытия на изделия, поверхность которых полностью или частично выполнена из вентильного металла или его сплава из группы алюминий, магний, титан, погруженного в ванну с водным раствором электролита, методом микродугового оксидирования в импульсном анодно-катодном режиме, отличается от прототипа тем что, микродуговое оксидирование осуществляют в импульсном анодно-катодном режиме при напряжении от 0 до 1200 В, длительности импульсов от 10 до 1000 мкс и частоте следования импульсов от 10 до 1000 Гц и паузой между анодным и катодным импульсами от 0 до 10мс управляя скоростью роста покрытия на гранях, углах и центре обрабатываемой поверхности.
Технический результат достигается за счет применения устройства, состоящего из ванны с электролитом и оксидируемым изделием, источника питания, включающего в себя блок управления, блок формирования прямого импульса, блок формирования обратного импульса, блоков конденсаторов, блоков зарядов. Блок заряда, позволяет заряжать большие емкостные нагрузки без дополнительных токоограничивающих участков электрической цепи, имеет в своем составе управляемый импульсный повышающий квазирезонансный преобразователь с режимом работы по току и напряжению (фиг.1).
Применение указанного устройства позволяет продолжить нанесение покрытия на детали после остановки процесса, добиваясь нужной толщины и необходимых свойств покрытия. Покрытие, получаемое с помощью этого устройства, не требует дополнительной механической обработки.
Применение управляемого импульсного повышающего квазирезонансного преобразователя позволяет, исключить дополнительные токоограничивающее участки цепи, тем самым сократить энергетические потери, применять для получения покрытия частоту следования импульса до 1000 Гц при длительности импульса 10 мкс без ухудшения качества получаемого покрытия, позволяет получать покрытие, требуемой шероховатости и толщины, без применения генератора акустической вибрации, что значительно упрощает конструкцию установки МДО, уменьшает энергозатраты и в целом снижает затраты на производство покрытия.
Для формирования покрытия со скоростью роста на гранях и углах(νгр) выше, чем в центре (νц) изделия νгр > νц устанавливают анодное напряжение от 350 до 600 В, длительность импульса от 50 до 300 мкс и частоту следования импульсов от 30 до 500 Гц, катодное напряжение от 0 до 100 В, длительность импульса от 50 до 100 мкс, частоту следования импульсов от 30 до 500 Гц и время паузы между анодным и катодным импульсами от 0 до 5 мс, при этом доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 350 до 500В, длительностью импульса от 50 до 300мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500Гц, доля катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 0 до 50 В, длительностью импульса от 50 до 100 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц составляет не более 75%, а доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 500 до 600 В, длительностью импульса от 50 до 300 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц, доля катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 0 до 100 В, длительностью импульса от 50 до 100 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц составляет не менее 25 %.
Для формирования покрытия с одинаковой скоростью роста в центре (νц) и на гранях (углах) изделия (νгр) νгр = νц устанавливают анодное напряжение от 200 до 600 В, длительность импульса от 50 до 300 мкс и частоту следования импульсов от 30 до 100 Гц, катодное напряжение от 0 до 100 В, длительность импульса от 50 до 200 мкс и частоту следования импульсов от 30 до 100 Гц и время паузы между анодным и катодным импульсами от 5 до 8 мс, при этом доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 500 до 600 В, длительностью импульса от 50 до 300 мкс и частотой следования импульса от 30 до 100 Гц, доля катодного импульса с амплитудой по напряжению от 0 до 100В, длительностью от 50 до 200 мкс и частотой следования импульса от 30 до 100 Гц составляет не более 50 %, а доля анодного импульса с амплитудой по напряжению от 200 до 400 В, длительностью от 50 до 300 мкс и частотой следования импульса от 30 до 100 Гц, доля катодного импульса с амплитудой по напряжению от 100 до 200 В, длительностью от 50 до 200 мкс и частотой следования импульса от 30 до 100 Гц составляет не менее 50 %.
Для формирования покрытия со скоростью роста в центре (νц) выше чем на гранях и углах(νгр) изделия νгр < νц устанавливают анодное напряжение от 300 до 600 В длительность импульса от 12 до 500 мкс и частоту следования импульса от 10 до 1000 Гц, катодное напряжение от 150 до 300 В, длительность импульса от 100 до 200 мкс и частоту следования импульса от 10 до 1000 Гц и время паузы между анодным и катодным импульсами от 5 до 10 мс, при этом доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 300 до 600 В, длительностью от 12 до 100 мкс и частотой следования импульсов от 10 до 500 Гц, доля катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 150 до 300 В, длительностью от 100 до 200 мкс и частотой следования импульсов от 10 до 500 Гц составляет не более 35 %, а доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 300 до 600 В, длительностью от 100 до 500 мкс и частотой следования импульсов от 500 до 1000 Гц, доля катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 150 до 300 В, длительностью от 200 до 500 мкс и частотой следования импульсов от 500 до 1000 Гц составляет не менее 65 %.
Таким образом, заявляемый алгоритм процесса, создающий условия для управления скоростью формирования покрытия на отдельных участках поверхности изделия, обеспечивает получение технического результата.
Согласно заявляемому способу нанесение покрытия осуществляют путем пропускания тока через изделие, поверхность которого полностью или частично представляет собой вентильный металл или его сплав, и катод, которые находятся в контакте с электролитом. При этом катод подключают к отрицательному полюсу источника питания, а изделие к положительному полюсу источника питания. Таким образом, изделие на которое наносят покрытие, выступает в качестве анода.
В качестве анода могут быть использованы любые изделия, непосредственно изготовленные из вентильных металлов и/или их сплавов, а так же изделия, имеющие элементы, изготовленные из этих металлов и/ или их сплавов, преимущественно корпуса, различные узлы (запорная арматура, детали насосов и компрессоров, пресс-оснастка, детали двигателей внутреннего сгорания, автокомпоненты, корпуса приборов, радиаторы и т.д.) аэрокосмической, электронной, химической, нефтегазовой, автомобильной, инструментальной, текстильной, медицинской промышленности, а также приборостроения, машиностроения, производства строительных конструкций, товаров бытового назначения и т.д. Перечень изделий, на которые может быть нанесено покрытие способом по настоящему изобретению достаточно широк и включает всевозможные детали, выполненные из/ или с использованием вентильных металлов и/ или их сплавов.
В рамках настоящего изобретения под термином вентильные металлы следует понимать алюминий, магний, титан, а под термином сплавы вентильных металлов следует понимать различные сплавы алюминия, магния, титана. Например, сплавы алюминия согласно ГОСТ 4784-97 такие как Д16, Д16Т, АМц, Д16АМ, АД31, АМг2, АМг3, АМг6, В-95, АД31, АД33 и др. или сплавы алюминия, согласно ГОСТ 1583-93, такие как АК4, АК5, АК-8, АК-12 и др. Сплавы магния, согласно ГОСТ 14957 – 76, например, МА 2-1, МА5 и др. и, согласно ГОСТ 2856-79, например, МЛ5 и др.. Сплавы титана по ГОСТ 19807-91, например, ВТ1-0, ВТ6, ВТ14, ВТ18, ВТ22, ОП4 и др.
В качестве катода может выступать сама емкость, в которой находится электролит, и/ или другой электрод, погруженный в раствор электролита. Предпочтительно использовать катод, изготовленный из нержавеющей стали и/ или алюминия. Погруженный в раствор электролита катод может иметь различную форму в зависимости от конфигурации изделия, например, в виде пластины, прутка и/ или их комбинаций и др. Емкость, выступающая в качестве катода, может иметь различную форму и размеры в зависимости от размеров и конфигурации обрабатываемых изделий.
В заявленном изобретении, согласно вышеописанному способу, водными растворами электролитов могут быть слабощелочные фосфатно-боратные (рН=7-9) электролиты, силикатные электролиты (рН=10) или слабо-кислотные фосфатно-ферратные электролиты (рН=5-6).
В соответствии с настоящим изобретением температуру раствора электролита поддерживают (например, путем охлаждения) от 10 до 60°С, предпочтительно от 15 до 30°С. При более низких температурах скорость формирования покрытия резко снижается, а при более высоких температурах покрытие формируется некачественное: высокая шероховатость, пористость, низкая адгезия покрытия к вентильному металлу и/или его сплаву.
Во время нанесения покрытия температура обычно постепенно повышается, поэтому электролит охлаждают, например, путем его циркуляции через теплообменник, или путем введения теплообменника в емкость, в которой находится электролит, и пропускания через систему охлаждения холодной воды.
Кроме того, эффективность охлаждения может быть повышена путем применения барботажа электролита такими газами как азот, кислород, воздух и другими инертными к процессу оксидирования вентильных металлов и/или их сплавов газами, преимущественно воздухом. Также эффективность охлаждения может быть повышена путем перемешивания электролита, например, мешалкой или вращением анода (изделия) и/или катода.
С целью улучшения подвода к поверхности электродов компонентов электролита и отвода от них продуктов реакции процесс нанесения покрытия может осуществляться при перемешивании. Кроме того, перемешивание способствует равномерному распределению компонентов электролита по всему объему емкости и минимизации температурного градиента, что в свою очередь позволяет избежать локальных перегревов изделия и получать более качественное покрытие.
В рамках настоящего изобретения перемешивание может быть осуществлено путем барботирования электролита через газораспределительные устройства (например, перфорированные трубки), погруженные в электролит и расположенные преимущественно вдоль стенок емкости, в которой находится электролит. Барботирование осуществляют инертными газами к процессу оксидирования вентильных металлов и/или их сплавов, такими газами как азот, кислород, воздух и др., преимущественно воздухом.
В заявленном способе нанесение покрытия осуществляют при температуре от 10 до 40°С.
Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается примерами его конкретного осуществления.
Для нанесения покрытия использовали изделия в виде пластин общей площадью 1,0 – 100,0 дм2 и радиаторы общей площадью 1700,0 дм2, изготовленные из следующих сплавов:
Изделие № 1 - сплав алюминия Д16 согласно ГОСТ 4784-97,
Изделие № 2 - сплав алюминия АМг6, согласно ГОСТ 4784-97,
Изделие № 3 - сплав титана ВТ1-0, согласно ГОСТ 19807-91,
Изделие № 4 - сплав магния МЛ5, согласно ГОСТ 2856-79,
Изделие №5- сплав алюминия АД35 согласно ГОСТ 4784-97,
Изделие №6- сплав алюминия АК12 согласно ГОСТ 4784-97.
Соединения, входящие в состав электролита в количестве согласно примерам 1-3 последовательно растворяют в дистиллированной воде при температуре 20-25 °С и постоянном перемешивании. После полного растворения всех соединений электролит готов к применению.
Перед нанесением покрытия изделия обезжиривают этиловым спиртом и/ или ацетоном и промывают водой. Допускается не обезжиривать, если деталь отмыта от масел, СОЖ, применяемых при механической обработке металлов.
В емкость, снабженную мешалкой и воздухораспределительными устройствами, помещают электролит и электроды. Изделие подключают к положительному полюсу источника питания. Катод, в качестве которого используют пластину из нержавеющей стали, подключают к отрицательному полюсу источника питания. Процесс проводят при заданных параметрах источника питания в течение 10 - 90 минут, при температуре 20°С.
В таблице 1 приведены условия нанесения покрытия.
В таблице 2 приведены свойства полученных покрытий.
Пример 1. Известный пример нанесения покрытия без управления скоростью процесса по поверхности изделия в фосфатно-боратном электролите состава 1: Na2HPO4 – 40г/л, Na2B4O7 – 30г/л, NaF – 10г/л.
Пример 2. Нанесение покрытия на изделия из сплава алюминия Д16 без управления скоростью процесса по поверхности изделия в фосфатно-боратном электролите состава 2: Na2HPO4 – 43г/л, Na2B4O7 – 28г/л, Н3BO3 – 15г/л, NaF – 8г/л.
Пример 3. Нанесение покрытия на изделия из сплава алюминия Д16 без управления скоростью процесса по поверхности изделия в фосфатно-ферратном электролите состава 3: NaH2PO4 – 18г/л, K3[Fe(CN)6] – 13, Na2SiO3 – 2г/л, Na2MoO4 – 1,5г/л.
Пример 4. Нанесение покрытия на изделия из сплава алюминия АМг6 с управлением скоростью процесса на гранях и в центре детали (νгр > νц) в электролите состава 3 (пример 3).
Анодное напряжение в начальный момент времени 500 В, которое постепенно увеличивалось до 600 В. Катодное напряжение остается постоянным 50 Гц. Длительность импульсов анодных составляет 200 мкс, катодных – 100 мкс, паузы между ними 1мс и частота следования импульсов 70 Гц. Толщина полученного покрытия на краях пластины составляет 39 мкм, в центре – 30 мкм.
Пример 5. Нанесение покрытия на изделия из сплава алюминия АМг6 с управлением скоростью процесса на гранях и в центре детали (νгр = νц) в электролите состава 3 (пример 3).
Анодное напряжение в начальный момент времени 600 В, которое постепенно уменьшалось до 400 В. Катодное напряжение в начальный момент времени 30 В, которое постепенно увеличивалось до 100 В. Длительность импульсов анодных составляет 250 мкс. Длительность катодных импульсов в первоначальный момент времени 100 мкс с последующим увеличением до 150 мкс. Паузы между анодными и катодными импульсами составляют 5мс и частота следования импульсов 30 Гц. Толщина полученного покрытия на краях пластины и в центре одинакова и составляет 30 мкм.
Пример 6. Нанесение покрытия на изделия из сплава алюминия АМг6 с управлением скоростью процесса на гранях и в центре детали (νгр < νц) в электролите состава 3 (пример 3).
Анодное напряжение в начальный момент времени 600 В, которое постепенно уменьшалось до 450 В. Катодное напряжение в начальный момент времени 200 В, которое постепенно уменьшалось до 100 В. Длительность импульсов анодных в первоначальный момент времени составляет 12 мкс, катодных – 150 мкс с частотой следования 500 Гц и паузой между ними 0,7 мс с последующим изменением анодных и катодных – до 200мкс, частотой их следования – до 300 Гц. Толщина полученного покрытия на краях пластины составляет 30мкм, в центре – 33 мкм.
Пример 7. Нанесение покрытия на изделия из сплава титана ВТ1-0 в электролите состава 2 (пример 2) с управлением скоростью процесса на гранях и в центре пластины (νгр > νц). Толщина полученного покрытия на краях пластины составляет 36мкм, в центре – 31 мкм.
Пример 8. Нанесение покрытия на изделия из сплава магния МЛ5 в электролите состава 2 (пример 2) с управлением скоростью процесса на гранях и в центре изделия (νгр > νц). Толщина полученного покрытия на краях изделия составляет 15 мкм, в центре – 14 мкм.
Пример 9. Нанесение покрытия на крупногабаритные изделия (S=1700,0 дм2) из сплава алюминия АД35 в электролите состава 2 (пример 2) с управлением скоростью процесса на гранях и в центре изделия (νгр > νц). Толщина полученного покрытия на краях изделия составляет 21 мкм, в центре – 15 мкм.
Пример 10. Нанесение покрытия на изделия из сплава алюминия АК12 в электролите состава 3 (пример 3) с управлением скоростью процесса на гранях и в центре изделия (νгр > νц). Толщина полученного покрытия на краях изделия составляет 39 мкм, в центре – 30 мкм.
| Таблица 1. Состав электролита и условия нанесения покрытия | ||||||||||||
|
Пример 1
прототип |
Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | Пример 6 | Пример 7 | Пример 8 | Пример 9 | Пример 10 | |||
| Сплав | Д16 | Д16 | Д16 | АМг6 | АМг6 | АМг6 | ВТ 1-0 | МЛ5 | АД35 | АК12 | ||
| Электролит | Состав | Фосфатно-боратный | Фосфатно-боратный | Фосфатно-ферратный | Фосфатно-ферратный | Фосфатно-ферратный | Фосфатно-ферратный | Фосфатно-боратный | Фосфатно-боратный | Фосфатно-боратный | Фосфатно-ферратный | |
| рН | 7-8 | 7-8 | 5-6 | 5-6 | 5-6 | 5-6 | 7-8 | 7-8 | 7-8 | 5-6 | ||
| Технологические параметры | Напряжение анодн, В | 520 | 550 | 550 | 500/600 | 600/400 | 600/450 | 450/500 | 450/500 | 500/600 | 500/600 | |
| Напряжение катод, В | 220 | 50 | 50 | 50 | 30/100 | 200/100 | 50 | 50 | 50 | 50 | ||
| Длительность импульса анод, мкс | 200 | 200 | 200 | 200 | 250/250 | 12/200 | 250 | 250 | 250 | 250 | ||
| Длительность импульса катод, мкс | 200 | 100 | 100 | 100 | 100/150 | 150/200 | 100 | 100 | 100 | 100 | ||
| Частота, Гц | 50 | 50 | 50 | 70 | 30 | 500/300 | 50 | 50 | 70 | 50 | ||
| Пауза между импульсами, мс | 0,2 | 0,5 | 0,5 | 1 | 5 | 0,7 | 0,5 | 0,3 | 0,5 | 0,2 | ||
| Дополнительные условия | Скорость процесса, мкм/мин | 0,67 | 1,3 - грани 1,2 - центр |
1,3 - грани 1,2 - центр |
1,3-грани 1,0 - центр |
1,1 - грани 1,1 - центр |
1,0 - грани 1,1 - центр |
1,5 - грани 1,2 - центр |
1,1 - грани 1,0 - центр |
1,4 - грани 1,0 - центр |
1,3 - грани 1,0 - центр |
|
| Температура процесса, °С | 25 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | ||
| Барботаж | да | да | да | да | да | да | да | да | да | |||
| Площадь, дм2 | 1 | 1 | 100 | 100 | 100 | 40 | 100 | 1700 | 10 | |||
| Таблица 2. Свойства полученных покрытий | ||||||||||||
|
Пример 1
прототип |
Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | Пример 6 | Пример 7 | Пример 8 | Пример 9 | Пример 10 | |||
| Толщина, мкм | 20 | 40 | 35 | 39-30 | 30 | 30-33 | 36-31 | 15-14 | 21-15 | 39-30 | ||
| Износостойкость | 10 мг/ 1000циклов | 6 мг/ 1000циклов | 6 мг/ 1000циклов | 8 мг/ 1000циклов | 7 мг/ 1000циклов | 12 мг/ 1000циклов | 8 мг/ 1000циклов | 8 мг/ 1000циклов | 7 мг/ 1000циклов | |||
| Микротвердость, HV | 750 | 800 | 1200 | 1050 | 1100 | 700 | 350 | 830 | 750 | |||
| Шероховатость, мкм | 0,27 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,3 | 1,4 | 2,5 | 1,0 | 1,1 | 1,3 | ||
| Коррозионная стойкость | более 1000 | более 1000 | более 1000 | более 1000 | более 1000 | более 1000 | 96 | более 1000 | более 1000 | |||
| Электрическое пробивное напряжение, В | 500 | 500 | 530 | 480 | 500 | 380 | 300 | 400 | 350 | |||
| Степень черноты | 95 | 97 | 97 | 97 | 96 | |||||||
| Токсичность | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | |||
| Грибостойкость | да | да | да | да | да | да | да | да | да | |||
Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемый способ получения покрытий в совокупности с предлагаемыми режимами проведения процесса и составами электролитов позволяет управлять скоростью нанесения покрытия на изделиях из деформируемых и литейных сплавов алюминия, титана, магния и, следовательно, получать покрытия равномерные по толщине на всей поверхности изделия или необходимой толщины на отдельных его участках. Внедрение в производство данного способа нанесения покрытий, методом микродугового оксидирования обеспечивает высокую производительность.
Claims (6)
1. Способ формирования покрытия на изделии, поверхность которого полностью или частично выполнена из вентильного металла или его сплава из группы алюминий, магний, титан, включающий погружение изделия в ванну с водным раствором электролита и микродуговое оксидирование (МДО) в импульсном анодно-катодном режиме, отличающийся тем, что МДО осуществляют со скоростью роста покрытия на гранях и углах выше, чем в центре изделия, с помощью устройства, где блок заряда имеет в своем составе управляемый импульсный повышающий квазирезонансный преобразователь с режимом работы по току и напряжению, устанавливают анодное напряжение от 350 до 500 В и постепенно увеличивают его от 500 до 600 В, а катодное напряжение оставляют постоянным от 0 до 100 В, причем длительность анодных импульсов устанавливают от 50 до 300 мкс, катодных – от 50 до 100 мкс, частоту следования импульсов от 30 до 500 Гц, а время паузы между анодным и катодным импульсами от 0 до 5 мс, при этом доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 350 до 500 В, длительностью от 50 до 300 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц и катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 0 до 50 В, длительностью от 50 до 100 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц составляет не более 75%, а доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 500 до 600 В, длительностью от 50 до 300 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц и катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 0 до 100 В, длительностью от 50 до 100 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 500 Гц составляет не менее 25 %.
2. Способ формирования покрытия на изделии, поверхность которого полностью или частично выполнена из вентильного металла или его сплава из группы алюминий, магний, титан, включающий погружение изделия в ванну с водным раствором электролита и МДО в импульсном анодно-катодном режиме, отличающийся тем, что МДО осуществляют с одинаковой скоростью роста покрытия в центре и на гранях и углах изделия с помощью устройства, где блок заряда имеет в своем составе управляемый импульсный повышающий квазирезонансный преобразователь с режимом работы по току и напряжению, устанавливают анодное напряжение от 500 до 600 В с последующим постепенным изменением от 200 до 400 В, и катодное напряжение от 0 до 100 В с последующим постепенным изменением от 100 до 200 В, устанавливают длительность анодных импульсов от 50 до 300 мкс и катодных импульсов от 50 до 200 мкс, частоту следования импульсов от 30 до 100 Гц и время паузы между анодным и катодным импульсами от 5 до 8 мс, при этом доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 500 до 600 В, длительностью от 50 до 300 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 100 Гц и катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 0 до 100 В, длительностью от 50 до 200 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 100 Гц составляет не более 50 %, а доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 200 до 400 В, длительностью от 50 до 300 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 100 Гц и катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 100 до 200 В, длительностью от 50 до 200 мкс и частотой следования импульсов от 30 до 100 Гц составляет не менее 50 %.
3. Способ формирования покрытия на изделии, поверхность которого полностью или частично выполнена из вентильного металла или его сплава из группы алюминий, магний, титан, включающий погружение изделия в ванну с водным раствором электролита и МДО в импульсном анодно-катодном режиме, отличающийся тем, что МДО осуществляют со скоростью роста покрытия в центре выше, чем на гранях и углах изделия, с помощью устройства, где блок заряда имеет в своем составе управляемый импульсный повышающий квазирезонансный преобразователь с режимом работы по току и напряжению, устанавливают анодное напряжение от 300 до 600 В и катодное напряжение от 150 до 300 В, устанавливают длительность анодных импульсов от 12 до 100 мкс с последующим изменением от 100 до 500 мкс, устанавливают длительность катодных импульсов от 100 до 200 мкс с последующим изменением от 200 до 500 мкс, устанавливают частоту следования анодных импульсов от 10 до 500 Гц с последующим их изменением от 500 до 1000 Гц, устанавливают частоту следования катодных импульсов от 10 до 500 Гц с последующим их изменением от 500 до 1000 Гц и время паузы между анодным и катодным импульсами от 5 до 10 мс, при этом доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 300 до 600 В, длительностью от 12 до 100 мкс и частотой следования импульсов от 10 до 500 Гц, доля катодных импульсов амплитудой по напряжению от 150 до 300 В, длительностью от 100 до 200 мкс и частотой следования импульсов от 10 до 500 Гц составляет не более 35 %, а доля анодных импульсов с амплитудой по напряжению от 300 до 600 В, длительностью от 100 до 500 мкс и частотой следования импульсов от 500 до 1000 Гц, доля катодных импульсов с амплитудой по напряжению от 150 до 300 В, длительностью от 200 до 500 мкс и частотой следования импульсов от 500 до 1000 Гц составляет не менее 65 %.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что катодом является емкость из нержавеющей стали, алюминия или титана c водным слабощелочным фосфатно-боратным рН=7-9 или силикатным электролитом рН=10 или со слабокислотным фосфатно-ферратным электролитом рН=5-6.
5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что формирование покрытия осуществляют при температуре от 10 до 40°С.
6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что осуществляют барботирование электролита азотом, кислородом или воздухом.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020114676A RU2736943C1 (ru) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | Способ нанесения покрытия на изделия из вентильного металла или его сплава |
| PCT/RU2021/000147 WO2021215962A1 (ru) | 2020-04-24 | 2021-04-07 | Способ нанесения покрытия на изделия из вентильного металла или его сплава |
| CN202180029599.XA CN115917052A (zh) | 2020-04-24 | 2021-04-07 | 在阀门金属及其合金制成的物品上施加涂层的方法 |
| ZA2022/10723A ZA202210723B (en) | 2020-04-24 | 2022-09-28 | Method for applying a coating to items made from valve metal and alloy thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020114676A RU2736943C1 (ru) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | Способ нанесения покрытия на изделия из вентильного металла или его сплава |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2736943C1 true RU2736943C1 (ru) | 2020-11-23 |
Family
ID=73543520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020114676A RU2736943C1 (ru) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | Способ нанесения покрытия на изделия из вентильного металла или его сплава |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115917052A (ru) |
| RU (1) | RU2736943C1 (ru) |
| WO (1) | WO2021215962A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA202210723B (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114606549A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-06-10 | 西比里电机技术(苏州)有限公司 | 一种含钒钛合金表面处理的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2077612C1 (ru) * | 1993-09-14 | 1997-04-20 | Мамаев Анатолий Иванович | Способ нанесения покрытия на вентильные металлы и их сплавы |
| RU2613250C2 (ru) * | 2014-06-24 | 2017-03-15 | Борис Михайлович Клименко | Устройство для микродугового оксидирования |
| RU2671311C2 (ru) * | 2016-06-10 | 2018-10-31 | Акционерное общество "МАНЭЛ" | Электролит для нанесения покрытия на вентильные металлы и их сплавы, способ нанесения покрытия и покрытие, полученное таким способом |
| RU2681028C2 (ru) * | 2018-01-17 | 2019-03-01 | Владимир Никандрович Кокарев | Способ формирования защитного оксидно-керамического покрытия на поверхности вентильных металлов и сплавов |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2206642C2 (ru) * | 2000-01-31 | 2003-06-20 | Мамаев Анатолий Иванович | Способ модифицирования поверхности медицинских изделий (варианты) |
| CN100454742C (zh) * | 2004-09-21 | 2009-01-21 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | 大容量钛合金脉冲微弧阳极氧化动态控制电源的控制方法 |
-
2020
- 2020-04-24 RU RU2020114676A patent/RU2736943C1/ru active
-
2021
- 2021-04-07 CN CN202180029599.XA patent/CN115917052A/zh active Pending
- 2021-04-07 WO PCT/RU2021/000147 patent/WO2021215962A1/ru active Application Filing
-
2022
- 2022-09-28 ZA ZA2022/10723A patent/ZA202210723B/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2077612C1 (ru) * | 1993-09-14 | 1997-04-20 | Мамаев Анатолий Иванович | Способ нанесения покрытия на вентильные металлы и их сплавы |
| RU2613250C2 (ru) * | 2014-06-24 | 2017-03-15 | Борис Михайлович Клименко | Устройство для микродугового оксидирования |
| RU2671311C2 (ru) * | 2016-06-10 | 2018-10-31 | Акционерное общество "МАНЭЛ" | Электролит для нанесения покрытия на вентильные металлы и их сплавы, способ нанесения покрытия и покрытие, полученное таким способом |
| RU2681028C2 (ru) * | 2018-01-17 | 2019-03-01 | Владимир Никандрович Кокарев | Способ формирования защитного оксидно-керамического покрытия на поверхности вентильных металлов и сплавов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021215962A1 (ru) | 2021-10-28 |
| ZA202210723B (en) | 2023-02-22 |
| CN115917052A (zh) | 2023-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Matykina et al. | Recent advances in energy efficient PEO processing of aluminium alloys | |
| EP1774067B1 (en) | Method for producing a hard coating with high corrosion resistance on articles made of anodizable metals or alloys | |
| JP4182002B2 (ja) | 金属および合金にセラミック被膜を形成するプロセスと装置、およびこのプロセスによって生成される被膜 | |
| JP2912101B2 (ja) | 隔離層を生成する金属上に、必要に応じて改質した酸化物セラミックス層を作りだす方法と、これから作られる物体 | |
| KR101342413B1 (ko) | 세라믹스 피복금속 및 그 제조방법 | |
| TWI564437B (zh) | 非金屬塗覆物及其生產方法 | |
| KR100871332B1 (ko) | 금속 및 합금에 세라믹 코팅을 형성하는 방법과 장치, 및이 방법으로 제조되는 코팅 | |
| JP3847770B1 (ja) | セラミックス被覆金属材およびその製造方法 | |
| CN1044307A (zh) | 导电材料制品的电化学处理方法 | |
| TWI418664B (zh) | 閥金屬電漿電解氧化表面處理方法 | |
| MX2012014510A (es) | Sistema electroquimico y metodo para maquinar metales de fuerte pasivacion. | |
| CN112276097A (zh) | 一种3d打印钛合金复杂零部件的表面抛光方法 | |
| RU2736943C1 (ru) | Способ нанесения покрытия на изделия из вентильного металла или его сплава | |
| KR100695999B1 (ko) | 고주파펄스를 이용한 금속재의 아노다이징 공정 | |
| US5981084A (en) | Electrolytic process for cleaning electrically conducting surfaces and product thereof | |
| RU2149929C1 (ru) | Способ микроплазменной электролитической обработки поверхности электропроводящих материалов | |
| US7396446B2 (en) | Magnesium anodisation methods | |
| EP2045366B8 (en) | Method for vacuum-compression micro-plasma oxidation and device for carrying out said method | |
| RU2671311C2 (ru) | Электролит для нанесения покрытия на вентильные металлы и их сплавы, способ нанесения покрытия и покрытие, полученное таким способом | |
| CN110777413B (zh) | 一种等离子体阴极电解沉积陶瓷涂层表面激光重熔的方法 | |
| US5045157A (en) | Process for producing aluminum support for printing-plate | |
| RU2357019C2 (ru) | Способ электролитно-плазменной обработки деталей | |
| RU2355828C2 (ru) | Способ электролитно-плазменной обработки деталей | |
| HU et al. | Discharge channel structure revealed by plasma electrolytic oxidation of AZ31Mg alloy with magnetron sputtering Al layer and corrosion behaviors of treated alloy | |
| TWI248480B (en) | Method for producing corrosion protective coatings on light metal alloys |