RU2747434C1 - Method for producing superhydrophobic coatings on magnesium-containing aluminum alloys - Google Patents
Method for producing superhydrophobic coatings on magnesium-containing aluminum alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2747434C1 RU2747434C1 RU2020128215A RU2020128215A RU2747434C1 RU 2747434 C1 RU2747434 C1 RU 2747434C1 RU 2020128215 A RU2020128215 A RU 2020128215A RU 2020128215 A RU2020128215 A RU 2020128215A RU 2747434 C1 RU2747434 C1 RU 2747434C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- minutes
- melt
- coating
- product
- 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
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения композиционных супергидрофобных покрытий и может найти применение при формировании защитных покрытий, обеспечивающих защиту от влаги и снижение скорости коррозионных процессов при эксплуатации конструкций и сооружений из сплавов алюминия, легированных магнием, в атмосфере с высокой влажностью и препятствующих их обледенению в зимнее время.The invention relates to methods for producing composite superhydrophobic coatings and can be used in the formation of protective coatings that provide protection against moisture and reduce the rate of corrosion processes during the operation of structures and structures made of aluminum alloys doped with magnesium, in an atmosphere with high humidity and preventing them from icing in winter ...
Известен способ получения гидрофобных покрытий на поверхности изделий из алюминия или магния (DE 4124730, опубл. 1993.01.28), включающий предварительное формирование микропористой структуры поверхности металла методом анодного окисления с последующей модификацией оксидного слоя фторполимером путем обработки в водной эмульсии фторполимера, предпочтительно политетрафторэтилена, поливинилиденфторида, поливинилфторида и сополимеров тетрафторэтилена с осаждением частиц размером 1-50 нм. Недостатком известного способа является низкое качество подложки, сформированной в процессе анодирования, микротекстура которой может забиваться при осаждении частиц фторполимера. Подложка не обеспечивает достаточно надежной адгезии фторполимерного слоя, закрепление частиц на поверхности происходит только за счет сорбции, что не обеспечивает устойчивости гидрофобного состояния.A known method of obtaining hydrophobic coatings on the surface of products made of aluminum or magnesium (DE 4124730, publ. 1993.01.28), including the preliminary formation of a microporous structure of the metal surface by anodic oxidation, followed by modification of the oxide layer with a fluoropolymer by treatment in an aqueous emulsion of a fluoropolymer, preferably polytetrafluoroethylene fluoride, polyvinylidene , polyvinyl fluoride and copolymers of tetrafluoroethylene with a deposition of particles with a size of 1-50 nm. The disadvantage of this method is the low quality of the substrate formed during the anodizing process, the microtexture of which can be clogged during the deposition of fluoropolymer particles. The substrate does not provide sufficiently reliable adhesion of the fluoropolymer layer; the attachment of particles to the surface occurs only due to sorption, which does not ensure the stability of the hydrophobic state.
Известен способ получения композиционных покрытий на вентильных металлах и их сплавах, в том числе, на алюминии и его сплавах (RU 2534123, опубл. 2014.11.27), включающий плазменно-электролитическое оксидирование поверхности металла в течение 10-15 мин при плотности тока 0,5-1,0 А/см2 в электролите, содержащем растворимый фосфат, тартрат или силикат; нанесение на сформированное ПЭО-покрытие слоя политетрафторэтилена посредством многократного окунания изделия в суспензию, содержащую его частицы размером 0,2-0,6 мкм в изопропиловом спирте с добавлением смачивателя ОП-10, и последующую термообработку при 320°С. Недостатком известного способа является недостаточно высокие гидрофобные и защитные свойства формируемых с его помощью покрытий, что обусловлено неравномерностью полимерсодержащего покрытия, содержащего слишком тонкие участки, поскольку известный способ не дает возможности контролировать образование и осаждение конгломератов частиц и толщину наносимого слоя ПТФЭ в процессе многократного окунания обрабатываемого изделия в пропиточный состав.A known method of producing composite coatings on valve metals and their alloys, including aluminum and its alloys (RU 2534123, publ. 2014.11.27), including plasma electrolytic oxidation of the metal surface for 10-15 minutes at a current density of 0, 5-1.0 A / cm 2 in an electrolyte containing soluble phosphate, tartrate or silicate; applying a polytetrafluoroethylene layer onto the formed PEO coating by repeatedly dipping the product into a suspension containing its particles 0.2-0.6 μm in size in isopropyl alcohol with the addition of OP-10 wetting agent, and subsequent heat treatment at 320 ° C. The disadvantage of this method is insufficiently high hydrophobic and protective properties of the coatings formed with its help, which is due to the unevenness of the polymer-containing coating containing too thin areas, since the known method does not make it possible to control the formation and deposition of particle conglomerates and the thickness of the applied PTFE layer in the process of repeated dipping of the workpiece into the impregnating composition.
Известен способ обработки сплавов алюминия (RU 2528285, опубл. 2014.09.10), который включает нанесение покрытия методом плазменно-электролитического оксидирования в течение 5-10 мин в биполярном гальваностатическом режиме в условиях микроплазменных разрядов при эффективной плотности анодного и катодного тока 5-10 А/дм2, продолжительности анодных и катодных импульсов 0,02 с в водном электролите, содержащем, г/л: тринатрийфосфат 45-55, тетраборат натрия 20-30 и вольфрамат натрия 3-5, с последующим уплотнением нанесенного покрытия. Уплотнение осуществляют в водном растворе ингибитора коррозии, содержащего олеат натрия, а также алифатические или ароматические карбоновые кислоты, путем погружения на 50-60 мин при температуре 95-100°С с последующей гидрофобизацией в этилацетатном растворе политетрафторэтилена. Операция уплотнения нанесенного ПЭО-покрытия с использованием кипящей кислоты в значительной мере усложняет известный способ и увеличивает затраты времени на его осуществление, при этом требует особых мер предосторожности и соответствующего оборудования. Этилацетат в принципе низкотоксичен, однако его пары способны вызвать раздражение кожи и слизистой, вдобавок, являются пожаро- и взрывоопасными.There is a known method of processing aluminum alloys (RU 2528285, publ. 2014.09.10), which includes coating by plasma electrolytic oxidation for 5-10 minutes in a bipolar galvanostatic mode under conditions of microplasma discharges at an effective density of anode and cathodic current of 5-10 A / dm 2 , the duration of the anodic and cathodic pulses 0.02 s in an aqueous electrolyte containing, g / l: trisodium phosphate 45-55, sodium tetraborate 20-30 and sodium tungstate 3-5, followed by compaction of the applied coating. Compaction is carried out in an aqueous solution of a corrosion inhibitor containing sodium oleate, as well as aliphatic or aromatic carboxylic acids, by immersion for 50-60 minutes at a temperature of 95-100 ° C, followed by hydrophobization in an ethyl acetate solution of polytetrafluoroethylene. The operation of compacting the applied PEO coating using boiling acid significantly complicates the known method and increases the time required for its implementation, while requiring special precautions and appropriate equipment. Ethyl acetate is, in principle, low-toxic, but its vapors can irritate the skin and mucous membranes, in addition, they are fire and explosive.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения защитных супергидрофобных покрытий на алюминии и его сплавах, в частности, на магнийсодержащих (RU 2567776, опубл. 2015.11.10), включающий электролитическое оксидирование предварительно очищенной поверхности изделия в электролите, содержащем, г/л: 15-25 C4H4O6K2⋅0,5H2O и 1,0-2,0 NaF, в режиме плазменных микроразрядов в гальваностатических условиях при плотности монополярного тока 0,5-1,0 А/см2, частоте поляризующих импульсов 300 Гц и конечном напряжении формирования 300-350 В в течение 5-20 минут с последующей обработкой нанесенного покрытия в плазме озона с одновременным ультрафиолетовым облучением в течение 20-70 мин. Супергидрофобное покрытие (угол смачивания 164-166°, угол скатывания 7,0±0,5°) получают путем осаждения на подготовленную поверхность дисперсии в безводном декане диоксида кремния и фторсилоксанового гидрофобного агента с размером наночастиц до 200 нм.Closest to the claimed is a method of obtaining protective superhydrophobic coatings on aluminum and its alloys, in particular, on magnesium-containing ones (RU 2567776, publ. 2015.11.10), including electrolytic oxidation of the previously cleaned surface of the product in an electrolyte containing, g / l: 15- 25 C 4 H 4 O 6 K 2 ⋅0.5H 2 O and 1.0-2.0 NaF, in the mode of plasma microdischarges in galvanostatic conditions at a monopolar current density of 0.5-1.0 A / cm 2 , the frequency of polarizing pulses of 300 Hz and a final formation voltage of 300-350 V for 5-20 minutes, followed by treatment of the applied coating in ozone plasma with simultaneous ultraviolet irradiation for 20-70 minutes. A superhydrophobic coating (contact angle 164-166 °, roll angle 7.0 ± 0.5 °) is obtained by depositing a dispersion in anhydrous decane of silicon dioxide and a fluorosiloxane hydrophobic agent with nanoparticles up to 200 nm in size on the prepared surface.
Гидрофобизирующий состав, содержащий суспензию, является неустойчивым: наночастицы суспензии легко слипаются, образуя агломераты. Гидрофобный слой, осаждаемый на поверхность ПЭО-покрытия, может получиться неравномерным, с неконтролируемыми перепадами толщины, что приведет к ухудшению гидрофобных и защитных свойств покрытия в целом. Кроме того, дополнительная обработка формируемого покрытия в плазме озона и с помощью УФ-облучения требует специального оборудования, усложняет известный способ и увеличивает стоимость производимой с его помощью продукции.The hydrophobizing composition containing the suspension is unstable: the nanoparticles of the suspension easily stick together, forming agglomerates. The hydrophobic layer deposited on the surface of the PEO coating can turn out to be uneven, with uncontrolled variations in thickness, which will lead to a deterioration in the hydrophobic and protective properties of the coating as a whole. In addition, additional processing of the formed coating in ozone plasma and with the help of UV irradiation requires special equipment, complicates the known method and increases the cost of products produced with its help.
Задачей изобретения является создание простого в осуществлении и аппаратурном оформлении способа получения на магнийсодержащих сплавах алюминия супергидрофобных композиционных покрытий с высокими защитными свойствами.The objective of the invention is to provide a simple in implementation and hardware design of a method for obtaining superhydrophobic composite coatings with high protective properties on magnesium-containing aluminum alloys.
Технический результат изобретения заключается в упрощении способа и его аппаратурного оформления, уменьшении трудозатрат и расхода электроэнергии на его осуществление, снижении себестоимости производимых покрытий при одновременном обеспечении их высоких защитных качеств.The technical result of the invention consists in simplifying the method and its hardware design, reducing labor costs and energy consumption for its implementation, reducing the cost of produced coatings while ensuring their high protective qualities.
Указанный технический результат достигают способом получения супергидрофобных покрытий на магнийсодержащих сплавах алюминия путем плазменно-электролитического оксидирования поверхности изделия при ее анодной поляризации, в гальваностатическом режиме в электролите, содержащем тартрат калия C4H4O6K2⋅0,5H2O и фторид натрия NaF, с последующим формированием композиционного супергидрофобного покрытия, в котором, в отличие от известного, используют электролит, содержащий, г/л: тартрат калия 10-30, фторид натрия 0,6-2,0, процесс плазменно-электролитического оксидирования проводят при плотности анодного тока 150-160 А/дм2, при этом анодное напряжение в течение 1,5-3,0 минут поднимают от 10-30 до 330-340 В, причем рост напряжения до возникновения микроразрядов на оксидируемой поверхности обеспечивают в ходе первой минуты, изделие с нанесенным ПЭО-покрытием в течение 1-3 минут выдерживают в сушильном шкафу при температуре 250-280°С, непосредственно после этого погружают на 1-2 минуты в расплав ультрадисперсного политетрафторэтилена при температуре 310-330°С на границе перехода в твердое состояние, вынутое из расплава изделие с композиционным покрытием помещают в сушильный шкаф при температуре 250-280°С и в течение 1,5-2,0 часов снижают температуру до комнатной.The specified technical result is achieved by the method of obtaining superhydrophobic coatings on magnesium-containing aluminum alloys by plasma-electrolytic oxidation of the surface of the product during its anodic polarization, in a galvanostatic mode in an electrolyte containing potassium tartrate C 4 H 4 O 6 K 2 ⋅ 0.5H 2 O and sodium fluoride NaF, followed by the formation of a composite superhydrophobic coating, in which, unlike the known one, an electrolyte is used containing, g / l: potassium tartrate 10-30, sodium fluoride 0.6-2.0, the process of plasma electrolytic oxidation is carried out at a density the anode current is 150-160 A / dm 2 , while the anode voltage is raised from 10-30 to 330-340 V within 1.5-3.0 minutes, and the voltage increase before the occurrence of micro-discharges on the oxidized surface is provided during the first minute, the product with the applied PEO coating is kept in an oven for 1-3 minutes at a temperature of 250-280 ° C, immediately after that it is immersed for 1-2 minutes in a melt of ultrafine polytetrafluoroethylene at a temperature of 310-330 ° C at the border of the transition to a solid state, a composite-coated product taken out of the melt is placed in a drying oven at a temperature of 250-280 ° C and the temperature is reduced within 1.5-2.0 hours to room.
В преимущественном варианте осуществления способа используют расплав ультрадисперсного политетрафторэтилена, полученный из его порошка нагреванием при температуре 310-330°С в течение 40-60 мин без перемешивания.In an advantageous embodiment of the method, an ultrafine polytetrafluoroethylene melt is used, obtained from its powder by heating at a temperature of 310-330 ° C for 40-60 minutes without stirring.
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Готовят электролит путем последовательного растворения расчетных количеств входящих в его состав тартрата калия и фторида натрия в дистиллированной воде при комнатной температуре, тщательно перемешивая в течение 25-30 минут.An electrolyte is prepared by sequentially dissolving the calculated amounts of potassium tartrate and sodium fluoride included in its composition in distilled water at room temperature, stirring thoroughly for 25-30 minutes.
Температуру электролита в процессе оксидирования поддерживают в пределах 10°С, что обеспечивает его стабильность и достаточный срок работоспособности в условиях используемого режима.The temperature of the electrolyte during oxidation is maintained within 10 ° C, which ensures its stability and sufficient service life under the conditions of the used mode.
В процессе оксидирования подают напряжение на электроды, реализуя монополярный режим, при этом оксидируемая поверхность является анодно-поляризованной. Подаваемый от источника тока поляризующий сигнал сформирован последовательностями импульсов длительностью 3300 мкс каждый без временного интервала между ними.During oxidation, voltage is applied to the electrodes, realizing a monopolar mode, while the oxidized surface is anodically polarized. The polarizing signal supplied from the current source is formed by sequences of pulses with a duration of 3300 μs each without a time interval between them.
Процесс формирования покрытия проводят при постоянной плотности тока в интервале 150-160 А/дм2, которое обеспечивает рост анодного напряжения от 10-30 В до 330-340 В, причем рост напряжения до возникновения микроразрядов на оксидируемой поверхности обеспечивают в ходе первой минуты оксидирования, при этом процесс полностью завершают за время, не превышающее 3,0 минут, с получением бездефектных пленок с шершавой многоуровневой поверхностью.The process of forming the coating is carried out at a constant current density in the range of 150-160 A / dm 2 , which ensures an increase in the anode voltage from 10-30 V to 330-340 V, and the increase in voltage before the occurrence of micro-discharges on the oxidized surface is provided during the first minute of oxidation, in this case, the process is completely completed in a time not exceeding 3.0 minutes, with the receipt of defect-free films with a rough multi-level surface.
Используемый режим с начальной высокой плотностью тока обеспечивает быстрый подъем напряжения на оксидируемой поверхности до значений, соответствующих началу искрения.The used mode with an initial high current density provides a rapid rise in the voltage on the oxidized surface to values corresponding to the onset of sparking.
Быстрый подъем напряжения позволяет существенно сократить время формирования ПЭО-покрытий и расход электроэнергии.The rapid rise in voltage can significantly reduce the formation time of PEO coatings and power consumption.
В ходе стремительного роста анодного напряжения, происходит равномерное микроструктурирование формируемого покрытия, с образованием микротрубок диаметром около 300 нм с общими стенками.In the course of the rapid growth of the anode voltage, uniform microstructuring of the formed coating occurs, with the formation of micropipes about 300 nm in diameter with common walls.
Наличие в составе электролита фторида натрия, снижающего вязкость раствора, повышающего его электропроводность и увеличивающего рассеивающую способность, способствует созданию благоприятных условий для протекания электрохимических процессов в ходе микроплазменных разрядов, способствует интенсификации процесса оксидирования.The presence of sodium fluoride in the electrolyte, which reduces the viscosity of the solution, increases its electrical conductivity and increases the scattering ability, contributes to the creation of favorable conditions for the course of electrochemical processes during microplasma discharges, and promotes the intensification of the oxidation process.
Тартрат калия в составе электролита дает эффект увеличения длительности микроплазменных разрядов при термолизе электролита на аноде и температурного воздействия на формируемое покрытие, за счет чего достигается высокая скорость роста покрытия при низких значениях напряжения. Кроме того, продукты диссоциации тартрата калия при взаимодействии с алюминиевой подложкой способствуют образованию комплексных солей, которые под воздействием высокой температуры и давления в области возникновения микроразрядов, распадаются с образованием высокотемпературной фракции оксида алюминия (α-Al2O3).Potassium tartrate in the composition of the electrolyte has the effect of increasing the duration of microplasma discharges during thermolysis of the electrolyte at the anode and the temperature effect on the formed coating, due to which a high growth rate of the coating is achieved at low voltage values. In addition, the dissociation products of potassium tartrate interacting with an aluminum substrate contribute to the formation of complex salts, which, under the influence of high temperature and pressure in the area of the occurrence of microdischarges, decompose with the formation of a high-temperature fraction of aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ).
Далее на сформированные гетерооксидные ПЭО-слои наносят слой ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ) с получением композиционного супергидрофобного покрытия.Next, a layer of ultradispersed polytetrafluoroethylene (UPTFE) is applied to the formed heterooxide PEO layers to obtain a composite superhydrophobic coating.
Стандартное подготовка изделия включает промывание и сушку.Standard product preparation includes rinsing and drying.
Помимо этого, непосредственно перед погружением в расплав изделие с нанесенным ПЭО-покрытием помещают в сушильный шкаф при температуре 250-280°С и выдерживают в течение 1-3 минут.In addition, immediately before immersion in the melt, the PEO-coated article is placed in an oven at a temperature of 250-280 ° C and held for 1-3 minutes.
УПТФЭ наносят из его расплава в эвтектике, на границе перехода в жидкую фазу, при температуре 310-330°С путем погружения подготовленного изделия в расплав на время, достаточное для заполнения пористой части нанесенного оксидного ПЭО-покрытия.UPTFE is applied from its melt in a eutectic, at the boundary of the transition to the liquid phase, at a temperature of 310-330 ° C by immersing the prepared product in the melt for a time sufficient to fill the porous part of the applied oxide PEO coating.
После выдержки в расплаве УПТФЭ (достаточным является время, не превышающее 2 минут) изделие быстро переносят в сушильный шкаф при температуре 250-280°С и постепенно охлаждают до комнатной температуры в течение 1,5-2,0 часов.After holding in the UPTFE melt (a time not exceeding 2 minutes is sufficient), the product is quickly transferred to an oven at a temperature of 250-280 ° C and gradually cooled to room temperature for 1.5-2.0 hours.
Примеры конкретного осуществления изобретенияExamples of specific implementation of the invention
Для формирования покрытий были использованы образцы сплавов алюминия, содержащих магний: 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) и 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) в виде пластин размером 20×30×2,0 мм. Поверхность образцов обрабатывали наждачной бумагой различной зернистости (320-400, 600, 800, 1000), промывали и сушили под струей теплого воздуха.For the formation of coatings, samples of aluminum alloys containing magnesium were used: AMg3 (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 is Al) and AMg6 (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 - Al) in the form of plates measuring 20 × 30 × 2.0 mm. The surface of the samples was treated with emery paper of various grain sizes (320-400, 600, 800, 1000), washed and dried under a stream of warm air.
В качестве источника тока при проведении плазменного электролитического оксидирования использовали тиристорный источник ТЕР4-100/460Н-2-2УХЛ4 с номинальной мощностью 2,09 кВт с программным управлением, обеспечивающий подачу на обрабатываемый образец поляризующих импульсов длительностью 0,0033 с.As a current source during plasma electrolytic oxidation, a TEP4-100 / 460N-2-2UKhL4 thyristor source with a nominal power of 2.09 kW with program control was used, providing the supply of polarizing pulses with a duration of 0.0033 s to the sample being processed.
Для формирования композиционных покрытий использовали метод погружения образцов с нанесенным ПЭО-покрытием в расплавленный УПТФЭ, который готовили из порошка полимера, полученного методом газодинамической термодеструкции. Расплав получали путем нагревания в емкости из жаропрочного стекла порошка УПТФЭ в течение 40-60 минут (в зависимости от массы используемого порошка) до 320±10°С с использованием магнитной мешалки с подогревом IKA C-MAG HS 7 (IKA, Германия) без перемешивания и под высоким режимом работы воздушной вытяжки.For the formation of composite coatings, we used the method of immersing samples with a deposited PEO coating in molten UPTFE, which was prepared from a polymer powder obtained by the method of gas-dynamic thermal destruction. The melt was obtained by heating UPTFE powder in a container made of heat-resistant glass for 40-60 minutes (depending on the weight of the powder used) to 320 ± 10 ° C using a magnetic stirrer with heating IKA C-MAG HS 7 (IKA, Germany) without stirring and under the high operating mode of the air exhaust.
После удаления из образцов остаточной влаги путем выдержки в течении 10-12 минут при 105°С в сушильном шкафу Binder FD532-2кBt, Германия, высушенные образцы оставляли для остывания до комнатной температуры. Непосредственно перед окунанием в полимерный расплав их помещали в сушильный шкаф с температурой 250-280°С и подвергали нагреванию в течение 1-3 минут.After removing residual moisture from the samples by holding for 10-12 minutes at 105 ° C in a Binder FD532-2kBt drying cabinet, Germany, the dried samples were left to cool down to room temperature. Immediately before dipping into a polymer melt, they were placed in an oven with a temperature of 250-280 ° C and heated for 1-3 minutes.
Погружение образцов в емкость с полимерным расплавом проводили в горизонтальном положении пластин с полным контактом всей поверхности с расплавом при выдержке в течение 1-2 минут.The immersion of the samples into a container with a polymer melt was carried out in a horizontal position of the plates with full contact of the entire surface with the melt with holding for 1-2 minutes.
После этого вынутые из расплава образцы помещали в сушильный шкаф, нагретый до 250-280°С и постепенно остужали до 25±2°С в течение 1,5-2,0 часов.After that, the samples taken out of the melt were placed in an oven heated to 250-280 ° C and gradually cooled to 25 ± 2 ° C for 1.5-2.0 hours.
Оценку гидрофобности полученных композитных покрытий производили путем измерения краевого угла и анализа динамики изменения краевого угла капли 3% водного раствора NaCl (90-110 мкл), посаженной при помощи микрошприца на исследуемую поверхность. Измерения краевого угла проводились методом цифровой обработки видеоизображения сидящей капли, полученного с помощью монохромной цифровой камеры Pixelink PL-B686MU с пространственным разрешением 1280×1024. Углы смачивания измеряли в 3-5 точках поверхности каждого образца и вычисляли среднее значение для десяти последовательных изображений каждого расположения капли. Ошибка определения не превышала 0,1°.The assessment of the hydrophobicity of the obtained composite coatings was carried out by measuring the contact angle and analyzing the dynamics of changes in the contact angle of a drop of 3% aqueous NaCl solution (90-110 μL), planted with a microsyringe on the surface under study. The contact angle was measured by digital processing of a video image of a sitting drop obtained using a monochrome digital camera Pixelink PL-B686MU with a spatial resolution of 1280 × 1024. The contact angles were measured at 3-5 points on the surface of each sample and the average was calculated for ten consecutive images of each drop location. The determination error did not exceed 0.1 °.
Ток коррозии Iк как одну из основных коррозионных характеристик полученных композиционных покрытий измеряли с помощью потенциостата/гальваностата Series G300 (Gamry Instruments, USA), сопряженного с компьютером.Corrosion current I to, as one of the main corrosion characteristics of the obtained composite coatings, was measured using a Series G300 potentiostat / galvanostat (Gamry Instruments, USA) coupled to a computer.
Измерения проводились в трехэлектродной ячейке, в качестве электролита применяли 3% водный раствор NaCl при комнатной температуре.The measurements were carried out in a three-electrode cell; a 3% aqueous solution of NaCl was used as the electrolyte at room temperature.
Управление экспериментом осуществляли с использованием программного обеспечения DC105 DC Corrosion Techniques и EIS300 Electrochemical Impedance Spectroscopy Software (Gamry Instruments, USA), a также ZView и CorrView (Scribner, USA).The experiment was controlled using the DC105 DC Corrosion Techniques and EIS300 Electrochemical Impedance Spectroscopy Software (Gamry Instruments, USA), as well as ZView and CorrView (Scribner, USA).
Пример 1Example 1
Образец из алюминиевого сплава АМг3 оксидировали в течение 2,5 мин при плотности тока 150 А/дм2, увеличении анодного напряжения от 10 до 320 В с его быстрым подъемом до возникновения микроразрядов на оксидируемой поверхности, в электролите следующего состава, г/л:A sample of the AMg3 aluminum alloy was oxidized for 2.5 min at a current density of 150 A / dm 2 , an increase in the anode voltage from 10 to 320 V with its rapid rise until microdischarges appeared on the oxidized surface, in an electrolyte of the following composition, g / l:
В результате обработки сформировано равномерное бездефектное покрытие коричневого цвета толщиной 14,1±1,6 мкм со следующими характеристиками: угол смачивания деионизированной водой - 30,8±1,8°; плотность тока свободной коррозии (7,3±0,7)×109 А/см2, видимая пористость покрытия - 39,9±4,2%.As a result of processing, a uniform, defect-free brown coating with a thickness of 14.1 ± 1.6 µm was formed with the following characteristics: contact angle with deionized water - 30.8 ± 1.8 °; free corrosion current density (7.3 ± 0.7) × 10 9 A / cm 2 , apparent porosity of the coating - 39.9 ± 4.2%.
Композиционное супергидрофобное покрытие формировали путем погружения изделия с нанесенным ПЭО-покрытием, после его выдержки в течение 2 минут в сушильном шкафу при 280°С, в расплав УПТФЭ при 310°С с выдержкой в течение 2 мин.A composite superhydrophobic coating was formed by immersing an article with a PEO coating, after holding it for 2 minutes in an oven at 280 ° C, into a UPTFE melt at 310 ° C with holding for 2 min.
Вынутое расплава изделие поместили в сушильный шкаф при температуре 250°С и в течение 2 часов снижали температуру до комнатной.The product taken out of the melt was placed in an oven at a temperature of 250 ° C and the temperature was lowered to room temperature within 2 hours.
В результате получено покрытие общей толщиной 16,2±1,2 мкм со следующими характеристиками: плотность тока коррозии (5,5±0,9)×10-11 А/см2, угол смачивания деионизированной водой - 152,9±1,9°; видимая пористость покрытия - 0%.As a result, a coating with a total thickness of 16.2 ± 1.2 μm was obtained with the following characteristics: corrosion current density (5.5 ± 0.9) × 10 -11 A / cm 2 , contact angle with deionized water - 152.9 ± 1, 9 °; visible porosity of the coating - 0%.
Пример 2Example 2
Образец из алюминиевого сплава АМг3 оксидировали в течение 3,0 минут при плотности тока 160 А/дм2, увеличении анодного напряжения от 30 до 340 В с быстрым подъемом до напряжения искрения в электролите следующего состава, г/л:A sample of the AMg3 aluminum alloy was oxidized for 3.0 minutes at a current density of 160 A / dm 2 , an increase in the anode voltage from 30 to 340 V with a rapid rise to the sparking voltage in the electrolyte of the following composition, g / l:
Сформировано равномерное бездефектное покрытие коричневого цвета толщиной 12,4±0,9 мкм со следующими характеристиками: угол смачивания деионизированной водой - 31,4±1,5°; плотность тока свободной коррозии (9,9±0,8)×10-10 А/см2, видимая пористость покрытия - 39,9±2,8%.Formed a uniform defect-free brown coating with a thickness of 12.4 ± 0.9 µm with the following characteristics: wetting angle with deionized water - 31.4 ± 1.5 °; free corrosion current density (9.9 ± 0.8) × 10 -10 A / cm 2 , apparent porosity of the coating - 39.9 ± 2.8%.
Далее формировали композиционное покрытие погружением в расплав УПТФЭ при температуре 330°С с выдержкой в течение 1 минуты образцов после их предварительной обработки аналогично примеру 1. Вынутые из емкости с расплавленным УПТФЭ образцы остужали в условиях примера 1.Next, a composite coating was formed by immersion in the UPTFE melt at a temperature of 330 ° C with holding for 1 minute of the samples after their pretreatment similarly to example 1. The samples taken out of the container with molten UPTFE were cooled under the conditions of example 1.
В результате получено композиционное покрытие, обладающее толщиной 15,5±2,2 мкм; плотность тока коррозии после нанесения УПТФЭ составила (7,9±0,4)×10-11 А/см2; угол смачивания деионизированной водой - 150,9±1,5°; видимая пористость - 0%.The result is a composite coating having a thickness of 15.5 ± 2.2 μm; the corrosion current density after the application of UPTFE was (7.9 ± 0.4) × 10 -11 A / cm 2 ; deionized water wetting angle - 150.9 ± 1.5 °; visible porosity - 0%.
Пример 3Example 3
Пластины алюминиевого сплава АМг6 подвергали обработке в течение 2,5 минут при плотности тока 160 А/дм2, увеличении анодного напряжения от 10 до 340 В в электролите следующего состава, г/л:Plates of aluminum alloy AMg6 were processed for 2.5 minutes at a current density of 160 A / dm 2 , an increase in the anode voltage from 10 to 340 V in an electrolyte of the following composition, g / l:
В результате обработки сформировано равномерное бездефектное покрытие коричневого цвета толщиной 10,8±1,0 мкм со следующими характеристиками: плотность коррозионного тока (2,3±0,9)×10-9 А/см2; угол смачивания деионизированной водой - 30,4±2,4; видимая пористость покрытия -38,9±0,8%.As a result of processing, a uniform defect-free brown coating with a thickness of 10.8 ± 1.0 µm was formed with the following characteristics: the density of the corrosive current (2.3 ± 0.9) × 10 -9 A / cm 2 ; deionized water wetting angle - 30.4 ± 2.4; visible porosity of the coating -38.9 ± 0.8%.
Композиционное покрытие формировали погружением образца, выдержанного в течение 3 минут при температуре 250°С, в расплав УПТФЭ при температуре 310°С с выдержкой в расплаве в течение 2 минут. Вынутые из емкости с расплавленным ПТФЭ образцы остужали, помещая в сушильный шкаф при температуре 250°С и постепенно, в течение полутора часов, снижая температуру до комнатной.The composite coating was formed by immersing a sample held for 3 minutes at a temperature of 250 ° C into a UPTFE melt at a temperature of 310 ° C with a hold in the melt for 2 minutes. The samples taken out of the container with molten PTFE were cooled by placing them in an oven at a temperature of 250 ° C and gradually, over one and a half hours, reducing the temperature to room temperature.
Получены композиционные покрытия толщиной 13,0±1,1 мкм. Плотность тока коррозии для композитных покрытий - (2,9±0,9)×10-11 А/см2; угол смачивания деионизированной водой - 154,7±2,9°; видимая пористость - 0%.Composite coatings with a thickness of 13.0 ± 1.1 μm were obtained. Corrosion current density for composite coatings - (2.9 ± 0.9) × 10 -11 A / cm 2 ; deionized water wetting angle - 154.7 ± 2.9 °; visible porosity - 0%.
Пример 4Example 4
Пластины алюминиевого сплава АМг6 подвергали обработке в течение 3,0 минут при плотности тока 150 А/дм2, увеличении анодного напряжения от 10 до 320 В в электролите следующего состава, г/л:Plates of aluminum alloy AMg6 were processed for 3.0 minutes at a current density of 150 A / dm 2 , an increase in the anode voltage from 10 to 320 V in an electrolyte of the following composition, g / l:
Сформировано равномерное бездефектное покрытие коричневого цвета толщиной 14,1±0,8 мкм со следующими характеристиками: плотность коррозионного тока (7,4±0,9)×10-10 А/см2; угол смачивания деионизированной водой - 30,8±1,8°; видимая пористость - 39,9±4,2%.Formed a uniform defect-free brown coating with a thickness of 14.1 ± 0.8 µm with the following characteristics: density of the corrosive current (7.4 ± 0.9) × 10 -10 A / cm 2 ; deionized water wetting angle - 30.8 ± 1.8 °; visible porosity - 39.9 ± 4.2%.
Композиционные покрытия формировали погружением в расплав УПТФЭ при температуре 330°С с выдержкой в течение 1 мин. образцов, предварительно прогретых при 250°С в течение 2 минут. Вынутые из расплава УПТФЭ образцы остужали в условиях примера 1.Composite coatings were formed by immersion in a UPTFE melt at a temperature of 330 ° C with holding for 1 min. samples preheated at 250 ° C for 2 minutes. The samples taken out of the UPTFE melt were cooled under the conditions of example 1.
Толщина полученных композиционных покрытий - 17,1±0,9 мкм; угол смачивания деионизированной водой - 155,8±2,1°; плотность тока коррозии - (2,1±0,3)×10-11 А/см2; видимая пористость - 0%.The thickness of the obtained composite coatings is 17.1 ± 0.9 microns; deionized water wetting angle - 155.8 ± 2.1 °; corrosion current density - (2.1 ± 0.3) × 10 -11 A / cm 2 ; visible porosity - 0%.
На фиг. 1 и фиг. 2 приведены СЭМ-изображения поверхности и поперечных сечений композитных покрытий, полученных по примерам 1-4 на образцах, изготовленных из сплавов алюминия АМг3 и АМг6.FIG. 1 and FIG. 2 shows SEM images of the surface and cross-sections of composite coatings obtained according to examples 1-4 on samples made of AMg3 and AMg6 aluminum alloys.
На фиг. 1 показано: пример 1 (в - поверхность, д - сечение); пример 2 (г - поверхность, е - сечение).FIG. 1 shows: example 1 (c - surface, d - section); example 2 (d - surface, e - section).
На фиг. 2: пример 3 (а - поверхность, в - сечение); пример 4 (б - поверхность, г - сечение).FIG. 2: example 3 (a - surface, b - section); example 4 (b - surface, d - section).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020128215A RU2747434C1 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Method for producing superhydrophobic coatings on magnesium-containing aluminum alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020128215A RU2747434C1 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Method for producing superhydrophobic coatings on magnesium-containing aluminum alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2747434C1 true RU2747434C1 (en) | 2021-05-05 |
Family
ID=75850935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020128215A RU2747434C1 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Method for producing superhydrophobic coatings on magnesium-containing aluminum alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2747434C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771886C1 (en) * | 2021-06-29 | 2022-05-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method for obtaining protective superhydrophobic coatings on aluminum alloys |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101423945B (en) * | 2007-11-02 | 2010-10-27 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | Method for preparing light metal super-hydrophobic surface |
| RU2486295C1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method to produce protective superhydrophobic coatings on steel |
| RU2567776C1 (en) * | 2014-10-24 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method for producing protective superhydrophobic coatings on aluminium alloys |
| RU2704344C1 (en) * | 2019-03-29 | 2019-10-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of forming composite coatings on magnesium |
| RU2707458C1 (en) * | 2019-07-01 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of producing super-hydrophobic coatings with anti-icing properties on aluminum and its alloys |
-
2020
- 2020-08-24 RU RU2020128215A patent/RU2747434C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101423945B (en) * | 2007-11-02 | 2010-10-27 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | Method for preparing light metal super-hydrophobic surface |
| RU2486295C1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method to produce protective superhydrophobic coatings on steel |
| RU2567776C1 (en) * | 2014-10-24 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method for producing protective superhydrophobic coatings on aluminium alloys |
| RU2704344C1 (en) * | 2019-03-29 | 2019-10-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of forming composite coatings on magnesium |
| RU2707458C1 (en) * | 2019-07-01 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of producing super-hydrophobic coatings with anti-icing properties on aluminum and its alloys |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771886C1 (en) * | 2021-06-29 | 2022-05-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method for obtaining protective superhydrophobic coatings on aluminum alloys |
| RU2784001C1 (en) * | 2022-06-24 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method for obtaining protective superhydrophobic coatings with antistatic effect on aluminum alloys |
| RU2786261C1 (en) * | 2022-07-25 | 2022-12-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Method for obtaining a superhydrophobic surface based on copper composites |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wood et al. | The anodizing of aluminium in sulphate solutions | |
| US3234110A (en) | Electrode and method of making same | |
| Bouchama et al. | Enhancing aluminum corrosion resistance by two-step anodizing process | |
| Gnedenkov et al. | Wettability and electrochemical properties of the highly hydrophobic coatings on PEO-pretreated aluminum alloy | |
| Xu et al. | Superhydrophobic copper stearate/copper oxide thin films by a simple one-step electrochemical process and their corrosion resistance properties | |
| JPH10510881A (en) | Cleaning of aluminum products | |
| Chung et al. | Effect of current density and concentration on microstructure and corrosion behavior of 6061 Al alloy in sulfuric acid | |
| WO2006123736A1 (en) | Corrosion resistance treatment method for aluminum or aluminum alloy | |
| Elsentriecy et al. | Effects of pH and temperature on the deposition properties of stannate chemical conversion coatings formed by the potentiostatic technique on AZ91 D magnesium alloy | |
| Chung et al. | Hybrid pulse anodization for the fabrication of porous anodic alumina films from commercial purity (99%) aluminum at room temperature | |
| Peng et al. | Preparation of anodic films on 2024 aluminum alloy in boric acid-containing mixed electrolyte | |
| JPH08246163A (en) | Method for imparting liquid pepellency to metallic surface | |
| JP5614671B2 (en) | Oxide film and method for forming the same | |
| RU2747434C1 (en) | Method for producing superhydrophobic coatings on magnesium-containing aluminum alloys | |
| RU2567776C1 (en) | Method for producing protective superhydrophobic coatings on aluminium alloys | |
| RU2534123C9 (en) | Making of protective coatings on valve metals and their alloys | |
| JP5369083B2 (en) | Surface-treated aluminum member having high withstand voltage and method for producing the same | |
| US20170145581A1 (en) | Method of treating surface of aluminum substrate to increase performance of offshore equipment | |
| Patermarakis et al. | Formulation of a criterion predicting the development of uniform regular and non-uniform abnormal porous anodic alumina coatings and revealing the mechanisms of their appearance and progress | |
| KR101840567B1 (en) | Preparing method of colored coating layer for aluminum oxide with excellent corrosion resistance for military Using Plasma Electrolytic Oxidation | |
| Cedeño | Effect of the layer of anodized 7075-T6 aluminium corrosion properties | |
| RU2771886C1 (en) | Method for obtaining protective superhydrophobic coatings on aluminum alloys | |
| Berndt et al. | Anodization of aluminum in highly viscous phosphoric acid PART 1: Investigation of anodic oxide layers by scanning electron microscopy (SEM) and in-situ electrochemical impedance spectroscopy (in-situ EIS) | |
| Naief et al. | Comparative Study for Anodizing Aluminum Alloy 1060 by Different Types of Electrolytes Solutions | |
| RU2704344C1 (en) | Method of forming composite coatings on magnesium |