RU2803794C1 - Method for obtaining decorative coatings on products from valve metal alloys - Google Patents
Method for obtaining decorative coatings on products from valve metal alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803794C1 RU2803794C1 RU2023104072A RU2023104072A RU2803794C1 RU 2803794 C1 RU2803794 C1 RU 2803794C1 RU 2023104072 A RU2023104072 A RU 2023104072A RU 2023104072 A RU2023104072 A RU 2023104072A RU 2803794 C1 RU2803794 C1 RU 2803794C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coatings
- products
- temperature
- heat treatment
- metal alloys
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области поверхностной обработки изделий из сплавов металлов вентильной группы, предназначено для улучшения декоративных характеристик и повышения долговечности этих изделий и может применяться в машиностроении и смежных отраслях промышленности.The invention relates to the field of surface treatment of products made of metal alloys of the valve group, is intended to improve the decorative characteristics and increase the durability of these products and can be used in mechanical engineering and related industries.
К металлам вентильной группы относят алюминий, титан, магний, цирконий и некоторые другие металлы, на которых образуются плотные оксидные пленки с униполярной проводимостью. Методы электролитического оксидирования, к числу которых относят анодирование и микродуговое оксидирование, позволяют на порядки увеличивать толщину этих пленок с изменением их структуры и преобразованием их в функциональные покрытия. Такие покрытия можно получать не только на вентильных металлах, но и на их сплавах.Valve group metals include aluminum, titanium, magnesium, zirconium and some other metals on which dense oxide films with unipolar conductivity are formed. Electrolytic oxidation methods, which include anodization and microarc oxidation, make it possible to increase the thickness of these films by orders of magnitude, changing their structure and transforming them into functional coatings. Such coatings can be obtained not only on valve metals, but also on their alloys.
Адгезия лакокрасочных материалов и некоторых других полимеров к поверхностям изделий из сплавов металлов вентильной группы, покрытых плотными естественными оксидными пленками, является довольно низкой. Поэтому лакокрасочные покрытия, наносимые на изделия из сплавов металлов вентильной группы без специальной предварительной подготовки, характеризуются невысокой долговечностью и через непродолжительное время разрушаются и отслаиваются [1, 2]. Однако, несмотря на эти недостатки, из-за широчайшей цветовой гаммы, высокой степени однотонности, невысокой стоимости, простоты нанесения и возможности восстановления многие производители и потребители отдают свое предпочтение именно изделиям с лакокрасочными покрытиями, включая изделия из сплавов металлов вентильной группы.The adhesion of paints and varnishes and some other polymers to the surfaces of products made of valve group metal alloys coated with dense natural oxide films is quite low. Therefore, paint and varnish coatings applied to products made of metal alloys of the valve group without special preliminary preparation are characterized by low durability and after a short time they are destroyed and peeled off [1, 2]. However, despite these disadvantages, due to the widest range of colors, high degree of uniformity, low cost, ease of application and the possibility of restoration, many manufacturers and consumers give their preference to products with paint and varnish coatings, including products made from valve group metal alloys.
Для повышения адгезии лакокрасочных материалов поверхности изделий из сплавов металлов вентильной группы предварительно подвергают обезжириванию, травлению, хроматированию, фосфатированию, анодированию, грунтованию и другим видам специальной обработки [1, 2]. Но в большинстве случаев даже это не позволяет обеспечить необходимую долговечность лакокрасочных покрытий, особенно на изделиях, эксплуатирующихся в жестких климатических условиях. Ярким примером таких изделий являются корпусные детали локомотивных скоростемеров, которые изготавливаются из алюминиевых сплавов, устанавливаются на рамы локомотивов и повергаются воздействию низких и высоких температур (от -50 до +70°С), повышенной влажности (до 100%), абразивных частиц и т.п. Опыт производства и эксплуатации локомотивных скоростемеров показывает, что ни один из перечисленных выше способов предварительной обработки поверхностей перед нанесением лакокрасочных покрытий не может обеспечить их необходимой адгезии и долговечности. Другие же способы окрашивания, включая цветное анодирование и наполнение покрытий, полученных анодированием, цветными реагентами, как минимум, не могут обеспечить декоративных характеристик, отвечающих требованиям заказчиков, поскольку не позволяют получить сочетание заданного тона, насыщенности, светлоты, однотонности и т.д.To increase the adhesion of paints and varnishes, the surfaces of products made of metal alloys of the valve group are first subjected to degreasing, etching, chromating, phosphating, anodizing, priming and other types of special processing [1, 2]. But in most cases, even this does not ensure the necessary durability of paint and varnish coatings, especially on products used in harsh climatic conditions. A striking example of such products are the body parts of locomotive speed meters, which are made of aluminum alloys, installed on locomotive frames and exposed to low and high temperatures (from -50 to +70°C), high humidity (up to 100%), abrasive particles, etc. .P. Experience in the production and operation of locomotive speed meters shows that none of the above methods of pre-treatment of surfaces before applying paint and varnish coatings can provide them with the necessary adhesion and durability. Other methods of painting, including color anodizing and filling coatings obtained by anodizing with color reagents, at a minimum, cannot provide decorative characteristics that meet customer requirements, since they do not allow obtaining a combination of a given tone, saturation, lightness, uniformity, etc.
В связи с изложенным для производственной практики большой интерес представляет разработка способов получения на поверхностях изделий из сплавов алюминия и других металлов вентильной группы долговечных лакокрасочных покрытий с высокими декоративными характеристиками и широкой цветовой гаммой.In connection with the above, the development of methods for producing durable paint and varnish coatings with high decorative characteristics and a wide range of colors on the surfaces of products made of aluminum alloys and other valve group metals is of great interest for industrial practice.
Из источников патентной информации известен способ получения декоративных лакокрасочных покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов [Патент RU 2061012. Способ получения декоративного покрытия на изделиях из алюминия и его сплавов /Аркуша В.Т., Мостовая Т.А., Шахов А.Н. - 27.05.1996]. Согласно данному способу сначала поверхности изделий обезжиривают, а потом наносят на них лакокрасочный материал определенного состава в один слой и осуществляют его сушку в течение 10-15 минут. Однако данный способ не позволяет получать лакокрасочные покрытия с широкой цветовой гаммой и не может обеспечить их высокой адгезии и долговечности для изделий, эксплуатируемых в широких температурных интервалах и условиях повышенной влажности.From sources of patent information, a method for obtaining decorative paint and varnish coatings on products made of aluminum and its alloys is known [ Patent RU 2061012. Method of obtaining a decorative coating on products made from aluminum and its alloys / Arkusha V.T., Mostovaya T.A., Shakhov A.N. . - 05/27/1996 ]. According to this method, first the surfaces of the products are degreased, and then a paint and varnish material of a certain composition is applied to them in one layer and dried for 10-15 minutes. However, this method does not make it possible to obtain paint coatings with a wide range of colors and cannot ensure their high adhesion and durability for products operated in wide temperature ranges and conditions of high humidity.
Также из источников патентной информации известен состав для обработки изделий из алюминиевых сплавов, способствующий повышению адгезии лакокрасочных материалов [Патент RU 2070615. Состав для обработки изделий из алюминиевых сплавов, способствующий повышению адгезии лакокрасочных материалов / Кирсанова М.В., Шодэ Л.Г., Цейтлин М.Г., Ведякин С.В. - 20.12.1996]. В данный состав входят этилцеллозольв, фторсодержащий олигомер ОФ-2, хромат циклогексиламина, органический краситель и другие компоненты. Однако, несмотря на сложную комбинацию компонентов, состав рекомендован только для изделий из алюминиевых сплавов и при этом даже применительно к ним не может обеспечить необходимой адгезии и долговечности лакокрасочных покрытий для продолжительной эксплуатации изделий в суровых климатических условиях.Also from sources of patent information, a composition for processing products made of aluminum alloys, which helps to increase the adhesion of paints and varnishes, is known [ Patent RU 2070615. Composition for processing products made of aluminum alloys, which helps to increase the adhesion of paints and varnishes / Kirsanova M.V., Shode L.G., Tseytlin M.G., Vedyakin S.V. - 12/20/1996 ]. This composition includes ethylcellosolve, fluorine-containing oligomer OF-2, cyclohexylamine chromate, organic dye and other components. However, despite the complex combination of components, the composition is recommended only for products made of aluminum alloys and, even when applied to them, cannot provide the necessary adhesion and durability of paint and varnish coatings for long-term operation of products in harsh climatic conditions.
Кроме того, из источников патентной информации известен способ получения композиционных покрытий на сплавах металлов вентильной группы [2527110. Способ получения композиционных покрытий на сплавах вентильных металлов / Малышев В.Н., Вольхин А.М., Гантимиров Б.М. - 27.08.2014]. Согласно данному способу сначала изделия из сплавов вентильных металлов повергают микродуговому оксидированию при плотности тока 0,5-30 А/дм2 и отношении значений силы тока в анодном и катодном полупериодах 1,1-1,2, а затем осуществляют наполнение сформированных керамикоподобных покрытий сверхвысокомолекулярным полиэтиленом с последующим оплавлением его поверхностного слоя и охлаждением. Данный способ обеспечивает кардинальное улучшение триботехнических свойств изделий из вентильных металлов, но не пригоден для повышения их декоративных характеристик, тем более, с обеспечением широкой цветовой гаммы.In addition, from sources of patent information, a method for producing composite coatings on valve metal alloys is known [ 2527110. Method for producing composite coatings on valve metal alloys / V.N. Malyshev, A.M. Volkhin, B.M. Gantimirov. - 08/27/2014 ]. According to this method, first, products made from valve metal alloys are subjected to microarc oxidation at a current density of 0.5-30 A/dm 2 and the ratio of current values in the anodic and cathodic half-cycles is 1.1-1.2, and then the formed ceramic-like coatings are filled with ultra-high molecular weight polyethylene, followed by melting of its surface layer and cooling. This method provides a radical improvement in the tribological properties of products made of valve metals, but is not suitable for increasing their decorative characteristics, especially when providing a wide range of colors.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому способу является способ получения термостойких изоляционных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов [Патент 2237758. Способ получения термостойких изоляционных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов / Новиков А.Н., Коломейченко А.В., Пронин В.В. - 10.10.2004]. Согласно данному способу изделия из алюминиевых сплавов сначала подвергают микродуговому оксидированию в растворе едкого кали 2-6 г/л и жидкого стекла 10-30 г/л с получением покрытия толщиной не менее 100 мкм, затем термической обработке в течение 60-90 минут при температуре 200-250°С, потом пропитке в суспензии фторопласта и дальнейшей сушке при температуре 100-150°С. Данный способ обеспечивает получение термостойких покрытий с повышенными электроизоляционными свойствами, однако реализация данного способа требует больших временных и энергетических затрат и не позволяет получать покрытия с высокими декоративными характеристиками и широкой цветовой гаммой.The closest in technical essence to the proposed method is the method for producing heat-resistant insulating coatings on products made of aluminum alloys [ Patent 2237758. Method for producing heat-resistant insulating coatings on products made from aluminum alloys / Novikov A.N., Kolomeichenko A.V., Pronin V.V. - 10.10.2004 ]. According to this method, products made of aluminum alloys are first subjected to microarc oxidation in a solution of caustic potassium 2-6 g/l and liquid glass 10-30 g/l to obtain a coating with a thickness of at least 100 microns, then heat treated for 60-90 minutes at 200-250°C, then impregnated in a fluoroplastic suspension and further dried at a temperature of 100-150°C. This method provides heat-resistant coatings with increased electrical insulating properties, however, the implementation of this method requires a lot of time and energy and does not allow obtaining coatings with high decorative characteristics and a wide range of colors.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения на изделиях из сплавов металлов вентильной группы лакокрасочных покрытий, обладающих высокими декоративными характеристиками, широкой цветовой гаммой, а также отличающихся повышенной адгезией к поверхностям изделий и долговечностью, в том числе и в жестких климатических условиях.The objective of the present invention is to develop a method for producing paint and varnish coatings on products made of metal alloys of the valve group that have high decorative characteristics, a wide range of colors, and are also characterized by increased adhesion to product surfaces and durability, including in harsh climatic conditions.
Технический результат решения поставленной задачи проявляется в разработке способа получения на изделиях из сплавов металлов вентильной группы покрытий с высокими декоративными свойствам и широкой цветовой гаммой, способных работать в большом интервале температур - от -50 до +70°С и условиях повышенной влажности - до 100% без разрушений и отслаиваний в течение срока не менее 12 месяцев.The technical result of solving the problem is manifested in the development of a method for producing coatings on products made of valve group metal alloys with high decorative properties and a wide range of colors, capable of operating in a wide temperature range - from -50 to +70 ° C and conditions of high humidity - up to 100% without damage or peeling for a period of at least 12 months.
Поставленная задача решается в способе получения декоративных покрытий на изделиях из сплавов вентильных металлов, включающем микродуговое оксидирование, последующую термическую обработку и нанесение покрывающего полимеросодержащего слоя, причем, микродуговое оксидирование проводят в водном растворе едкого кали 8-10 г/л или едкого натра 7-9 г/л, имеющем температуру 35-45°С, при плотности переменного тока 10-35 А/дм2 в течение 5-15 мин, последующую термическую обработку осуществляют непосредственно после микродугового оксидирования путем нагрева изделий до 330-1000°С с выдержкой 3-10 мин, при этом температура нагрева должна быть как минимум на 10-20°С ниже температуры плавления сплава изделия, а на поверхности изделий с покрытиями, прошедшими термическую обработку, наносят полимерный лакокрасочный материал с нужными декоративными характеристиками и вязкостью 70-110 сСт, после чего проводят его сушку.The problem is solved in a method for producing decorative coatings on products made of valve metal alloys, including micro-arc oxidation, subsequent heat treatment and application of a coating polymer-containing layer, and micro-arc oxidation is carried out in an aqueous solution of caustic potassium 8-10 g/l or caustic soda 7-9 g/l, having a temperature of 35-45°C, at an alternating current density of 10-35 A/dm 2 for 5-15 minutes, subsequent heat treatment is carried out immediately after micro-arc oxidation by heating the products to 330-1000°C with a holding time of 3 -10 min, in which case the heating temperature must be at least 10-20°C below the melting point of the product alloy, and on the surface of products with coatings that have undergone heat treatment, a polymer paint and varnish material with the required decorative characteristics and a viscosity of 70-110 cSt is applied, after which it is dried.
Способ реализуется следующим образом. Сначала изделия из сплава вентильного металла обезжиривают, промывают и подвергают микродуговому оксидированию в водном растворе едкого кали 8-10 г/л или едкого натра 7-9 г/л в режиме переменного тока в течение 5-15 минут. При этом средние значения плотности тока на оксидируемых поверхностях и температуры раствора поддерживают в интервалах 10-35 А/дм2 и 35-45°С соответственно. Высокие значения температуры раствора можно легко обеспечить при ограничении его объема и интенсивности его охлаждения.The method is implemented as follows. First, products made from a valve metal alloy are degreased, washed and subjected to micro-arc oxidation in an aqueous solution of caustic potassium 8-10 g/l or caustic soda 7-9 g/l in alternating current mode for 5-15 minutes. In this case, the average current density on the oxidized surfaces and the solution temperature are maintained in the ranges of 10-35 A/dm 2 and 35-45°C, respectively. High solution temperatures can be easily achieved by limiting its volume and the intensity of its cooling.
По окончании микродугового оксидирования изделия промывают и сразу помещают в камеру термического шкафа или печи, прогретую до температуры 330-1000°С и выдерживают 3-10 минут. При этом температура в камере должна быть как минимум на 10-20°С ниже температуры плавления сплава изделия для исключения возможности оплавления сплава у границы с покрытием, сформированным микродуговым оксидированием.At the end of micro-arc oxidation, the products are washed and immediately placed in a chamber of a thermal cabinet or oven, heated to a temperature of 330-1000°C and held for 3-10 minutes. In this case, the temperature in the chamber must be at least 10-20°C lower than the melting temperature of the alloy of the product to eliminate the possibility of melting of the alloy at the boundary with the coating formed by micro-arc oxidation.
После выдержки в камере термического шкафа или печи изделия извлекают, охлаждают на воздухе и наносят на их обработанные микродуговым оксидированием поверхности равномерный сплошной слой полимерного лакокрасочного материала на алкидной, меламиноалкидной или пентафталевой основе, предназначенного для наружных работ и обладающего вязкостью 70-110 сСт и необходимыми декоративными характеристиками (цветовым тоном, насыщенностью, светлотой и т.п.), до получения качественного равномерного слоя. Для обеспечения необходимой вязкости лакокрасочный материал разбавляют веществом, рекомендуемым производителем.After exposure in the chamber of a thermal cabinet or oven, the products are removed, cooled in air and a uniform continuous layer of polymer paint and varnish material on an alkyd, melamine-alkyd or pentaphthalic base, intended for external use and having a viscosity of 70-110 cSt and the necessary decorative properties, is applied to their surfaces treated with micro-arc oxidation. characteristics (color tone, saturation, lightness, etc.) until a high-quality uniform layer is obtained. To ensure the required viscosity, the paint and varnish material is diluted with a substance recommended by the manufacturer.
Затем лакокрасочный материал на изделиях высушивают с соблюдением рекомендуемого производителем режима сушки.Then the paint and varnish material on the products is dried in compliance with the drying regime recommended by the manufacturer.
В случае необходимости, или если этого требуют рекомендации производителя лакокрасочного материала, на поверхности изделий повторно наносят слой лакокрасочного материала и высушивают его с соблюдением рекомендуемого производителем режима сушки.If necessary, or if required by the recommendations of the manufacturer of the paint and varnish material, a layer of paint and varnish material is re-applied on the surface of the products and dried in compliance with the drying regime recommended by the manufacturer.
Микродуговое оксидирование в растворах едкого кали 8-10 г/л или едкого натра 7-9 г/л без добавления жидкого стекла обеспечивает формирование покрытий с более высокой шероховатостью наружных поверхностей и более высокой пористостью поверхностных слоев, чем у покрытий, формируемых в растворах с меньшим содержанием этих едких щелочей и наличием жидкого стекла. Меньшее содержание едких щелочей не обеспечивает достижения требуемой пористости и шероховатости покрытий, а большее содержание щелочей способствует слишком интенсивному растворению покрытий, снижению их толщины и появлению существенной неравномерности пористости их поверхностных слоев и шероховатости поверхностей, которую трудно нивелировать последующим нанесением тонкого лакокрасочного слоя.Microarc oxidation in solutions of caustic potassium 8-10 g/l or caustic soda 7-9 g/l without adding liquid glass ensures the formation of coatings with higher roughness of outer surfaces and higher porosity of surface layers than coatings formed in solutions with lower the content of these caustic alkalis and the presence of liquid glass. A lower content of caustic alkalis does not ensure the achievement of the required porosity and roughness of coatings, and a higher content of alkalis contributes to too intense dissolution of coatings, a decrease in their thickness and the appearance of significant unevenness in the porosity of their surface layers and surface roughness, which is difficult to level out by subsequent application of a thin layer of paint and varnish.
Важно отметить, что указанная выше концентрация едких щелочей является повышенной. Это обеспечивает повышение проводимости растворов и снижение энергоемкости микродугового оксидирования с уменьшением его себестоимости на 2-6%.It is important to note that the above concentration of caustic alkalis is increased. This ensures an increase in the conductivity of solutions and a decrease in the energy intensity of microarc oxidation with a reduction in its cost by 2-6%.
Температура раствора 35-45°С также способствует усилению растворяющего действия раствора на формируемые покрытия, в результате чего у них повышаются шероховатость наружных поверхностей и пористость поверхностных слоев, у которых к тому же увеличивается степень гидратации с образованием моно- и тригидроксидов вентильных металлов. При температурах ниже 35°С формируются более плотные покрытия с меньшим содержанием моно- и тригидроксидов вентильных металлов в их наружных слоях, а при температурах выше 45°С получаются покрытия с относительно слабой когезией в поверхностных слоях. К тому же при столь высоких температурах растворов из-за повышения интенсивности испарения раствора с едкой щелочью существенно ухудшаются условия труда.A solution temperature of 35-45°C also enhances the dissolving effect of the solution on the coatings being formed, as a result of which the roughness of their outer surfaces and the porosity of the surface layers increase, in which the degree of hydration also increases with the formation of mono- and trihydroxides of valve metals. At temperatures below 35°C, more dense coatings are formed with a lower content of mono- and trihydroxides of valve metals in their outer layers, and at temperatures above 45°C, coatings with relatively weak cohesion in the surface layers are obtained. In addition, at such high temperatures of the solutions, due to the increased intensity of evaporation of the solution with caustic alkali, working conditions significantly worsen.
Длительность микродугового оксидирования 5-15 минут обеспечивает формирование покрытий достаточной толщины с шероховатыми наружными поверхностями, а также пористыми и гидратированными приповерхностными слоями. При меньшей длительности микродугового оксидирования получаются тонкие гладкие малопористые покрытия с малой шероховатостью поверхности, а при большей длительности увеличивается себестоимость микродугового оксидирования и формируются покрытия с излишней пористостью и шероховатостью, которую трудно нивелировать нанесением последующего тонкого лакокрасочного слоя.The duration of microarc oxidation of 5-15 minutes ensures the formation of coatings of sufficient thickness with rough outer surfaces, as well as porous and hydrated near-surface layers. With a shorter duration of micro-arc oxidation, thin, smooth, low-porosity coatings with low surface roughness are obtained, and with a longer duration, the cost of micro-arc oxidation increases and coatings with excessive porosity and roughness are formed, which is difficult to level out by applying a subsequent thin paint layer.
Микродуговое оксидирование на переменном токе обеспечивает более высокую когезию покрытий, на постоянном токе зачастую формируются покрытия с очень слабой связью частиц друг с другом и возможностью их выкрашивания из поверхностных слоев покрытий. Плотность тока на оксидируемых поверхностях 10-35 А/дм2 обеспечивает рациональное сочетание толщины покрытий, пористости их поверхностных слоев, шероховатости их поверхностей и себестоимости микродугового оксидирования. При меньшей плотности тока формируются менее толстые, но более плотные, гладкие и ровные покрытия, а при большей плотности тока увеличивается энергоемкость микродугового оксидирования и образуются дуговые пробои, приводящие к локальным разрушениям покрытий почти на всю толщину. Такие разрушения невозможно нивелировать тонким лакокрасочным слоем, после его нанесения в местах таких разрушений образуются заметные воронкообразные впадины.Microarc oxidation with alternating current provides higher cohesion of coatings; with direct current, coatings are often formed with very weak coupling of particles to each other and the possibility of their chipping from the surface layers of the coatings. The current density on the oxidized surfaces of 10-35 A/dm 2 provides a rational combination of the thickness of the coatings, the porosity of their surface layers, the roughness of their surfaces and the cost of micro-arc oxidation. At a lower current density, less thick, but more dense, smooth and even coatings are formed, and at a higher current density, the energy intensity of microarc oxidation increases and arc breakdowns are formed, leading to local destruction of coatings over almost the entire thickness. Such damage cannot be leveled out with a thin layer of paint; after its application, noticeable funnel-shaped depressions form in the places of such damage.
Быстрая загрузка промытых образцов в камеру термического шкафа или печи, прогретую до 330-1000°С, обеспечивает не только эффективную сушку поверхностей керамикоподобных покрытий от следов промывочной воды, но и способствует потере покрытиями адсорбированной влаги с переходом моно- и тригидроксидов вентильных металлов в оксиды с потерей объема и, следовательно, с дополнительным равномерным повышением шероховатости наружных поверхностей и пористостью поверхностных слоев покрытий. Важно отметить, что такая температура в камере обеспечивает быстрое одновременное протекание переходов тригидроксидов в моногидроксиды и моногидроксидов в оксиды вентильных металлов. Например, в покрытиях, сформированных микродуговым оксидированием, на алюминиевых сплавах при быстром нагреве до 480-500°С одновременно могут осуществляться как минимум три таких перехода [7]. В результате этого происходит ускоренное изменение объема отдельных структурных составляющих покрытий, приводящее к открытию новых пор и дополнительному равномерному повышению пористости поверхностных слоев покрытий и шероховатости их поверхностей.Quick loading of washed samples into the chamber of a thermal cabinet or oven, heated to 330-1000°C, ensures not only effective drying of the surfaces of ceramic-like coatings from traces of washing water, but also contributes to the loss of adsorbed moisture by the coatings with the transition of mono- and trihydroxides of valve metals into oxides with loss of volume and, consequently, with an additional uniform increase in the roughness of the outer surfaces and the porosity of the surface layers of coatings. It is important to note that such a temperature in the chamber ensures rapid simultaneous transitions of trihydroxides to monohydroxides and monohydroxides to valve metal oxides. For example, in coatings formed by microarc oxidation on aluminum alloys, when rapidly heated to 480-500°C, at least three such transitions can occur simultaneously [7]. As a result of this, an accelerated change in the volume of individual structural components of the coatings occurs, leading to the opening of new pores and an additional uniform increase in the porosity of the surface layers of the coatings and the roughness of their surfaces.
Длительность выдержки в камере термического шкафа или печи 3-10 минут обеспечивает эффективную сушку покрытий и протекание в них переходов моно- и тригидроксидов вентильных металлов в их оксиды с повышением пористости поверхностных слоев покрытий и шероховатости их поверхностей. При меньшем времени выдержки переходы моно- и тригидроксидов в оксид не успевают начаться, а увеличение времени выдержки сверх указанного интервала не способствует дальнейшим значимым изменениям пористости поверхностных слоев покрытий и шероховатости их поверхностей, увеличивая продолжительность и стоимость термической обработки.The duration of exposure in the chamber of a thermal cabinet or oven of 3-10 minutes ensures effective drying of coatings and the passage of transitions of mono- and trihydroxides of valve metals into their oxides with an increase in the porosity of the surface layers of coatings and the roughness of their surfaces. With a shorter holding time, the transitions of mono- and trihydroxides into oxide do not have time to begin, and increasing the holding time beyond the specified interval does not contribute to further significant changes in the porosity of the surface layers of coatings and the roughness of their surfaces, increasing the duration and cost of heat treatment.
Вязкость лакокрасочного материала 70-110 сСт обеспечивает получение на пористых шероховатых поверхностях покрытий, сформированных микродуговым оксидированием, качественных равномерных лакокрасочных покрытий с непрерывной полимерной цепью пленки, проникающей во впадины микрорельефа поверхности, нивелирующей его неровности и обладающей высокой адгезией к покрытию, сформированному микродуговым оксидированием, а также высокой долговечностью и хорошими декоративными свойствами. При меньшей вязкости лакокрасочные покрытия имеют пониженную толщину, матовость, наследуют микрорельеф покрытий, сформированных микродуговым оксидированием, за счет чего просвечивают на выступах, и со временем начинают растрескиваться, но практически без отслаивания. При большей вязкости получаемые лакокрасочные покрытия отличаются неравномерностью и наплывами, имеют невысокую адгезию к покрытиям, сформированным микродуговым оксидированием, поэтому со временем начинают отслаиваться от них.The viscosity of the paint and varnish material of 70-110 cSt ensures that on porous rough surfaces of coatings formed by micro-arc oxidation, high-quality uniform paint and varnish coatings with a continuous polymer chain of a film that penetrates into the cavities of the surface microrelief, leveling its unevenness and having high adhesion to the coating formed by micro-arc oxidation, and also high durability and good decorative properties. At a lower viscosity, paint and varnish coatings have a reduced thickness, dullness, inherit the microrelief of coatings formed by micro-arc oxidation, due to which they are visible on the protrusions, and over time they begin to crack, but practically without peeling. At higher viscosity, the resulting paint coatings are uneven and sagging, have low adhesion to coatings formed by microarc oxidation, and therefore begin to peel off over time.
Соблюдение рекомендаций производителя при сушке лакокрасочного материала необходимо для гарантированного получения качественного равномерного лакокрасочного покрытия без видимых раковин, язвин и недопустимо больших пор.Compliance with the manufacturer's recommendations when drying paint and varnish material is necessary to guarantee the receipt of a high-quality, uniform paint and varnish coating without visible holes, pits and unacceptably large pores.
Пример 1. Корпусные детали локомотивных скоростемеров, изготовленные из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов АМг3, Д16, АК9 и АК12, в производственных условиях в течение нескольких лет подвергали окрашиванию алкидными и меламиноалкидными эмалями, перед которым в обязательном порядке проводили предварительную обработку. В качестве предварительной подготовки использовали обезжиривание и последующее фосфатирование, либо хроматирование, либо твердое анодирование в растворе серной кислоты, либо грунтование. После окончательного высушивания эмалей проводили лабораторные испытания их адгезии к поверхностям изделий по методу решетчатых надрезов. После нанесения надрезов детали выдерживали в климатической камере в течение 90 суток, включая 30 суток при температуре +70 °С и влажности 60-98%, 30 суток при температуре -50°С и влажности 50-70% и 30 суток при температуре 25°С и влажности 95-98%. Во всех случаях после испытаний по методу решетчатых надрезов и последующей выдержки в климатической камере наблюдалось значимое растрескивание и отслаивание эмалей. При этом наименьшее растрескивание и отслаивание наблюдались у лакокрасочных покрытий, нанесенных на детали, предварительно обработанные твердым анодированием в растворе серной кислоты.Example 1. Housing parts of locomotive speedometers, made of wrought and cast aluminum alloys AMg3, D16, AK9 and AK12, were subjected to painting under production conditions for several years with alkyd and melamine-alkyd enamels, before which pre-treatment was mandatory. As a preliminary preparation, degreasing and subsequent phosphating, or chromating, or hard anodizing in a sulfuric acid solution, or priming were used. After the final drying of the enamels, laboratory tests of their adhesion to product surfaces were carried out using the lattice incision method. After making cuts, the parts were kept in a climate chamber for 90 days, including 30 days at a temperature of +70 ° C and a humidity of 60-98%, 30 days at a temperature of -50 ° C and a humidity of 50-70% and 30 days at a temperature of 25 ° C and humidity 95-98%. In all cases, after testing using the lattice cut method and subsequent exposure to a climate chamber, significant cracking and peeling of the enamels was observed. At the same time, the least cracking and peeling were observed in paint coatings applied to parts pre-treated with hard anodization in a sulfuric acid solution.
После обработки таких же деталей согласно предлагаемому способу, включающему микродуговое оксидирование в растворах едкого кали 9 г/л и едкого натра 7 г/л в течение 9-11 минут при плотности тока 20-30 А/дм2 и температурах растворов 35-40°С, загрузку в камеру печи, прогретую до 480-500°С, и выдержку в ней в течение 5-7 минут, охлаждение на воздухе и окрашивание из краскопульта алкидными и меламиноалкидными эмалями, обладающими вязкостью 80-88 сСт, в два слоя с сушкой слоев согласно рекомендациям производителей никакого растрескивания и, тем более, отслаивания эмалей после лабораторных испытаний по методу решетчатых надрезов и последующей выдержки в климатической камере в течение 90 суток, включая 30 суток при температуре +70°С и влажности 60-98%, 30 суток при температуре -50°С и влажности 50-70% и 30 суток при температуре 25°С и влажности 95-98%, не наблюдалось вообще. Более того, растрескивания и отслаивания эмалей не наблюдалось и после реальной эксплуатации скоростемеров в течение 12 месяцев в разных климатических условиях в интервалах изменения температур и влажности от -45 до +50°С и от 25 до 100% соответственно и при воздействии абразивных частиц окружающей среды.After processing the same parts according to the proposed method, including microarc oxidation in solutions of caustic potassium 9 g/l and caustic soda 7 g/l for 9-11 minutes at a current density of 20-30 A/dm 2 and solution temperatures of 35-40° C, loading into a furnace chamber heated to 480-500°C and holding in it for 5-7 minutes, cooling in air and painting from a spray gun with alkyd and melamine-alkyd enamels with a viscosity of 80-88 cSt, in two layers with drying layers according to the manufacturers' recommendations, no cracking and, especially, flaking of enamels after laboratory tests using the lattice incision method and subsequent exposure in a climate chamber for 90 days, including 30 days at a temperature of +70°C and a humidity of 60-98%, 30 days at a temperature of -50°C and a humidity of 50-70% and 30 days at a temperature of 25°C and a humidity of 95-98% were not observed at all. Moreover, cracking and peeling of the enamels were not observed even after actual operation of the speed meters for 12 months in different climatic conditions in the temperature and humidity ranges from -45 to +50 ° C and from 25 to 100%, respectively, and when exposed to abrasive environmental particles .
Пример 2. Три экспериментальных образца в виде дисков диаметром 35 мм и толщиной 5 мм из технического титана ВТ1-0 подвергали различной предварительной обработке и последующему окрашиванию эмалью на пентафталевой основе. Первый диск подвергали анодированию в растворе щавелевой кислоты 30 г/л при его средней температуре 20°С и плотности постоянного тока на оксидируемых поверхностях 2 А/дм2 в течение 20 минут. Второй диск подвергали микродуговому оксидированию в растворе едкого кали 6 г/л и жидкого стекла 6 г/л при его средней температуре 10°С и плотности переменного тока на оксидируемых поверхностях 8 А/дм2 в течение 10 минут. Третий диск подвергали микродуговому оксидированию в растворе едкого кали 10 г/л при его средней температуре 40°С и плотности переменного тока на оксидируемых поверхностях 15 А/дм2 в течение 10 минут. Затем все диски загружали в камеру печи, прогретую до 1000°С, и выдерживали в ней 10 минут. После охлаждения на воздухе все диски одновременно окрашивали из краскопульта эмалью на пентафталевой основе, обладающей вязкостью 82 сСт, и сушили ее согласно рекомендациям производителя. Далее проводили лабораторные испытания по методу решетчатых надрезов, при которых не первом диске произошло небольшое отслаивание эмали по краям надрезов, а у второго и третьего диска отслаиваний эмали не наблюдалось. Потом диски выдерживали в климатической камере в течение 90 суток, включая 30 суток при температуре +70°С и влажности 60-98%, 30 суток при температуре -50°С и влажности 50-70% и 30 суток при температуре +25°С и влажности 95-98%, после чего у первого диска наблюдалось значимое растрескивание и отслаивание эмали, а у второго и третьего диска ни растрескивания, ни отслаивания эмали не наблюдалось. Однако при дальнейшей выдержке второго и третьего дисков на открытом воздухе в течение 12 месяцев, во время которых температура и влажность среды изменялись в интервалах от -29 до +38°С и от 31 до 94% соответственно, у второго диска было отмечено небольшое, но значимое растрескивание и отслаивание эмали, а у третьего диска ни растрескивания, ни отслаивания эмали не наблюдалось.Example 2. Three experimental samples in the form of disks with a diameter of 35 mm and a thickness of 5 mm from technical titanium VT1-0 were subjected to various pre-treatments and subsequent painting with pentaphthalic-based enamel. The first disk was anodized in a solution of oxalic acid 30 g/l at an average temperature of 20°C and a direct current density on the oxidized surfaces of 2 A/dm 2 for 20 minutes. The second disk was subjected to microarc oxidation in a solution of potassium hydroxide 6 g/l and liquid glass 6 g/l at an average temperature of 10°C and an alternating current density on the oxidized surfaces of 8 A/dm 2 for 10 minutes. The third disk was subjected to microarc oxidation in a solution of potassium hydroxide 10 g/l at its average temperature of 40°C and an alternating current density on the oxidized surfaces of 15 A/dm 2 for 10 minutes. Then all the disks were loaded into the oven chamber, heated to 1000°C, and kept there for 10 minutes. After cooling in air, all discs were simultaneously spray-painted with pentaphthalic-based enamel with a viscosity of 82 cSt and dried according to the manufacturer’s recommendations. Next, laboratory tests were carried out using the lattice incision method, in which slight peeling of the enamel along the edges of the cuts occurred on the first disc, but no enamel peeling was observed on the second and third discs. Then the disks were kept in a climate chamber for 90 days, including 30 days at a temperature of +70°C and a humidity of 60-98%, 30 days at a temperature of -50°C and a humidity of 50-70% and 30 days at a temperature of +25°C and humidity of 95-98%, after which significant cracking and peeling of the enamel was observed in the first disk, and no cracking or peeling of the enamel was observed in the second and third disks. However, with further exposure of the second and third disks in the open air for 12 months, during which the temperature and humidity of the environment varied in the ranges from -29 to +38°C and from 31 to 94%, respectively, a slight but significant cracking and flaking of the enamel, and no cracking or flaking of the enamel was observed in the third disc.
Таким образом, можно утверждать, что предлагаемый способ успешно решает все поставленные задачи и обеспечивает возможность получения на изделиях из сплавов вентильных металлов качественных декоративных покрытий, причем, без предварительного грунтования поверхностей изделий.Thus, it can be argued that the proposed method successfully solves all the tasks and provides the possibility of obtaining high-quality decorative coatings on products made of valve metal alloys, and without prior priming the surfaces of the products.
Источники информацииInformation sources
1. Маттссон Э. Электрохимическая коррозия. - М.: Металлургия, 1991. - 156 с.1. Mattsson E. Electrochemical corrosion. - M.: Metallurgy, 1991. - 156 p.
2. Денкер И.И., Гольдберг М.М. Защита изделий из алюминия и его сплавов лакокрасочными покрытиями. - М.: Химия, 1975. - 176 с.2. Denker I.I., Goldberg M.M. Protection of products made of aluminum and its alloys with paint and varnish coatings. - M.: Chemistry, 1975. - 176 p.
3. Патент RU 2061012. Способ получения декоративного покрытия на изделиях из алюминия и его сплавов /Аркуша В.Т., Мостовая Т.А., Шахов А.Н. - 27.05.1996.3. Patent RU 2061012. Method for producing decorative coating on products made of aluminum and its alloys / Arkusha V.T., Mostovaya T.A., Shakhov A.N. - 05/27/1996.
4. Патент RU 2070615. Состав для обработки изделий из алюминиевых сплавов, способствующий повышению адгезии лакокрасочных материалов / Кирсанова М.В., Шодэ Л.Г., Цейтлин М.Г., Ведякин С.В. - 20.12.1996.4. Patent RU 2070615. Composition for processing products made of aluminum alloys, promoting increased adhesion of paints and varnishes / Kirsanova M.V., Shode L.G., Tseitlin M.G., Vedyakin S.V. - 12/20/1996.
5. Патент RU 2527110. Способ получения композиционных покрытий на сплавах вентильных металлов / Малышев В.Н., Вольхин А.М., Гантимиров Б.М. - 27.08.2014.5. Patent RU 2527110. Method for producing composite coatings on valve metal alloys / Malyshev V.N., Volkhin A.M., Gantimirov B.M. - 08/27/2014.
6. Патент RU 2237758. Способ получения термостойких изоляционных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов / Новиков А.Н., Коломейченко А.В., Пронин В.В. - 10.10.2004 (прототип).6. Patent RU 2237758. Method for producing heat-resistant insulating coatings on products made of aluminum alloys / Novikov A.N., Kolomeichenko A.V., Pronin V.V. - 10/10/2004 (prototype).
7. Tchufistov O.E., Tchufistov E.A. Effect study of MAO-coatings heat treatment on their structure, phase composition, physical and mechanical properties. Journal of Physics: Conference Series. 1399 (2019) 055097.7. Tchufistov O.E., Tchufistov E.A. Effect study of MAO-coatings heat treatment on their structure, phase composition, physical and mechanical properties. Journal of Physics: Conference Series. 1399 (2019) 055097.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2803794C1 true RU2803794C1 (en) | 2023-09-19 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2816187C1 (en) * | 2023-12-16 | 2024-03-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный технологический университет" | Method of producing decorative coatings on articles from alloys of valve metals |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2068037C1 (en) * | 1993-11-29 | 1996-10-20 | Институт химии Дальневосточного отделения Российской Академии наук (Институт химии ДВО РАН) | Method to produce composition coatings on aluminum and its alloys |
| RU2237758C1 (en) * | 2003-11-04 | 2004-10-10 | Орловский государственный технический университет | Method of making heat-resistant insulating coats on articles made from aluminum alloys |
| RU2527110C1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-08-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Production of composite coatings on gate metal alloys |
| RU2602903C1 (en) * | 2015-07-13 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of producing wear-resistant coatings on articles made from aluminium and alloys thereof |
| WO2021141575A1 (en) * | 2020-01-07 | 2021-07-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Covers for electronic devices |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2068037C1 (en) * | 1993-11-29 | 1996-10-20 | Институт химии Дальневосточного отделения Российской Академии наук (Институт химии ДВО РАН) | Method to produce composition coatings on aluminum and its alloys |
| RU2237758C1 (en) * | 2003-11-04 | 2004-10-10 | Орловский государственный технический университет | Method of making heat-resistant insulating coats on articles made from aluminum alloys |
| RU2527110C1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-08-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Production of composite coatings on gate metal alloys |
| RU2602903C1 (en) * | 2015-07-13 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of producing wear-resistant coatings on articles made from aluminium and alloys thereof |
| WO2021141575A1 (en) * | 2020-01-07 | 2021-07-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Covers for electronic devices |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2816187C1 (en) * | 2023-12-16 | 2024-03-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный технологический университет" | Method of producing decorative coatings on articles from alloys of valve metals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gnedenkov et al. | Composite polymer-containing protective coatings on magnesium alloy MA8 | |
| CA2905676C (en) | Corrosion resistant aluminum alloy substrates and methods of producing the same | |
| US20140262790A1 (en) | Colored, corrosion-resistant aluminum alloy substrates and methods for producing same | |
| US8309237B2 (en) | Corrosion resistant aluminum alloy substrates and methods of producing the same | |
| Roshani et al. | Optimization of mechanical properties for pulsed anodizing of aluminum | |
| JP5878133B2 (en) | Method for surface treatment of metal members | |
| RU2285066C1 (en) | Electrolyte for forming black ceramic coat on rectifying metals and their alloys; method of forming such coat and coat formed by this method | |
| Chen et al. | Evaluation of microstructural effects on corrosion behavior of AZ31B magnesium alloy with a MAO coating and electroless Ni-P plating | |
| WO1999042641A1 (en) | Corrosion-resistant, magnesium-based product exhibiting luster of base metal and method for producing the same | |
| US9139926B2 (en) | Process for making heat stable color anodized aluminum and articles formed thereby | |
| Molak et al. | Functional properties of the novel hybrid coatings combined of the oxide and DLC layer as a protective coating for AZ91E magnesium alloy | |
| RU2803794C1 (en) | Method for obtaining decorative coatings on products from valve metal alloys | |
| EP2947124A1 (en) | Binder composition, method for producing a sacrificial protective coating against corrosion using said composition and a substrate coated with such a coating | |
| Bensalah et al. | Comparative study of mechanical and tribological properties of alumina coatings formed on aluminium in various conditions | |
| Su et al. | Effects of working frequency on the structure and corrosion resistance of plasma electrolytic oxidation coatings formed on a ZK60 Mg alloy | |
| RU2816187C1 (en) | Method of producing decorative coatings on articles from alloys of valve metals | |
| Gudla et al. | Effect of high frequency pulsing on the interfacial structure of anodized aluminium-TiO2 | |
| JPH11236698A (en) | Corrosion resistant magnesium material product having brightness of metallic bare surface and its production | |
| JPH11342371A (en) | Method of forming fluorinated polymer thin film on metal surface | |
| RU2617088C1 (en) | Method for producing anticorrosive wear-resistant coatings on magnesium alloys | |
| Hosseini Rad et al. | Corrosion behavior and adhesion strength of PEO/Epoxy duplex coating applied on aluminum alloy | |
| JP6619920B2 (en) | Pre-coated aluminum material | |
| Zubillaga et al. | Synthesis of anodic films in the presence of aniline and TiO2 nanoparticles on AA2024-T3 aluminium alloy | |
| Zhang et al. | Plasma interface engineered coating systems for magnesium alloys | |
| JP6322427B2 (en) | Method for producing resin-coated aluminum plate |