RU2812435C1 - Composite wear-resistant chemical coating and method for its preparation - Google Patents
Composite wear-resistant chemical coating and method for its preparation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812435C1 RU2812435C1 RU2023111993A RU2023111993A RU2812435C1 RU 2812435 C1 RU2812435 C1 RU 2812435C1 RU 2023111993 A RU2023111993 A RU 2023111993A RU 2023111993 A RU2023111993 A RU 2023111993A RU 2812435 C1 RU2812435 C1 RU 2812435C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- alloys
- valve metals
- chemical
- coatings
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000010953 base metal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 abstract 1
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- QDWJUBJKEHXSMT-UHFFFAOYSA-N boranylidynenickel Chemical compound [Ni]#B QDWJUBJKEHXSMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N phosphanylidynenickel Chemical compound [P].[Ni] OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- YXIWHUQXZSMYRE-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzothiazole-2-thiol Chemical compound C1=CC=C2SC(S)=NC2=C1 YXIWHUQXZSMYRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- KEQXNNJHMWSZHK-UHFFFAOYSA-L 1,3,2,4$l^{2}-dioxathiaplumbetane 2,2-dioxide Chemical compound [Pb+2].[O-]S([O-])(=O)=O KEQXNNJHMWSZHK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021205 NaH2PO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000080590 Niso Species 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052924 anglesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- HWSZZLVAJGOAAY-UHFFFAOYSA-L lead(II) chloride Chemical compound Cl[Pb]Cl HWSZZLVAJGOAAY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000001320 near-infrared absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения композиционных износостойких покрытий на «вентильных» металлах и их сплавах, обработанных микродуговым оксидированием (МДО). Изобретение может быть использовано в различных областях науки и техники, таких как машиностроение, судостроение, авиастроение и в производстве бытовой техники. The invention relates to a method for producing composite wear-resistant coatings on “valve” metals and their alloys treated with micro-arc oxidation (MAO). The invention can be used in various fields of science and technology, such as mechanical engineering, shipbuilding, aircraft construction and in the production of household appliances.
Известно [1,2], что микродуговое оксидирование относительно мягких вентильных металлов, таких как алюминий, титан, цирконий и т.д. повышает износостойкость и микротвердость поверхности за счет образования оксидов данных металлов, а также вовлечения в структуру покрытия компонентов электролита (диоксида кремния, силицидов и карбидов). Известно также, что покрытия никель-фосфор и никель-бор повышают износостойкость и микротвёрдость поверхности [3].It is known [1,2] that microarc oxidation of relatively soft valve metals, such as aluminum, titanium, zirconium, etc. increases wear resistance and microhardness of the surface due to the formation of oxides of these metals, as well as the involvement of electrolyte components (silicon dioxide, silicides and carbides) in the coating structure. It is also known that nickel-phosphorus and nickel-boron coatings increase wear resistance and microhardness of the surface [3].
Известен способ получения износостойких покрытий [4] (пат. РФ №2250937, опубл. 2005.04.27), включающий микродуговое оксидирование магния, алюминия, титана, циркония, ниобия, тантала и их сплавов в щелочных или кислотных электролитах с формированием покрытий на основе керамических, полимерных мелкодисперсных частиц, перемешиваемых в электролите микродугового оксидирования и имеющих температуру плавления, ниже температуры микродуговых разрядов с одновременным вращением изделий со скоростью ламинарного потока электролита. Недостатком данного способа является необходимость дополнительного перемешивания сжатым воздухом, вращение детали, а также формирование неравномерных покрытий с невысокой адгезией и недостаточно высокими защитными свойствами, так как в условиях микроразрядов мелкодисперсные частицы образуют агрегаты, что в итоге проводит к их налипанию на покрытие.There is a known method for producing wear-resistant coatings [4] (RF patent No. 2250937, publ. 2005.04.27), including micro-arc oxidation of magnesium, aluminum, titanium, zirconium, niobium, tantalum and their alloys in alkaline or acidic electrolytes with the formation of coatings based on ceramic , polymer fine particles mixed in a micro-arc oxidation electrolyte and having a melting point below the temperature of micro-arc discharges with simultaneous rotation of the products at the speed of laminar flow of the electrolyte. The disadvantage of this method is the need for additional mixing with compressed air, rotation of the part, as well as the formation of uneven coatings with low adhesion and insufficiently high protective properties, since under microdischarge conditions fine particles form aggregates, which ultimately leads to their sticking to the coating.
Наиболее близким к изобретению является способ получения защитных покрытий на вентильных металлах и сплавах [5]. Суть изобретения состоит в нанесении МДО покрытия на вентильные металлы и их сплавы и последующей обработке пор полимерным составом. По сути, данный полимерный состав не является износостойким сам по себе, но понижает коэффициент трения. К недостаткам данного способа относится невысокая термостокость покрытия и низкая износостокость наполнителя (полимера).The closest to the invention is a method for producing protective coatings on valve metals and alloys [5]. The essence of the invention is the application of MAO coating to valve metals and their alloys and subsequent treatment of the pores with a polymer composition. In fact, this polymer composition is not wear-resistant in itself, but it reduces the coefficient of friction. The disadvantages of this method include the low thermal stability of the coating and the low wear resistance of the filler (polymer).
Покрытия на вентильных металлах, полученные способом МДО, имеют высокий процент пористости (до 50-70%). Это позволяет наполнять (импрегнировать) покрытие различными составами, например полимерными и металлическими. В заявке предложен способ обработки вентильных металлов и сплавов (алюминий, титан, цирконий и т.д.) путем микродугового оксидирования в силикатно-щелочном электролите и последующем наполнении сквозных пор сплавами никель-фософор, никель-бор, полученными методом химико-каталитического осаждения, а также термической обработкой полученных композиционных покрытий. Coatings on valve metals obtained by MAO have a high percentage of porosity (up to 50-70%). This allows the coating to be filled (impregnated) with various compounds, for example polymer and metal. The application proposes a method for processing valve metals and alloys (aluminum, titanium, zirconium, etc.) by microarc oxidation in a silicate-alkaline electrolyte and subsequent filling of through pores with nickel-phosphorus, nickel-boron alloys obtained by chemical-catalytic deposition, as well as heat treatment of the resulting composite coatings.
Предварительно нанесенный МДО-подслой позволяет повысить адгезию химического слоя к основному металлу. Это обусловлено высокой пористостью МДО-покрытий. Нанесение МДО-слоя также позволяет не проводить предварительные операции с целью увеличения адгезии никель-фосфорного или никель-борного слоев к алюминию.A pre-applied MAO sublayer makes it possible to increase the adhesion of the chemical layer to the base metal. This is due to the high porosity of MAO coatings. Applying an MAO layer also makes it possible not to carry out preliminary operations in order to increase the adhesion of the nickel-phosphorus or nickel-boron layers to aluminum.
Техническим результатом данного изобретения является повышение износостойкости, и возможности получения относительно тонких композиционных покрытий и повышении их адгезии к основному металлу. The technical result of this invention is to increase wear resistance, and the possibility of obtaining relatively thin composite coatings and increasing their adhesion to the base metal.
Технический результат достигается тем, что предварительно проводят микродуговое оксидирование вентильных металлов в силикатно-щелочном электролите, а затем поры покрытия заполняют N-P и Ni-B, путем химико-каталитического осаждения. Сплавы N-P, Ni-B являются плотными, износостойкими, что позволяет уплотнить пористую поверхность микродугового покрытия и повысить её износостойкость.The technical result is achieved by preliminarily microarc oxidation of valve metals in a silicate-alkaline electrolyte, and then the coating pores are filled with N-P and Ni-B by chemical-catalytic deposition. N-P, Ni-B alloys are dense and wear-resistant, which makes it possible to compact the porous surface of the micro-arc coating and increase its wear resistance.
Для повышения износостойкости отжиг композиционных покрытий проводят на воздухе при температуре 300-500°С в течение 1 ч.To increase wear resistance, annealing of composite coatings is carried out in air at a temperature of 300-500°C for 1 hour.
Примеры реализации заявленного способа приводятся ниже.Examples of implementation of the claimed method are given below.
Микродуговое оксидирование вентильных металлов проводили в силикатно-щелочном электролите - 3 г/л NaOH или KOH и 9 г/л Na2SiO3, в анодно-катодном режиме (частота 50 Гц) при анодном напряжении 500 В и катодном 120 В в течение 1 ч и РН=11. Толщина покрытий составляла 15-20 мкм.Microarc oxidation of valve metals was carried out in a silicate-alkaline electrolyte - 3 g/l NaOH or KOH and 9 g/l Na 2 SiO 3 , in the anodic-cathode mode (frequency 50 Hz) at an anodic voltage of 500 V and cathodic voltage of 120 V for 1 h and pH=11. The thickness of the coatings was 15-20 microns.
Никель-фосфорное и никель-борная часть композиционного покрытия была получена в электролитах состава:The nickel-phosphorus and nickel-boron part of the composite coating was obtained in electrolytes of the composition:
Отжиг композиционных покрытий проводили на воздухе при температуре 300-500°С в течение 1 ч.Annealing of the composite coatings was carried out in air at a temperature of 300-500°C for 1 hour.
Износостойкость композиционных покрытий была изучена на абразиметре Табера по количеству циклов до полного износа покрытия, что фиксировали по появлению чистого металла (основы покрытия). The wear resistance of composite coatings was studied using a Taber abrasion meter based on the number of cycles until complete wear of the coating, which was recorded by the appearance of pure metal (coating base).
Данные по результатам износа композиционных покрытий приведены в табл. 1.Data on the results of wear of composite coatings are given in table. 1.
(количество циклов)without annealing
(the number of cycles)
(количество циклов)with annealing
(the number of cycles)
Термообработка повышает износостойкость композиционных покрытий ввиду изменения структуры части покрытия, полученного химическим осаждением (N-P, Ni-B). Это может быть связано с усилением ковалентной связи металл-неметалл.Heat treatment increases the wear resistance of composite coatings due to changes in the structure of the part of the coating obtained by chemical deposition (N-P, Ni-B). This may be due to increased metal-nonmetal covalent bonding.
Таким образом, легирование МДО покрытий на вентильных металлах и их сплавах химически осаждёнными сплавами N-P, Ni-B существенным образом повышает износостойкость поверхности, а термообработка покрытий при 400°С позволяет еще более увеличить износостойкость.Thus, alloying MAO coatings on valve metals and their alloys with chemically deposited N-P, Ni-B alloys significantly increases the wear resistance of the surface, and heat treatment of the coatings at 400°C can further increase the wear resistance.
ЛитератураLiterature
1.Коломейченко А.В., Логачев В.Н. Исследование свойств покрытий, сформированных МДО, на пластически деформируемом алюминиевом сплаве АО3-7.Вестник Орёл ГАУ .Т.8 выпуск 5.2007. С.14-16.1. Kolomeichenko A.V., Logachev V.N. Study of the properties of coatings formed by MAO on plastically deformable aluminum alloy AO3-7. Vestnik Orel GAU. T.8 issue 5.2007. P.14-16.
2. Кондрацкий И.О., Эпельфельд А.В. Исследование характеристик покрытий, полученных методом микродугового оксидирования в электролитах-суспензиях. Сборник НИРС МАИ – 2016 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет). Москва, 2017 С. 140-144.2. Kondratsky I.O., Epelfeld A.V. Study of the characteristics of coatings obtained by microarc oxidation in suspension electrolytes. Collection of NIRS MAI - 2016 Moscow Aviation Institute (national research university). Moscow, 2017 pp. 140-144.
3.Горбунова К.М., Никифорова А.А. Физико-химические основы процесса химического никелирования.Москва. Изд. Ан СССР. 1960. 207 с.3.Gorbunova K.M., Nikiforova A.A. Physico-chemical foundations of the chemical nickel plating process. Moscow. Ed. An USSR. 1960. 207 p.
4. Казанцев И.А., Скачков В.С. Способ получения покрытий. Пат. РФ №2250937, опубл. 2005.04.27.4. Kazantsev I.A., Skachkov V.S. Method for producing coatings. Pat. RF No. 2250937, publ. 2005.04.27.
5.Гнеденков С.В., Синебрюхов С.Л., Машталяр Д.В. Способ получения защитных покрытий на вентильных металлах и их сплавах. Пат. Ru 2534123. Опубл. 27.11.2014 бюл. №33.5. Gnedenkov S.V., Sinebryukhov S.L., Mashtalyar D.V. Method for producing protective coatings on valve metals and their alloys. Pat. Ru 2534123. Publ. November 27, 2014 bulletin. No. 33.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812435C1 true RU2812435C1 (en) | 2024-01-30 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2447202C1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of producing magnesium alloy-based protective coats |
| CN102677119A (en) * | 2012-05-29 | 2012-09-19 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of aluminum alloy non-stick pan coating |
| RU2534123C9 (en) * | 2013-07-16 | 2016-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Making of protective coatings on valve metals and their alloys |
| RU2757642C1 (en) * | 2021-02-15 | 2021-10-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Coating for the protection of magnesium and its alloys from corrosion and a method for its production |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2447202C1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of producing magnesium alloy-based protective coats |
| CN102677119A (en) * | 2012-05-29 | 2012-09-19 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of aluminum alloy non-stick pan coating |
| RU2534123C9 (en) * | 2013-07-16 | 2016-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Making of protective coatings on valve metals and their alloys |
| RU2757642C1 (en) * | 2021-02-15 | 2021-10-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Coating for the protection of magnesium and its alloys from corrosion and a method for its production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Han et al. | The black and white coatings on Ti-6Al-4V alloy or pure titanium by plasma electrolytic oxidation in concentrated silicate electrolyte | |
| EP2440692B1 (en) | Functionally graded coatings and claddings for corrosion and high temperature protection | |
| Song et al. | Water-repellent and corrosion-resistance properties of superhydrophobic and lubricant-infused super slippery surfaces | |
| US20090155479A1 (en) | Lubricant-hard-ductile nanocomposite coatings and methods of making | |
| CN102094165B (en) | Highly wear-resistant mechanical seal moving ring and manufacturing method thereof | |
| Xue et al. | Fabrication of NiCo coating by electrochemical deposition with high super-hydrophobic properties for corrosion protection | |
| CN101024892A (en) | Electroplated composite coating | |
| EP1616047A1 (en) | Compositions and coatings including quasicrystals | |
| Krüger et al. | Composite ceramic-metal coatings by means of combined electrophoretic deposition and galvanic methods | |
| WO2023123858A1 (en) | Wear-resistant hydrophobic coating on surface of q235 steel and preparation method therefor | |
| Wang et al. | Electrical and mechanical properties of nano-structured TiN coatings deposited by vacuum cold spray | |
| RU2812435C1 (en) | Composite wear-resistant chemical coating and method for its preparation | |
| Polushin et al. | Dispersed strengthening of a diamond composite electrochemical coating with nanoparticles | |
| Karimzadeh et al. | Study on wear and corrosion properties of functionally graded nickel–cobalt–(Al _ 2 O _ 3)(Al 2 O 3) coatings produced by pulse electrodeposition | |
| CN103343379A (en) | Method for compositely plating Ni/CrAl/Y2O3 gradient plated layer on T91 steel surface | |
| Yan et al. | The nickel based composite coating fabricated by pulse electroplating through graft between nano-TiN and graphene oxide | |
| JP2008144281A (en) | Multifunctional composite coating for protection based on lightweight alloy | |
| Wang et al. | Effect of Na3AlF6 on the structure and mechanical properties of plasma electrolytic oxidation coatings on 6061 Al alloy | |
| CN109852851A (en) | A kind of low wear rate material and preparation method thereof | |
| Wang et al. | Preparing porous diamond composites via electrophoretic deposition of diamond particles on foam nickel substrate | |
| Jing-guo et al. | Influence of solid lubricant WS2 on the tribological properties of plasma electrolytic oxidation coating of ZL109 | |
| Srikomol et al. | Morphology and Hardness of Electrochemically-Codeposited Ti-Dispersed Ni-Matrix Composite Coatings | |
| RU2199613C2 (en) | Method for covering components of stop valves with protective coatings (alternatives) | |
| Bykova et al. | Study of the formation of functional ceramic coatings on metals | |
| RU2553763C2 (en) | Composite nanostructured powder for coating application |