SK121099A3 - Process and apparatus for coating metals - Google Patents
Process and apparatus for coating metals Download PDFInfo
- Publication number
- SK121099A3 SK121099A3 SK1210-99A SK121099A SK121099A3 SK 121099 A3 SK121099 A3 SK 121099A3 SK 121099 A SK121099 A SK 121099A SK 121099 A3 SK121099 A3 SK 121099A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- metal
- coating
- alkali metal
- waveform
- electrolyte
- Prior art date
Links
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
-
- 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
- C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Oblasť technikyTechnical field
Tento vynález sa týka spôsobu vytvárania keramického povlaku na kovoch pre ventily, predmetov takto potiahnutých a zariadenia na realizáciu tohto spôsobu.The present invention relates to a method of forming a ceramic coating on valve metals, to articles coated therewith, and to an apparatus for carrying out the method.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Kovy na výrobu ventilov poskytujú jav elektrolytického usmerňovania a tento vynález sa preto týka poťahovania hliníka, zirkónia, titanu, hafnia a zliatin týchto kovov a zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu.The metals for producing the valves provide an electrolytic rectification phenomenon, and the present invention therefore relates to the coating of aluminum, zirconium, titanium, hafnium and alloys of these metals and apparatus for performing the method.
II
Tento vynález sa obzvlášť týka elektrolytického procesu, ktorý využíva striedavý elektrický prúd s tvarovanou vlnou s vysokým napätím na dosiahnutie potiahnutia dokonca aj silnou vrstvou v priebehu procesu topenia, pričom uvedená vrstva sa dosiahne v krátkom čase menením elektrolytického zloženia v priebehu prebiehajúceho procesu.In particular, the present invention relates to an electrolytic process that utilizes a high-voltage AC waveform to achieve coating even with a thick layer during the melting process, said layer being achieved in a short time by varying the electrolytic composition during an ongoing process.
Hliník, titán a ich zliatiny majú výhodné pomery mechanickej pevnosti/hmotnosti, ktoré predurčujú tieto kovy na mnohé využitia, napríklad v letectve alebo v rýchlo sa pohybujúcich súčiastkach v spaľovacích motoroch. Bohužiaľ tieto kovy nemajú nijak zvlášť dobrú rezistenciu proti opotrebovaniu, a tak na zlepšenie vlastnosti voči opotrebovaniu a odolnosti proti korózii sa často poťahujú vrstvou povlaku. Aplikované povlaky sú sľubné na dosiahnutie ďalších plánovaných požiadaviek akými sú odolnosť voči chemikáliám (zvlášť voči kyselinám a zásadám), možnosť vystavenia vyšším teplotám, zníženie trenia a zabezpečenie dielektrických vlastností. Zatiaľ čo lacným, široko používaným anodickým postupom sa dosahujú niektoré z týchto cieľov pre bežnú prácu, keramické povlaky sa požadujú pre prevádzku s vysokým namáhaním.Aluminum, titanium and their alloys have advantageous mechanical strength / weight ratios that predetermine these metals for many applications, for example in the aerospace industry or in fast moving components in internal combustion engines. Unfortunately, these metals do not have particularly good wear resistance, and so they are often coated with a coating to improve wear and corrosion resistance. The coatings applied are promising to meet other planned requirements, such as resistance to chemicals (especially acids and bases), the possibility of exposure to higher temperatures, reduced friction and ensuring dielectric properties. While inexpensive, widely used anodic processes achieve some of these objectives for routine work, ceramic coatings are required for high stress operations.
Je známe množstvo elektrolytických poťahovacích postupov týchto kovov s použitím jednosmerného prúdu alebo napätia nižším ako 600 V. Tieto postupy sú opísané napríklad v U.S. patentoch 3 956 080; 4 082 626 a 4 659 440. Tieto dokumenty a väčšina nedávnych objavov opisuje procesy, pri ktorých sa vytvára keramický film s použitím techniky anódového iskrového výboja, pričom tieto techniky dosahujú dobrých výsledkov pokiaľ ide o odolnosť voči korózii a priľnavosť vrstvy povlaku, ale majú dva dôležité nedostatky: malú tvrdosť vrstvy povlaku a pomalé utváranie tejto vrstvy.A number of electrolytic coating processes for these metals are known using a direct current or voltage of less than 600 V. These processes are described, for example, in U.S. Pat. U.S. Patents 3,956,080; No. 4,082,626 and 4,659,440. These documents and most recent discoveries describe processes in which a ceramic film is formed using an anode spark discharge technique, which have good results in corrosion resistance and coating adhesion, but have two important drawbacks: low hardness of the coating layer and slow formation of the coating.
U.S. patent č. 5 147 515, Haganata a ďalší, uvádzajú použitie disperzie v elektrolytickom kúpeli, ktorý obsahuje vodný roztok vodorozspustného alebo koloidného silikátu alebo solí oxokyselín v ktorých sú keramické čiastočky rozptýlené. V priebehu vytvárania vrstvy vzrastá napätie z 50-200 V a môže finálne prekročiť až 1000 V. S ohľadom na tvar vlnenia, uvedený patent tvrdí, že výstupom zo zdroja môže byť jednosmerný prúd s akýmkoľvek tvarom vlny, ale uprednostňované sú tvary, s pulzným (pravouhlým tvarom vlny), s tvarom vlny pílovitého priebehu, alebo tvarom DC polvlny. Takéto tvrdenie v sebe nezahrnuje poznanie, že tvar ostro špicatých vín z veľkej časti prispieva na vytvorenie hustej, tvrdej vrstvy.U. U.S. Pat. No. 5,147,515 to Haganata et al. Discloses the use of a dispersion in an electrolytic bath containing an aqueous solution of a water-soluble or colloidal silicate or oxoacid salts in which the ceramic particles are dispersed. During the formation of the layer, the voltage rises from 50-200 V and may ultimately exceed 1000 V. With respect to the waveform, said patent claims that the output from the source may be a direct current with any waveform, but pulse ( rectangular waveform), sawtooth waveform, or DC waveform. Such a claim does not include the recognition that the shape of sharply pointed wines largely contributes to the formation of a dense, hard layer.
Rýchlosť tvorby vrstvy uvedená v ôsmich príkladoch tohto patentu môže byť vypočítaná nasledovne:The layer formation rate given in the eight examples of this patent can be calculated as follows:
Táto pomalá rýchlosť tvorby vrstvy sa nedá dosť dobre porovnávať s rýchlosťou tvorby vrstiev, ktoré uvádza tento vynález.This slow layer formation rate cannot be compared well with the layer formation rate of the present invention.
Taktiež v U.S. patente 5 147 515 nebol uvedený žiadny údaj, ako by bolo možné, podľa spôsobu tohto patentu vyrábať silné poťahovacie vrstvy, t.j. v rozsahu 300-700 mikrometrov.Also in U.S. Pat. No. 5,147,515, no indication has been given as to how thick coating layers can be produced according to the method of this patent, i. in the range of 300-700 micrometers.
V poslednom čase bol vyvinutý poťahovací spôsob, známy ako Kepla-Coat Process, ktorý je založený na plazmachemickej anodickej oxidácii. Katódou je povrchová vrstva z organického elektrolytu nad ktorou je zavesená časť, ktorá má byť potiahnutá tvoriaca anódu. Je vytvorená plazma, ktorá spôsobuje keramické potiahnutie anódy a zahrievanie obrobku. Vďaka vytváraniu tenkej oxidačnej vrstvy na anóde, nevytvára sa týmto spôsobom vrstva silnejšia než 10 mikrometrov s ukončeným nárastom za 8-10 minút. Tým, že obrobok nie je pri zahrievaní ponorený v kvapaline spôsobí, že nepravidelné alebo tenké telesá sa väčšinou zdeformujú. Ďalšou nevýhodou Kepla-Coat Procesu v budúcnosti bude vysoká miera výparov z elektrolytu spôsobujúca problémy pre životné prostredie.Recently, a coating process known as the Kepla-Coat Process has been developed which is based on plasmachemic anodic oxidation. The cathode is a surface layer of organic electrolyte above which is suspended the part to be coated forming the anode. A plasma is formed which causes a ceramic coating of the anode and heats the workpiece. Due to the formation of a thin oxidation layer on the anode, this does not produce a layer thicker than 10 micrometers with an increase in growth in 8-10 minutes. Since the workpiece is not immersed in the liquid when heated, irregular or thin bodies are usually deformed. Another disadvantage of the Kepla-Coat Process in the future will be the high level of electrolyte vapors causing environmental problems.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Je teda jedným z cieľov tohto vynálezu odstrániť nevýhody predošlých spôsobov týkajúcich sa keramického povlaku a poskytnúť taký spôsob, ktorý zaistí tvrdý povlak s dobrou priľnavosťou a minimálnou pórovitosťou.Thus, it is one object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art ceramic coating methods and to provide such a method which provides a hard coating with good adhesion and minimal porosity.
Ďalším cieľom tohto vynálezu je poskytnúť spôsob, ktorý zaistí povlak s hrúbkou 300 a viacej mikrometrov v priebehu primeraného časového úseku.Another object of the present invention is to provide a method that provides a coating of 300 or more microns in thickness over a reasonable period of time.
Pomocou tohto vynálezu sa dosiahnu vyššie spomínané a ostatné ciele, pričom sa poskytuje spôsob na tvorbu keramického povlaku na kovoch pre ventily, kde kovy sú vybrané zo skupiny pozostávajúcej z hliníka, zirkónia, titánu, hafnia a zliatin týchto kovov, uvedený spôsob zahrnuje ponorenie vyššie spomínaného kovu ako elektródy do elektrolytického kúpeľa, ktorá obsahuje vodný roztok hydroxidu alkalického kovu, ktorý tvorí opačnú elektródu ponorenú do tekutiny alebo obsahujúcu elektrolytickú tekutinu, pričom povrchom uvedeného kovu, ktorý má byť potiahnutý keramickým povlakom a uvedenou opačnou elektródou prechádza tvarovo pozmenená vlna striedavého elektrického prúdu zo zdroja vysokého napätia o hodnote najmenej 700 V, vyznačujúca sa tým, že uvedená tvarovo pozmenená vlna elektrického prúdu stúpa od nuly do svojho maxima výšky v priebehu času, ktorý je kratší než štvrtina celého striedavého cyklu, čím sa spôsobí prerazenie dielektrika, zahriatie, tavenia a tepelné zhutnenie tenkej hydroxidovej vrstvy vytváranej na povrchu uvedeného kovu a vytvára a zvára tak keramický povlak na uvedenom kove, pričom sa mení zloženie uvedeného elektrolytu, zatiaľ čo sa vytvára uvedený keramický povlak, sú uvedené zmeny ovplyvnené pridaním soli oxykyseliny s alkalickým kovom.The present invention achieves the above and other objects, providing a method for forming a ceramic coating on metal for valves, wherein the metals are selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, hafnium and alloys of these metals, said method comprising immersing the above mentioned a metal electrode in an electrolytic bath comprising an aqueous solution of an alkali metal hydroxide forming an opposing electrode immersed in or containing an electrolytic fluid, the surface of said metal to be coated with a ceramic coating and said opposing electrode passing a waveform of alternating current from the a high-voltage source of at least 700 V, characterized in that said shape-altered wave of electric current rises from zero to its maximum height over a period of time which is less than a quarter of the total alternating cycle, thereby causing dielectric breakdown, heating, melting and thermal compacting of a thin hydroxide layer formed on the surface of said metal to form and weld a ceramic coating on said metal, changing the composition of said electrolyte while forming said ceramic coating, said changes being affected by the addition of an oxyacid salt with alkali metal.
Ešte ďalším cieľom tohto vynálezu je poskytnúť zariadenie na uskutočnenie vyššie opísaného procesu za prijateľnú cenu. Vynález teda poskytuje zariadenie na poťahovanie predmetov keramickým povlakom v jednom kroku, vyrobených z kovu pre ventily vybraného zo skupiny pozostávajúcej z hliníka, zirkónia, titanu, hafnia a zliatin týchto kovov. Uvedené zariadenie obsahuje elektrolytickú vaňu, ktorá obsahuje vodný roztok hydroxidu alkalického kovu, ponorenú elektródu alebo obsahuje tekutinu elektrolytu, ďalšiu elektródu tvorenú najmenej jedným z predmetov, ktorý má byť potiahnutý, a prostriedok na upevnenie uvedeného výrobku v elektrolyte, zdroj striedavého elektrického prúdu zo zdroja vysokého napätia najmenej 700 V, prostriedok na ovplyvňovanie tvaru vlny striedavého prúdu, pomocou ktorého tvarovaná vlna elektrického prúdu stúpa od nuly až do svojho maxima výšky a klesá späť pod 40 % svojho maxima v priebehu menej ako štvrtiny celého striedavého cyklu, obsahuje spojovacie elementy na uzavretie elektrochemického obvodu, prostriedky na pridávanie látok do uvedeného kúpeľa, keď je prístroj v prevádzke a regulovaný prísun soli oxokyseliny s alkalickým kovom.Yet another object of the present invention is to provide an apparatus for carrying out the above-described process at an affordable price. The invention thus provides a device for coating articles with a ceramic coating in one step made of metal for valves selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, hafnium and alloys of these metals. The apparatus comprises an electrolytic bath containing an aqueous solution of an alkali metal hydroxide, a submerged electrode, or an electrolyte fluid, another electrode formed by at least one of the objects to be coated, and a means for securing said article in the electrolyte; a voltage of at least 700 V, the AC waveform influencing means by which the shaped electric wave rises from zero to its maximum height and falls back below 40% of its maximum within less than a quarter of the entire AC cycle, comprising connecting elements for closing the electrochemical means for adding substances to said bath while the apparatus is in operation and controlling the supply of the alkali metal salt of the oxo acid.
Odlišujúcim znakom postupu podľa tohto vynálezu je jeho použiteľnosť na výrobu tvrdých povlakov hrúbky až 300 mikrometrov v prijateľnom časovom úseku asi 90 minút. Táto vysoká rýchlosť poťahovania je docielená zmenou zloženia elektrolytu v priebehu poťahovacieho postupu. Kvalita povlaku nie je ohroz5 ená rýchlou tvorbou silnej vrstvy ako aj upraveným prúdom s tvarovanou vlnou, ktorá dosiahne chvíľkové roztavenie vrstvy blízko kovového obrobku, dokonca aj po vytvorení stanovenej hrúbky povlakovej vrstvy.A distinguishing feature of the process of the present invention is its applicability for producing hard coatings up to 300 microns thick within an acceptable time period of about 90 minutes. This high coating rate is achieved by changing the electrolyte composition during the coating process. The quality of the coating is not compromised by the rapid formation of a thick layer as well as by the modified waveform which achieves momentary melting of the layer near the metal workpiece, even after the specified coating layer thickness has been formed.
Vynález bude teraz opísaný v spojení s dôrazom na určité výhodné uskutočnenia s odkazmi na nasledujúce obrázky, aby bol viacej zrozumiteľný.The invention will now be described with reference to certain preferred embodiments with reference to the following figures, in order to be more readily understood.
Ak sa pozrieme na vlastné obrázky podrobne, je treba zdôrazniť, že uvedené podrobnosti sú len príkladom a ich cieľom je len ilustrovať diskusiu o výhodných uskutočneniach predkladaného vynálezu a uvádzajú sa z dôvodu, aby sa poskytol čo najužitočnejší a ľahko pochopiteľný opis princípov a pojmových aspektov vynálezu. So zreteľom na toto, nejde tu o žiadny pokus ukázať konštrukčné detaily vynálezu vo viacerých konkrétnych pohľadoch než je nevyhnutné na základné porozumenie vynálezu, pričom opis obrázkov je zjavný odborníkom v odbore, aká môže byť konkrétna forma rôznych častí vynálezu v praxi.Looking at the drawings in detail, it should be pointed out that the details given are merely exemplary and are merely illustrative of the discussion of preferred embodiments of the present invention and are provided in order to provide the most useful and easy to understand description of the principles and conceptual aspects of the invention. . In view of this, there is no attempt to show the constructional details of the invention in more specific views than is necessary for a basic understanding of the invention, and the description of the figures will be apparent to those skilled in the art what a particular form of various parts of the invention may be in practice.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Obr. 1 ukazuje výhodný typ pulzu tvarovanej vlnyFig. 1 shows a preferred type of shaped wave pulse
Obr. 2 zobrazuje vzťah medzi hrúbkou povlaku a časom elektrolýzyFig. 2 illustrates the relationship between coating thickness and electrolysis time
Obr. 3 je schematickým pohľadom na zariadenie na poťahovanie predmetov v jednom krokuFig. 3 is a schematic view of a device for coating objects in one step
Obr. 4 je schematickým pohľadom na zariadenie na poťahovanie predmetov vo viacerých po sebe nasledujúcich krokoch.Fig. 4 is a schematic view of a device for coating objects in a plurality of successive steps.
Teraz bude objasnený postup podľa vynálezu. Postup sa použije na vytvorenie keramického povlaku na hliníku, zirkóniu, titanu a hafniu. Použitie postupu je tiež vhodné pre zliatiny týchto kovov, za predpokladu, že suma všetkých týchto zliatinových prvkov netvorí viacej ako približne 20 % z celku. Parametre postupu je možné optimalizovať, vzhľadom na konkrétne kovy, ktoré majú byť potiahnuté a na špecifické vlastnosti uvažovaného povlaku, ktoré sú dôležité na špecifické upotrebenie.The process according to the invention will now be explained. The process is used to form a ceramic coating on aluminum, zirconium, titanium and hafnium. The use of the process is also suitable for alloys of these metals, provided that the sum of all these alloy elements does not constitute more than about 20% of the total. The process parameters can be optimized with respect to the particular metals to be coated and to the specific properties of the coating under consideration which are important for specific wear.
Kovový obrobok, ktorý má byť potiahnutý je zapojený ako elektróda v elektrolytickom kúpeli a je tam aj ponorený.The metal workpiece to be coated is connected and immersed as an electrode in the electrolytic bath.
Na poťahovanie hliníka obsahuje kúpeľ vodu a roztok hydroxidu alkalického kovu. V uskutočnení s kúpeľom kde sa požaduje optimalizovať povlak na zaistenie maximálnej priľnavosti medzi kovom a jeho povlakom, sa elektrolyt skladá v podstate z vodnej zlúčeniny obsahujúcej medzi 0,5 až 2 g/liter hydroxidu sodného alebo hydroxidu draselného. Keď je potreba dosiahnuť zlepšené špeciálne vlastnosti povlaku napríklad nízke trenie, pridávajú sa jemné častice rôznych látok. V uskutočneniach s pridávaním častíc, je elektrolyt premiešavaný, aby sa častice udržali v suspenzii. Podobne sa pridaním jemných častíc pigmentov vytvárajú farebné povlaky.For the coating of aluminum, the bath comprises water and an alkali metal hydroxide solution. In a bathing embodiment where it is desired to optimize the coating to ensure maximum adhesion between the metal and its coating, the electrolyte consists essentially of an aqueous compound containing between 0.5 to 2 g / liter of sodium hydroxide or potassium hydroxide. When it is necessary to achieve improved special coating properties, for example low friction, fine particles of various substances are added. In embodiments with particle addition, the electrolyte is agitated to keep the particles in suspension. Similarly, color coatings are formed by adding fine pigment particles.
II
Výhodnou opačnou elektródou pre tento postup je vaňa z nerezovej oceli obsahujúca tekutý elektrolyt. Tam kde je uprednostňovaná nevodivá nádoba s elektrolytom, napr. z bezpečnostných dôvodov, je elektróda zo železa, niklu alebo nehrdzavejúcej ocele vložená do kúpeľa obvyklým spôsobom.A preferred counter electrode for this process is a stainless steel bath containing liquid electrolyte. Where a non-conductive electrolyte container is preferred, e.g. For safety reasons, an electrode of iron, nickel or stainless steel is inserted into the bath in the usual manner.
Tvarovaná vlna striedavého elektrického prúdu zo zdroja vysokého napätia o hodnote najmenej 700 V, typicky 800 V pre hliníkové obrobky, potom prechádza medzi kovovým obrobkom a druhou elektródou. Výsledkom je elektrický prieraz, zahrievanie, roztavenie a tepelné zhutnenie tenkej vrstvy hydroxidu formovanej na povrchu kovu, ktorá vytvára a navaruje keramický povlak. Oblúkové mikrozvarovanie je viditeľné v priebehu tvorby povlaku. Vhodným a primerane drahým spôsobom, ako dosiahnuť požadovaný elektrický pulz s tvarovanou vlnou je použitie kondenzátorovej banky napojenej v sérii medzi zdrojom vysokého napätia s napätím od 800 V do 1000 V a uvedený kovový obrobok, ktorý bude potiahnutý.The AC waveform from a high voltage source of at least 700 V, typically 800 V for aluminum workpieces, then passes between the metal workpiece and the second electrode. The result is an electrical breakdown, heating, melting and thermal compaction of a thin layer of hydroxide formed on the metal surface that forms and welds the ceramic coating. Arc microwelding is visible during coating. A suitable and reasonably expensive way to achieve the desired shaped wave pulse is to use a capacitor bank connected in series between a high voltage source having a voltage of 800 V to 1000 V and said metal workpiece to be coated.
Obr. 1 uvádza pohľad na preferovaný tvar vlny prúdu. Efekt použitia striedavého prúdu je kombinovaný s vysokým napätím na predĺženie životnosti mikrooblúka, ktorý spôsobuje intenzívne, miestne, dočasné zahrievanie, a ako výsledok zvarenia a natavenia povlaku vytváraného na ponorenom kovovom obrobku. Anodizácia je efektívna v priebehu prvého pozitívneho polovičného cyklu, v priebehu ktorého je obrobok pozitívnou elektródou. Potom už vytvorený dielektrický povlak dielektrický ochabuje, čím sa začínajú generovať mikrooblúw ky. Životnosť mikrooblúkov sa predlžuje skoro do konca prvého polovičného cyklu, kedy sa obrobok stáva negatívnou elektródou.Fig. 1 shows a view of a preferred waveform. The effect of using alternating current is combined with high voltage to extend the life of the microcircuit, which causes intense, local, temporary heating, and as a result of welding and melting the coating formed on the submerged metal workpiece. The anodization is effective during the first positive half cycle, during which the workpiece is a positive electrode. Then, the already formed dielectric coating weakens the dielectric, whereby the microspheres begin to be generated. The lifetime of the microwaves extends almost to the end of the first half cycle, when the workpiece becomes a negative electrode.
Obr. 2 znázorňuje vzťah času a hrúbky povlaku, kde zloženie elektrolytu sa drží na konštantnej hodnote, ako zobrazujú krivky 1 až 5. Krivka 1 sa vzťahuje na postup, kde elektrolytom je čistý hydroxid draselný. Krivky 2 až 5 sa vzťahujú na postup kde bola použitá stúpajúca koncentrácia tetrasilikátu sodného.Fig. 2 shows the relationship of time and thickness of the coating, where the electrolyte composition is kept constant as shown by curves 1 to 5. Curve 1 refers to a process wherein the electrolyte is pure potassium hydroxide. Curves 2 to 5 refer to the procedure where an increasing concentration of sodium tetrasilicate was used.
Krivka 6 sa vzťahuje na postup podľa tohto vynálezu. Objavilo sa, že omnoho rýchlejšie poťahovanie je umožnené zmenou zloženia elektrolytu v priebehu tCurve 6 refers to the process of the invention. It has been found that much faster coating is made possible by changing the electrolyte composition during t
času, kedy sa vytvára keramický povlak. Účinná zmena zloženia zahrnuje pridanie solí obsahujúcich katión alkalického kovu a anión oxokyseliny s amorfným prvkom do elektrolytu. Uvedený amorfný prvok je vybraný zo skupiny pozostávajúcej z B, Al, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, P, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn a Fe, pričom uvedená soľ sa pridáva v koncentrácii medzi 2 a 200g/liter roztoku. Preferovaným amorfným prvkom je kremík a preferovanou pridávanou soľou je tetrasilikát sodný.the time at which the ceramic coating is formed. An effective composition change involves adding salts containing an alkali metal cation and an amorphous oxo acid anion to the electrolyte. Said amorphous element is selected from the group consisting of B, Al, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, P, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn and Fe, said salt being added at a concentration of between 2 and 200g / liter of solution. The preferred amorphous element is silicon and the preferred addition salt is sodium tetrasilicate.
Ako ukazuje graf, zmena zloženia elektrolytu počas operácie dovoľuje vytvoriť povlak s hrúbkou 200 mikrometrov za približne 50 minút, s rýchlosťou tvorby tenkej vrstvy 4 mikrometre za minútu. Testy ukázali, že sa táto rýchla tvorba vrstvy dosiahne bez zníženia kvality priľnavosti vrstvy ku kovovému obrobku.As shown in the graph, the change in electrolyte composition during the operation makes it possible to form a coating of 200 microns in about 50 minutes, with a thin film formation rate of 4 microns per minute. Tests have shown that this rapid layer formation is achieved without compromising the quality of adhesion of the layer to the metal workpiece.
Je zrejmé, že ako náhle sa za miešania pridá do elektrolytu soľ, je pre poťahovanie ďalších kovových predmetov pomocou jedného kroku účelné opäť znížiť koncentráciu soli pridaním značného množstva nového elektrolytu. Tento problém je však vyriešený pomocou zariadenia opísaného ďalej s odkazom na Obr. 3.Obviously, as soon as salt is added to the electrolyte as it is stirred, it is expedient to reduce the salt concentration again by adding a considerable amount of new electrolyte to coat other metal objects in one step. However, this problem is solved by the apparatus described below with reference to FIG. Third
δδ
Bolo tiež zistené, že je možné vytvárať povlaky bez pórov postupnou redukciou prietoku prúdu, keď vrstva dosiahne takmer požadovanú hrúbku. V praxi je to ovplyvnené postupným obmedzovaním kapacitancie používanej na utváranie tvaru vlny teda zoslabovaním prúdu až do konca postupu.It has also been found that it is possible to form pores without pore by gradually reducing the flow rate when the layer reaches almost the desired thickness. In practice, this is affected by the gradual reduction of the capacitance used to form the waveform, thus reducing the current until the end of the process.
Ako je zrejmé z opisu vyššie, termín „pozmenená“, ako je tu použitý, poukazuje na fakt že forma vlny je iná než štandardná sinusoidná forma normálne spojovaná s vlnou striedavého prúdu a je miesto toho pozmenená napríklad, ako ilustruje Obr. 1 na optimalizáciu poťahovacieho efektu.As can be seen from the description above, the term "altered" as used herein refers to the fact that the wave form is other than the standard sinusoid form normally associated with an AC wave and is instead altered, for example, as illustrated in FIG. 1 to optimize the coating effect.
Odkazujeme sa teraz na Tabuľku 1, ktorá uvádza rôzne typy poťahovania pri rozdielnych požiadavkách. Príklady sú uvedené pre hliníkové zliatiny, ktoré majú byť keramický potiahnuté, aby sa dosiahli rôzne štruktúrne požiadavky. Techniky opísané vyššie boli využité v príkladoch 3 a 4.Reference is now made to Table 1, which lists the different types of coating for different requirements. Examples are given for aluminum alloys to be ceramic coated to meet different structural requirements. The techniques described above were used in Examples 3 and 4.
Zliatina hliníka známa ako dural s označením zliatiny 2014 pre jeho pomer pevnosti k hmotnosti nachádza rozšírené použitie v konštrukcii lietadiel. Táto zliatina bola teda použitá na testovací povlak. Tabuľka 2 uvádza charakteristiky dosiahnutého povlaku a získané výsledky.Aluminum alloy known as alloy with alloy designation 2014 for its strength to weight ratio finds widespread use in aircraft construction. This alloy was therefore used for the test coating. Table 2 shows the characteristics of the coating obtained and the results obtained.
Tabuľka 2Table 2
Vynález tiež poskytuje keramický potiahnuté kovové výrobky vyrobené podľa opísaného spôsobu. Jeden príklad takého výrobku je hliníková zliatina piestu pre spaľovací motor. Druhým príkladom je hliníkový motorový blok pre spaľovací motor určený na operáciu s minimálnym mazaním. Tretím takým príkladom sú ochranné dosky štítu vesmírnej lodi zamerané na prežitie pri vstupe vThe invention also provides ceramic coated metal articles made according to the described process. One example of such a product is an aluminum piston alloy for an internal combustion engine. A second example is an aluminum engine block for an internal combustion engine designed for minimal lubrication operation. A third such example is the spacecraft shield plates aimed at survival at the entrance to the spacecraft
do atmosféry. Štvrtým príkladom je elektrická izolácia slúžiaca tiež ako tepelná nádrž elektronického panelu.into the atmosphere. A fourth example is an electrical insulation also serving as a thermal tank for an electronic panel.
Obr. 3 opisuje prístroj 10 na poťahovanie predmetov 12 v jednom kroku (prvá elektróda) vyrobených z kovov pre ventily vybraných zo skupiny pozostávajúca z hliníka, zirkónia, titanu, hafnia a zo zliatin týchto kovov. Prístroj 10 má 40 litrovú elektrolytickú vaňu 14. zahrnujúcu elektrolytickú tekutinu 16 pozostávajúcu z vody a z roztoku hydroxidu alkalického kovu. Vaňa 14 ie vyrobená z nehrdzavejúcej ocele a vytvára druhú elektródu. Na miešanie elektrolytu sú zaistené miešacie prostriedky 15.Fig. 3 describes an apparatus 10 for coating articles 12 in one step (first electrode) made of valve metals selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, hafnium and alloys of these metals. Apparatus 10 has a 40 liter electrolyte bath 14 comprising an electrolyte fluid 16 consisting of water and an alkali metal hydroxide solution. The bath 14 is made of stainless steel and forms a second electrode. Agitation means 15 is provided for agitating the electrolyte.
Prvá elektróda sa skladá z najmenej jedného z predmetov 12. ktorý má byť potiahnutý a kondukčného prostriedku 18 na upevnenie predmetu v elektrolytickej tekutine 16.The first electrode comprises at least one of the articles 12 to be coated and a conduction means 18 for fastening the article in the electrolytic fluid 16.
Zdrojom striedavého elektrického prúdu s napätím aspoň 700 V je transformátor 20 zvyšujúci napätie na 40 000 V-amp, skonštruovaný na odber až do 800, 900 alebo 1000 V.A source of alternating current of at least 700 V is a transformer 20, increasing the voltage to 40,000 V-amp, designed to draw up to 800, 900 or 1000 V.
Kondenzátorová banka 22 má celkovú kapacitanciu 375 gF a je zložená z kondenzátorov s nominálnou kapacitanciou 25, 50, 100 a 200 gF. Alternatívne môžu byť takýmito prostriedkami usmerňovač prúdu a obrátený okruh (neukázané) alebo ďalšie prostriedky u typu zobrazeného v The Standart Handbook for Electrical Engineers (Fink a Beaty), 12th. Ed., str. 22-96, 22-97The capacitor bank 22 has a total capacitance of 375 gF and is composed of capacitors with nominal capacitances of 25, 50, 100 and 200 gF. Alternatively, such means may be a current rectifier and reverse circuit (not shown) or other means of the type shown in The Standard Handbook for Electrical Engineers (Fink and Beaty), 12th. Ed., P. 22-96 22-97
Spojovacie elementy 24 tiež zaisťujú úplnosť elektrochemického okruhu.The connecting elements 24 also ensure the completeness of the electrochemical circuit.
Obslužný kontrolný panel 26 je naľavo od vane 14. Novšie býva obklopená bezpečnostnými dvermi 28.. Otvorenie bezpečnostných dvierok preruší elektrickú energiu.The operating control panel 26 is to the left of the bath 14. More recently, it is surrounded by a security door 28. The opening of the security door interrupts the electricity.
Dávkovacia násypka 30 obsahujúca soľ, má dávkovaciu záklopku 32 operujúcu pomocou solenoidu a sú súčasťou prostriedku na pridávanie soli 34 do vane 14 v čase keď je prístroj 10 v prevádzke. Násypka 30 zviera zásobu soli 34, ktorá obsahuje katión alkalického kovu a anión oxokyseliny amorfného prvku.The salt dispensing hopper 30 has a dispensing valve 32 operating by a solenoid and is part of the means for adding salt 34 to the tub 14 while the apparatus 10 is operating. The hopper 30 comprises a supply of salt 34 which comprises an alkali metal cation and an oxo acid anion of the amorphous element.
Vhodná soľ 34 je tetrasilikát sodný.A suitable salt 34 is sodium tetrasilicate.
Obr. 4 zobrazuje prístroj 36 na keramické poťahovanie predmetov 12 vo viacerých nasledujúcich krokoch. Prvá elektrolytická vaňa 38 obsahuje elektrolytickú tekutinu 16. ktorou je voda a roztok hydroxidu alkalického kovu. Druhá elektrolytická vaňa 40 obsahuje elektrolytickú tekutinu 42. ktorou je voda, roztok hydroxidu alkalického kovu a soľ 34 s nízkou koncentráciou. Tretia elektrolytická vaňa 44 obsahuje elektrolytickú tekutinu 46. ktorou je voda, roztok hydroxidu alkalického kovu a soľ s vyššou koncentráciou ako má elektrolyt 42.Fig. 4 shows an apparatus 36 for ceramic coating objects 12 in a number of subsequent steps. The first electrolyte bath 38 comprises an electrolyte fluid 16 which is water and an alkali metal hydroxide solution. The second electrolyte bath 40 comprises an electrolyte fluid 42 which is water, an alkali metal hydroxide solution and a low concentration salt 34. The third electrolyte bath 44 comprises an electrolyte fluid 46 which is water, an alkali metal hydroxide solution, and a salt with a higher concentration than the electrolyte 42.
Na zjednodušenie môže byť použitý jeden kontajner 48 z nehrdzavejúcej ocele vybavený dvoma vertikálnymi deličmi 50 tvoriacimi elektródu, ktoré vytvoria vane 38. 40. 44. Druhá elektróda sa skladá najmenej z jedného predmetu 12, ktorý má byť potiahnutý spolu s kondukčnými prostriedkami 18. pomocou ktorých sa postupne zavesuje predmet 12 do elektrolytických tekutín 16. 42, 46.For simplicity, one stainless steel container 48 provided with two vertical electrode dividers 50 forming the tubs 38. 40. 44. The second electrode consists of at least one object 12 to be coated with the conduction means 18 by means of which the object 12 is gradually suspended in the electrolytic fluids 16. 42, 46.
Ručné alebo automatické manipulačné prostriedky 52 umožňujú presun predmetu 12 z prvej vane 38 do druhej 40 a odtiaľ do tretej vane 44.Manual or automatic handling means 52 allow the object 12 to be moved from the first tub 38 to the second 40 and from there to the third tub 44.
V zariadení 36 zostáva elektrolyt počas operácie v každej vane v podstate nezmenený a môže byť teda použitý opakovane. Pri použití niekoľkých elektrolytov, každý s iným zložením, dosahuje poťahovanie v rýchlosti okolo 2,5-4 mikrometrov za minútu.In the device 36, the electrolyte remains substantially unchanged in each tub during operation and can thus be reused. Using several electrolytes, each with a different composition, it achieves a coating speed of about 2.5-4 microns per minute.
Použité elektrické komponenty sú rovnaké, ako sú opísané vyššie s odkazom na Obr. 3.The electrical components used are the same as described above with reference to FIG. Third
Je zrejmé, že pre odborníkov v odbore nie je vynález obmedzený na detaily skôr spomínaných uskutočnení a že môže byť znázornený aj ďalšími špecifickými formami v duchu jeho základných vlastností. Uvádzané uskutočnenia sú teda uvažované vo všetkých ohľadoch ako ilustrujúce a nie obmedzujúce. Roz14 sah vynálezu udávajú pripojené patentové nároky skôr než predchádzajúci opis a všetky zmeny, ktoré prichádzajú v úvahu a ktoré svojím významom rovnocenne spadajú do rozsahu patentových nárokov, je preto zámerom ich do vynálezu zahrnúť.It is understood that the invention is not limited to the details of the above-mentioned embodiments to those skilled in the art, and that it may be illustrated by other specific forms in the spirit of its essential properties. Thus, the present embodiments are intended in all respects as illustrative and not limiting. The scope of the invention is set forth in the appended claims rather than the foregoing description, and all changes that are contemplated and equally within the scope of the claims are intended to be included in the invention.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/GB1997/000664 WO1998040541A1 (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Process and apparatus for coating metals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK121099A3 true SK121099A3 (en) | 2000-06-12 |
Family
ID=10805952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK1210-99A SK121099A3 (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Process and apparatus for coating metals |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000510530A (en) |
AU (1) | AU2104197A (en) |
CA (1) | CA2283467A1 (en) |
EE (1) | EE9900396A (en) |
SK (1) | SK121099A3 (en) |
TR (1) | TR199902214T2 (en) |
WO (1) | WO1998040541A1 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ATE242629T1 (en) * | 1999-04-13 | 2003-06-15 | Beecham Pharm Pte Ltd | NEW TREATMENT METHOD USING A HIGH DOSE FORM OF AMOXYCILLIN AND POTASSIUM CLAVULANATE |
FR2808291B1 (en) * | 2000-04-26 | 2003-05-23 | Mofratech | ELECTROLYTIC OXIDATION PROCESS FOR OBTAINING A CERAMIC COATING ON THE SURFACE OF A METAL |
GB2386907B (en) * | 2002-03-27 | 2005-10-26 | Isle Coat Ltd | Process and device for forming ceramic coatings on metals and alloys, and coatings produced by this process |
AU2002329410A1 (en) * | 2002-03-27 | 2003-10-13 | Isle Coat Limited | Process and device for forming ceramic coatings on metals and alloys, and coatings produced by this process |
US7923067B2 (en) | 2004-05-28 | 2011-04-12 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of coloring surface of zirconium-based metallic glass component |
DE102005011322A1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-09-14 | Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag | Process for the preparation of oxide and silicate layers on metal surfaces |
JP2015074825A (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 株式会社栗本鐵工所 | Film formation method by plasma electrolytic oxidation and metal material |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4668347A (en) * | 1985-12-05 | 1987-05-26 | The Dow Chemical Company | Anticorrosive coated rectifier metals and their alloys |
DE4104847A1 (en) * | 1991-02-16 | 1992-08-20 | Friebe & Reininghaus Ahc | Prodn. of uniform ceramic layers on metal surfaces by spark discharge - partic. used for metal parts of aluminium@, titanium@, tantalum, niobium, zirconium@, magnesium@ and their alloys with large surface areas |
DE4139006C3 (en) * | 1991-11-27 | 2003-07-10 | Electro Chem Eng Gmbh | Process for producing oxide ceramic layers on barrier layer-forming metals and objects produced in this way from aluminum, magnesium, titanium or their alloys with an oxide ceramic layer |
-
1997
- 1997-03-11 CA CA002283467A patent/CA2283467A1/en not_active Abandoned
- 1997-03-11 SK SK1210-99A patent/SK121099A3/en unknown
- 1997-03-11 AU AU21041/97A patent/AU2104197A/en not_active Abandoned
- 1997-03-11 WO PCT/GB1997/000664 patent/WO1998040541A1/en not_active Application Discontinuation
- 1997-03-11 TR TR1999/02214T patent/TR199902214T2/en unknown
- 1997-03-11 JP JP10539313A patent/JP2000510530A/en active Pending
- 1997-03-11 EE EEP199900396A patent/EE9900396A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1998040541A1 (en) | 1998-09-17 |
AU2104197A (en) | 1998-09-29 |
JP2000510530A (en) | 2000-08-15 |
TR199902214T2 (en) | 2000-04-21 |
CA2283467A1 (en) | 1998-09-17 |
EE9900396A (en) | 2000-04-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5616229A (en) | Process for coating metals | |
EP2673402B1 (en) | Non-metallic coating and method of its production | |
EP1407810B1 (en) | Vibratingly stirring apparatus, and device and method for processing using the stirring apparatus | |
Devaneyan et al. | Electro co-deposition and characterization of SiC in nickel metal matrix composite coatings on aluminium 7075 | |
EP1306467A1 (en) | Aluminum plate with thermoplastic resin coating and formed article comprising the same | |
JP2006521473A (en) | Composite articles containing ceramic coatings | |
SK121099A3 (en) | Process and apparatus for coating metals | |
SE451976B (en) | STRABBAND WITH COATING LAYER AND CONTAINER MANUFACTURED FROM A CLEAR STALBAND | |
Lv et al. | Effect of different electrolytes in micro-arc oxidation on corrosion and tribological performance of 7075 aluminum alloy | |
US6893551B2 (en) | Process for forming coatings on metallic bodies and an apparatus for carrying out the process | |
EP0867530B1 (en) | Process and apparatus for coating metals | |
EP3368706A1 (en) | Electrolytic process and apparatus for the surface treatment of non-ferrous metals | |
CZ318599A3 (en) | Process and apparatus for coating metals | |
Kumar et al. | Wear and hardness evaluation of electrodeposited Ni-SiC nanocomposite coated copper | |
WO2021215962A1 (en) | Method for applying a coating to items made from valve metal and alloy thereof | |
JPH04176877A (en) | Production of galvanized steel sheet having excellent press formability and chemical conversion treatability | |
Hadipour et al. | Influence of type of bath agitation (magnetic stirring and rotating disk cathode) on tribological properties of nickel electrodeposits | |
US4904545A (en) | Composite electroplated steel sheet | |
Simchen et al. | Formation of corundum-rich alumina coatings on low-carbon steel by plasma electrolytic oxidation | |
RU2775013C1 (en) | Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method | |
LT4651B (en) | Process and apparatus for coating metals | |
US20230203698A1 (en) | Method and system for forming a multilayered zinc alloy coating and metallic article | |
Kanyane et al. | Effect of MgO/MnO2 additives on the structural properties of Zinc electroplated mild steel | |
EP0342585A1 (en) | Coated steel sheets and process for producing the same | |
Chernyshev et al. | Special features of anodic microarc oxidation of aluminium components |