RU2112087C1 - Способ получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах - Google Patents
Способ получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2112087C1 RU2112087C1 RU96118802A RU96118802A RU2112087C1 RU 2112087 C1 RU2112087 C1 RU 2112087C1 RU 96118802 A RU96118802 A RU 96118802A RU 96118802 A RU96118802 A RU 96118802A RU 2112087 C1 RU2112087 C1 RU 2112087C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- aluminum
- coatings
- sodium
- coating
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims description 25
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 24
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 14
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 14
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 39
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 25
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 15
- AVTYONGGKAJVTE-OLXYHTOASA-L potassium L-tartrate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O AVTYONGGKAJVTE-OLXYHTOASA-L 0.000 claims abstract description 11
- 239000001472 potassium tartrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229940111695 potassium tartrate Drugs 0.000 claims abstract description 11
- 235000011005 potassium tartrates Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims abstract description 10
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 9
- IOXPXHVBWFDRGS-UHFFFAOYSA-N hept-6-enal Chemical compound C=CCCCCC=O IOXPXHVBWFDRGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- -1 alkali metal salt Chemical class 0.000 claims description 8
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 7
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical class O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JECXXFXYJAQVAH-UHFFFAOYSA-N amg-3 Chemical compound C=1C(O)=C2C3CC(C)=CCC3C(C)(C)OC2=CC=1C1(CCCCCC)SCCS1 JECXXFXYJAQVAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 description 2
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- 101100459769 Drosophila melanogaster narya gene Proteins 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241000519995 Stachys sylvatica Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- HELHAJAZNSDZJO-OLXYHTOASA-L sodium L-tartrate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O HELHAJAZNSDZJO-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001433 sodium tartrate Substances 0.000 description 1
- 229960002167 sodium tartrate Drugs 0.000 description 1
- 235000011004 sodium tartrates Nutrition 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 150000003892 tartrate salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области защиты изделий от абразивного износа и высокотемпературной коррозии и может быть использовано в авиации, машиностроении, автомобилестроении и других отраслях. Сущность изобретения: покрытия на алюминии и его сплавах получают методом микродугового оксидирования при напряжении формирования покрытий 160 - 170 В и плотности тока 0,9 - 1,2 А/см2 в электролите на основе гексафторалюмината натрия, рН электролита 9,8 - 10,2. Электролит содержит гексафторалюминат натрия 2,0 - 12,0 г/л, тартрат калия 5,0 - 10,0 г/л, фторид натрия 0,5 - 2,0 г/л и гидроксид калия 0,5 - 0,6 г/л, Формирование в составе покрытия стеклофазы на основе оксида алюминия, модифицированного фтором, позволяет получать защитные антикоррозионные покрытия, обладающие высокой микротвердостью и термостойкостью. 2 табл.
Description
Изобретение относится к электролитическому нанесению покрытий на вентильные металлы и их сплавы, преимущественно на алюминий и его сплавы, и может быть использовано в авиации, машиностроении, автомобилестроении и спецтехнике для защиты изделий от абразивного износа и высокотемпературной коррозии.
Известно получение защитных покрытий на алюминии обработкой в условиях искрового разряда в водном электролите, содержащем, моль/л: карбонат натрия (0,7), фторид натрия (0,4), тетраборат натрия (0,15), при напряжении 100-140 В [1] . При обработке алюминия в данном растворе электролита на поверхности образуется пленка, состоящая из фазовых включений α -Al2O3. Пленка обладает электроизоляционными свойствами, устойчива к действию большинства кислот и щелочей и не разрушается вплоть до температуры плавления алюминия. Однако, полученное в данном электролите покрытие не защищает алюминий от абразивного износа и высокотемпературной коррозии.
Известно получение защитных покрытий на вентильных металлах, в том числе на алюминии и титане, оксидированием в микродуговом режиме в электролите, содержащем соединения алюминия, а также сульфат и тетраборат натрия [2]. Полученные в данном электролите покрытия на алюминии обладают значительной микротвердостью, однако не являются термостойкими и для их получения требуется большой расход энергии. Кроме того, в процессе эксплуатации электролит вырабатывается и вследствие перехода алюминат-иона в гидратированную форму происходит образование объемного осадка гидроксида алюминия.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения защитных покрытий на вентильных металлах, в том числе на алюминии, методом микродугового оксидирования в электролите, представляющем собой раствор фторсодержащей соли щелочного металла - гексафторцирконата калия концентрации 4-10 г/л. Процесс осуществляют при напряжении 450-550 В и начальной плотности тока 5-10 А/см2 [3]. В результате оксидирования по данному способу на алюминии и его сплавах получают покрытия, состоящие из α -Al2O3.
Получаемые по прототипу покрытия обладают высокими электроизоляционными и антикоррозионными свойствами, однако не обладают значительной микротвердостью и не обеспечивают защитных свойств при температуре 900oC.
Предлагаемым изобретением решается задача получения защитных антикоррозионных покрытий на алюминии и его сплавах, обладающих высокой микротвердостью и термостойкостью.
Указанный технический результат достигается способом получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах методом микродугового оксидирования, включающим обработку в растворе электролита, содержащем фторсодержащую соль щелочного металла, согласно которому обработку ведут при напряжении формирования покрытий 160-170 В, плотности тока 0,9-1,2 А/см2 в электролите с pH 9,8-10,2, содержащем в качестве фторсодержащей соли гексафторалюминат натрия в количестве 2-12 г/л и дополнительно тартрат калия (5-10 г/л), фторид натрия (0,5-2,0 г/л) и гидроксид калия (0,5-0,6 г/л).
Способ осуществляют следующим образом. Электролит готовят последовательным растворением в воде гексафторалюмината нария, тартрата калия, фторида натрия и гидроксида калия, взятых в необходимых количествах в пределах заявляемых интервалов, с последующим доведением объема раствора до одного литра, pH полученного раствора составляет 9,8-10,2. Микродуговое оксидирование осуществляют в электролитической ячейке, снабженной средствами для механического перемешивания и охлаждения электролита, например, водопроводной водой, прокачиваемой через змеевик. В качестве катода используют сталь, анодом является само оксидируемое изделие из алюминия или его сплава. Пленка формируется при плотности тока, равной 0,9-1,2 А/см2, конечное напряжение формирования, подаваемое на анод, составляет 160-170 В. Входящий в состав электролита гексафторалюминат-ион гидролизуетя, в результате чего образуется гидроксид алюминия, термолиз которого в условиях микроплазменных разрядов приводит к образованию в составе покрытий на алюминии оксида Al2O3, который в ходе микродугового оксидирования модифицируется фтором.
Избыток фтористоводородной кислоты, образующейся в процессе оксидирования на аноде, нейтрализуется присутствующим в составе электролита гидроксидом калия.
Время оксидирования - 5-10 мин, достаточно для формирования покрытия необходимой толщины.
Температура раствора во время оксидирования, поддерживаемая на уровне комнатной, не должна превышать 25oC, т.к. разогревание раствора ведет к ухудшению качества формируемой в нем пленки, а именно к получению неравномерных по толщине покрытий с низкими защитными свойствами.
В результате оксидирования в описанных условиях на алюминии и его сплавах получают пленку темно-коричневого цвета толщиной до 40 мкм.
Элементный состав получаемых в соответствии с заявляемым способом покрытий исследовали с помощью лазерного масс-спектрометра "ЭМАЛ-2". Мощность лазерного излучения с длиной волны 1064 нм порядка 109 Вт/см2, диаметр пучка на образце 50 мкм, рабочий вакуум в камере 10-6 мм рт.ст. Пленку испаряли на площади 0,2-0,8 см2. Полученные изотопные фотоспектры обрабатывали на автоматизированном микрофотометре с записью спектров в ЭВМ IBM-PC/AT. Количественный анализ спектров выполняли, используя программы обработки лазерных масс-спектров. Согласно данным элементного анализа (содержание алюминия, кислорода, фтора и др. приведены в табл. 2) в покрытии образуется оксид алюминия, модифицированный фтором, формула которого может быть представлена в виде Al2O3-xFx, характерном для стеклофазы.
Исследование полученных покрытий методом рентгено-фазового анализа с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-2,0 (Cu, Kα-излучение) показало, что пленка является рентгеноаморфной, что согласуется с предположением о наличии в пленке стеклофазы.
Химическую стойкость покрытий на алюминии оценивали по времени до разрушения покрытия в растворе, содержащем 250 мл/л HCl (d=1,19 г/см3) и 30 г/л K2Cr2O7 (ОСТ 5.9510-80. Покрытия окисные деталей из алюминиевых сплавов. Типовые технологические процессы), следующим образом. Исследуемый участок поверхности пленки ограничивали эпоксидной смолой и на участок наносили каплю указанного раствора. Засекали время до начала выделения пузырьков газа. Момент разрушения покрытия определяли по изменению цвета капли раствора от оранжевого до зеленого. Отмечена высокая химическая стойкость получаемых по заявляемому способу покрытий. Под воздействием коррозионной среды покрытия не разрушаются в течение двух часов, что в 10 раз превышает время, требуемое ОСТом.
Измерение микротвердости покрытий проводили на приборе "Неофот-2" путем вдавливания алмазной пирамиды в исследуемое покрытие. Для измерения микротвердости готовили поперечные шлифы с использованием эпоксидной смолы. Покрытия, полученные по заявляемому способу, характеризуются высокими значениями микротвердости - 6800-7000 МПа.
Термостойкость покрытий оценивали при отжиге до 1500oC в атмосфере гелия и на воздухе с использованием дериватографа системы "Паулик, Паулик, Эрдеи" Q-1500D. Установлено, что получаемые покрытия обладают жаростойкостью до 900oC. Анализ термогравиметрических кривых позволяет сделать вывод об отсутствии до указанной температуры тепловых эффектов, весовых изменений, связанных с материалом покрытия, что свидетельствует о неизменности фазового и химического состава, а следовательно, и свойств поверхностных слоев. При температурах, превышающих температуру плавления алюминиевой основы, покрытие выполняет роль термостойкого тигля, предотвращая растекание и испарение металла (сплава). После отжига до 900oC и охлаждения образца до комнатной температуры покрытие не отслаивается, а образец с покрытием сохраняет свою первоначальную форму.
Установлено также, что покрытия обладают значительной адгезией к подложке и эластичностью. Они не отслаиваются при многократных перегибах алюминиевой основы до углов, превышающих 90o.
Достигаемый предлагаемым способом технический результат, заключающийся в получении защитных антикоррозионных покрытий на алюминии и его сплавах, обладающих высокой микротвердостью и термостойкостью, обеспечивается благодаря образованию в покрытии стеклофазы на основе оксида алюминия, модифицированного фтором, которая формируется в результате осуществления способа получения покрытий микродуговым оксидированием в соответствии с заявляемыми режимами из электролита, содержащего гексафторалюминат натрия, тартрат калия, фторид натрия и гидроксид калия, взятых в пределах заявляемых концентраций.
Введение в состав электролита соли винной кислоты - тартрата калия дает эффект увеличения длительности микроплазменных разрядов и, следовательно, длительности температурного воздействия на формируемое покрытие, что способствует образованию стеклофазы на основе оксида алюминия, модифицированного фтором. При этом достигается высокая скорость роста пленки при более низких значениях напряжения по сравнению с электролитом, не содержащим тартрата калия.
Введение в состав электролита именно калиевой соли винной кислоты (а не натриевой) обусловлено тем, что электропроводность тартрата калия при концентрационном равенстве солей выше, чем у тартрата натрия.
Известно, что повышенная электропроводность раствора способствует увеличению рассеивающей способности электролита, в результате чего пленка образуется равномерной, в том числе и в закрытых полостях. Повышение электропроводности способствует также протеканию электрохимического процесса с большой скоростью, что существенно при наличии в растворе объемных органических анионов соли винной кислоты, разряд которых на аноде затруднен.
Присутствие фторида натрия в составе электролита также приводит к повышению электропроводности, а следовательно, рассеивающей способности раствора электролита и, кроме того, в сочетании с гидроксидом калия способствует полному растворению гексафторалюмината натрия. Избыток фторид-ионов в растворе ведет к сдвигу равновесия реакции гидролиза (1) в сторону уменьшения содержания в электролите экологически вредной, токсичной фтористоводородной кислоты.
Содержание гексафторалюмината натрия в электролите ниже заявляемых пределов (менее 2,0 г/л) приводит к обеднению поверхностного слоя оксидом алюминия, модифицированного фтором, а следовательно, к снижению микротвердости и термостойкости формируемых покрытий. Пленки образуются тонкие, с низкой сплошностью.
Повышение концентрации гексафторалюмината натрия более 12 г/л приводит к ухудшению качества пленки, к появлению на поверхности оксидируемого образца наростов белого цвета, которые легко осыпаются, и в пленке образуются сквозные поры.
Содержание тартрата калия ниже заявляемых пределов (менее 5 г/л) приводит к образованию неравномерных по окраске, тонких, не обладающих высокой микротвердостью пленок.
Повышение концентрации тартрата калия более 10 г/л приводит к появлению на поверхности пленки вкраплений черного цвета, хрупких образований, имеющих низкую адгезию, при отслаивании которых обнажается поверхность металла.
Снижение концентрации фторида натрия ниже 0,5 г/л приводит к уменьшению толщины пленки, к появлению в ней неоднородных включений.
Содержание в электролите фторида натрия более 2 г/л приводит к появлению на поверхности пленки белых пятен, что ухудшает ее защитные и декоративные свойства.
Введение в состав электролита 0,5-0,6 г/л гидроксидов калия в сочетании с другими компонентами предлагаемого электролита, взятыми в заявляемых пределах, обеспечивает значения pH электролита, равные 9,8-10,2. Установлено, что pH электролита оказывает существенное влияние на качество формируемых покрытий, их износостойкость. В указанном интервале pH электролита на аноде под действием микроплазменных разрядов происходит образование гидроксида алюминия, являющегося источником оксида алюминия, модификация которого ионом фтора приводит к образованию стеклофазы, обладающей высокой твердостью, термо- и коррозионной стойкостью.
Отступления от данного значения pH электролита, вызываемые выходом содержания того или иного компонента электролита за заявляемые пределы, не позволяет при получении покрытий достичь указанного выше технического результата.
Так, при снижении pH электролита менее 9,8 происходит частичное растворение образующегося на аноде осадка гидроксида алюминия, пленки получаются несплошными и не обладают высокой твердостью.
Повышение pH электролита более 10,2 приводит к растворению амфотерного осадка гидроксида алюминия, снижению качества получаемых покрытий, частичному растворению образующейся пленки и растравливанию алюминиевой подложки.
Защитные покрытия на алюминии и его сплавах, обладающие высокой микротвердостью и термостойкостью, формируются из предлагаемого состава электролита при условии проведения микродугового оксидирования при напряжении формирования покрытий 160-170 В и плотности тока 0,9-1,2 А/см2.
Снижение напряжения формирования пленки ниже 160 В и плотности тока ниже 0,9 А/см2 приводит к образованию тонких покрытий с низкой сплошностью, не обладающих высокой микротвердостью и термостойкостью.
Повышение параметров процесса - напряжение выше 170 В и плотности тока выше 1,2 А/см2 приводит к ухудшению качества пленок - повышается их хрупкость, наблюдается неравномерность по толщине, неравномерность окраски и отслаивание от подложки.
Для осуществления предлагаемого способа используют стандартное оборудование, предназначенное для электрохимической обработки металлов и сплавов, и выпускаемые промышленностью реактивы.
Возможность осуществления изобретения подтверждается также примерами его конкретного выполнения.
Обработке в условиях заявляемого способа подвергали образцы из алюминия марки А-7 (Al 99,7%, Fe 0,16%, Si 0,16%) и AMг-3 (Mg 3,2-3,8%, Nn 0,3-0,6%, Si 0,5-0,8%, Al - остальное). Образцы представляли собой прямоугольные пластины размерами 8х40 мм толщиной до 1 мм. Оксидирование осуществляли в микродуговом режиме до напряжения 160-170 В, при плотности тока 1,1 А/см2. Время оксидирования составляло 10 мин, температура электролита не превышала 25oC, что достигалось прокачкой водопроводной воды через змеевик, размещенный в электролитической ячейке.
В табл. 1 приведены составы электролитов для обработки образцов из сплавов А-7 и AMг-3. Табл. 2 содержит сведения об элементном и фазовом составе получаемых пленок, а также характеристики обработанных образцов.
В примерах 2-4, 8-14 и 18-20, в которых содержание компонентов электролита выходит за границы заявляемых интервалов, микротвердость покрытий низкая. Пленки имеют низкую коррозионную стойкость. Покрытия либо тонкие, с дефектами, либо рыхлые, пористые, с наслоениями белого цвета.
В примерах 5-7 и 15-17 (табл. 2) приведены характеристики покрытий, получаемых из электролита в соответствии с формулой изобретения.
Такие покрытия имеют высокую сплошность, однородны, не имеют дефектов и наслоений белого цвета. Толщина покрытий составляет 40 мкм, покрытия рентгеноаморфны. При отжиге этих пленок до 900oC в атмосфере гелия не происходит их раскристаллизации.
Дополнительным преимуществом заявляемого способа является достижение высоких эксплуатационных характеристик получаемых покрытий при низких затратах энергии.
Claims (1)
- Способ получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах методом микродугового оксидирования, включающий обработку в водном электролите, содержащем фторсодержащую соль щелочного металла, отличающийся тем, что обработку ведут при напряжении формирования покрытий 160 - 170 В и плотности тока 0,9 - 1,2 А/см2 в электролите с рН 9,8 - 10,2, содержащем в качестве фторсодержащей соли щелочного металла гексафторалюминат натрия и дополнительно тартрат калия, фторид натрия и гидроксид калия при следующем соотношении компонентов, г/л:
Гексафторалюминат натрия - 2,0 - 12,0
Тартрат калия - 5,0 - 10,0
Фторид натрия - 0,5 - 2,0
Гидроксид калия - 0,5 - 0,6п
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96118802A RU2112087C1 (ru) | 1996-09-23 | 1996-09-23 | Способ получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96118802A RU2112087C1 (ru) | 1996-09-23 | 1996-09-23 | Способ получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2112087C1 true RU2112087C1 (ru) | 1998-05-27 |
| RU96118802A RU96118802A (ru) | 1998-12-10 |
Family
ID=20185654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96118802A RU2112087C1 (ru) | 1996-09-23 | 1996-09-23 | Способ получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2112087C1 (ru) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003029529A1 (en) * | 2001-10-02 | 2003-04-10 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Light metal anodization |
| RU2237758C1 (ru) * | 2003-11-04 | 2004-10-10 | Орловский государственный технический университет | Способ получения термостойких изоляционных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов |
| RU2251596C2 (ru) * | 2000-12-19 | 2005-05-10 | Ооо "Торсэт" | Способ получения покрытия на изделиях из алюминиевых содержащих кремний сплавов |
| WO2006047526A3 (en) * | 2004-10-25 | 2007-06-07 | Henkel Kgaa | Article of manufacturing and process for anodically coating aluminum and/or titanium with ceramic oxides |
| US7452454B2 (en) | 2001-10-02 | 2008-11-18 | Henkel Kgaa | Anodized coating over aluminum and aluminum alloy coated substrates |
| US7569132B2 (en) | 2001-10-02 | 2009-08-04 | Henkel Kgaa | Process for anodically coating an aluminum substrate with ceramic oxides prior to polytetrafluoroethylene or silicone coating |
| US7820300B2 (en) | 2001-10-02 | 2010-10-26 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Article of manufacture and process for anodically coating an aluminum substrate with ceramic oxides prior to organic or inorganic coating |
| US9701177B2 (en) | 2009-04-02 | 2017-07-11 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Ceramic coated automotive heat exchanger components |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD205197A1 (de) * | 1982-05-14 | 1983-12-21 | Peter Kurze | Verfahren zur herstellung von oxidschichten als traegermaterial |
| RU2046156C1 (ru) * | 1992-05-21 | 1995-10-20 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Электролит для формирования покрытий на вентильных металлах |
| RU2049162C1 (ru) * | 1992-01-29 | 1995-11-27 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Способ получения защитных покрытий на вентильных металлах и их сплавах |
-
1996
- 1996-09-23 RU RU96118802A patent/RU2112087C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD205197A1 (de) * | 1982-05-14 | 1983-12-21 | Peter Kurze | Verfahren zur herstellung von oxidschichten als traegermaterial |
| RU2049162C1 (ru) * | 1992-01-29 | 1995-11-27 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Способ получения защитных покрытий на вентильных металлах и их сплавах |
| RU2046156C1 (ru) * | 1992-05-21 | 1995-10-20 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Электролит для формирования покрытий на вентильных металлах |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251596C2 (ru) * | 2000-12-19 | 2005-05-10 | Ооо "Торсэт" | Способ получения покрытия на изделиях из алюминиевых содержащих кремний сплавов |
| US7569132B2 (en) | 2001-10-02 | 2009-08-04 | Henkel Kgaa | Process for anodically coating an aluminum substrate with ceramic oxides prior to polytetrafluoroethylene or silicone coating |
| US6797147B2 (en) | 2001-10-02 | 2004-09-28 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Light metal anodization |
| US7452454B2 (en) | 2001-10-02 | 2008-11-18 | Henkel Kgaa | Anodized coating over aluminum and aluminum alloy coated substrates |
| WO2003029529A1 (en) * | 2001-10-02 | 2003-04-10 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Light metal anodization |
| US7578921B2 (en) | 2001-10-02 | 2009-08-25 | Henkel Kgaa | Process for anodically coating aluminum and/or titanium with ceramic oxides |
| US7820300B2 (en) | 2001-10-02 | 2010-10-26 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Article of manufacture and process for anodically coating an aluminum substrate with ceramic oxides prior to organic or inorganic coating |
| US8361630B2 (en) | 2001-10-02 | 2013-01-29 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Article of manufacture and process for anodically coating an aluminum substrate with ceramic oxides prior to polytetrafluoroethylene or silicone coating |
| US8663807B2 (en) | 2001-10-02 | 2014-03-04 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Article of manufacture and process for anodically coating aluminum and/or titanium with ceramic oxides |
| US9023481B2 (en) | 2001-10-02 | 2015-05-05 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Anodized coating over aluminum and aluminum alloy coated substrates and coated articles |
| RU2237758C1 (ru) * | 2003-11-04 | 2004-10-10 | Орловский государственный технический университет | Способ получения термостойких изоляционных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов |
| WO2006047526A3 (en) * | 2004-10-25 | 2007-06-07 | Henkel Kgaa | Article of manufacturing and process for anodically coating aluminum and/or titanium with ceramic oxides |
| US9701177B2 (en) | 2009-04-02 | 2017-07-11 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Ceramic coated automotive heat exchanger components |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vander Voort | Metallography and microstructures | |
| Vladimirov et al. | Microarc oxidation of magnesium alloys: A review | |
| US4668347A (en) | Anticorrosive coated rectifier metals and their alloys | |
| Fredj et al. | Transpassive dissolution of copper and rapid formation of brilliant colored copper oxide films | |
| EP1455001A1 (en) | Metal material coated with metal oxide and/or metal hydroxide coating film and method for production thereof | |
| Fernández-López et al. | High performance tribological coatings on a secondary cast Al–Si alloy generated by Plasma Electrolytic Oxidation | |
| Lin et al. | Improvement of the Current Efficiency of an Al‐Zn‐In Anode by Heat‐Treatment | |
| RU2112087C1 (ru) | Способ получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах | |
| EP0407349B1 (en) | Electrode for use in electrolytic processes and process for manufacturing it | |
| JP2001220637A (ja) | 陽極酸化処理用アルミニウム合金、陽極酸化皮膜を有するアルミニウム合金部材およびプラズマ処理装置 | |
| WO2017204266A1 (ja) | Ｓｎ系合金めっき鋼板 | |
| Fattah-alhosseini et al. | A review on the plasma electrolytic oxidation (PEO) process applied to copper and brass | |
| RU2049162C1 (ru) | Способ получения защитных покрытий на вентильных металлах и их сплавах | |
| Kikuchi et al. | Photoluminescence from anodic aluminum oxide formed via etidronic acid anodizing and enhancing the intensity | |
| Galvanetto et al. | Corrosion resistance properties of plasma nitrided Ti–6Al–4V alloy in hydrochloric acid solutions | |
| US4659629A (en) | Formation of a protective outer layer on magnesium alloys containing aluminum | |
| Shimizu et al. | GDOES depth profiling analysis of amorphous Ni–P‐plated aluminium hard disks | |
| Meng et al. | Fabrication and performance of composite coating doped with CeO2 nanoparticles by plasma electrolytic oxidation on Cu–Zn alloy surface | |
| Helfand et al. | The Role of P in the Anodic Inhibition of an Amorphous Co‐20P Alloy in Acidic Electrolytes | |
| RU2263163C1 (ru) | Способ плазменно-электролитического оксидирования вентильных металлов и их сплавов | |
| Goto et al. | Electrochemical formation of AlN in molten LiCl–KCl–Li3N systems | |
| Biryukov et al. | A layer-by-layer analysis of the corrosion properties of diffusion zinc coatings | |
| Shi et al. | Study of the corrosion process of a PEO-treated aluminum alloy in different concentrations of NaCl | |
| Frank et al. | Films formed on stainless steel single-crystal surfaces in aqueous solutions: studies of the (100) plane by LEED, auger spectroscopy, and electrochemistry | |
| Chernova et al. | Increasing the passivation ability and corrosion resistance of chromium steel by surface alloying with palladium |