Способ оксидирования алюминия и его сплавов

 

Изобретение относится к технике защиты металлов от коррозии посредством химической обработки поверхности металлов и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобилестроении и других отраслях народного хозяйства. Цель изобретенияупрощение технологического процесса за счет сокращения числа операций, повышение коррозионной стойкости окисной пленки за счет увеличения адгезионной прочности покрытия, уменьшения токсичности применяемых растворов и экономии реактивов для оксидирования. Способ включает обезжиривание поверхности в растворе сульфонола, промывку , травление,промывку, нейтрализацию, промывку, обработку поверхности в растворе, содержащем 3-9 г/л гидроперита и водорастворимые красители, выбранные из группы, содержащей молибденовокислый аммоний и сернокислый никель, при температуре 80-100 С в течение 10-20 мин, промывку и сушку. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. г (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСОУБЛИК (19) 01}

A t (51)5 С 23 С 22/67

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4839797/02 (22) 09.04.90 (46) 15.01.92. Бюл. и 2 (71) Симферопольское головное специальное конструкторско-технологическое бюро пневмооборудования Производственного объединения "Пневматика" (72) Н.В.Калганова (53) 620.197.2(088.8) (56) Грилихес С.Я. Оксидные и фосфатные покрытия металлов. Л.: Машиностроение, 1978, с. 27-29.

Авторское свидетельство СССР

II 1148897, кл. С 23 С 22/67, 1983 °

Заявка Японии h 48-41137, кл. С 23 F 7/06, 1973. (4) СПОСОБ ОКСИДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И

ЕГО СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к технике защиты металлов от коррозии посредством химической обработки поверхности

Изобретение относится к защите металлов от коррозии посредством химической обработки поверхности металлов, в частности к способу химического оксидирования алюминия и его сплавов, и может быть использовано в ма шиностроении, приЬоростроении, автомобилестроении и других отраслях народного хозяйства.

Известны способы химического оксидирования алюминия и его сплавов, наиболее распространенными из которых являются способы оксидирования, включающие обезжиривание, промывку, ней2 металлов и может быть использовано в машиностроении, приЬоростроении, автомоЬилестроении и других отраслях народного хозяйства. Цель изобретенияупрощение технологического процесса за счет сокращения числа операций, повышение коррозионной стойкости окисной пленки эа счет увеличения адгеэионной прочности покрытия, уменьшения токсичности применяемых растворов и экономии реактивов для оксидирования.

Способ включает обезжиривание поверхности в растворе сульфонпла, промыв. ку, травление, промывку, нейтрализацию, промывку, обработку поверхности в растворе, содержащем 3-9 г/л гидро- р перита и водорастворимые красители, выбранные из группы, содержащей молибденовокислый аммоний и сернокислый никель, при температуре 80-100 С е те0 чение 10-20 мин, промывку и сушку.

1 э.п. ф-лы, 1 табл. тралиэацию, промывку и оксидирование в слабощелочном водном растворе хроматов, в водном растворе, содержащем наряду с хроматами фосфорную кислоту и соединения фтора, и в хроматнофторидных водных растворах, содержащих эти соли в малых концентрациях.

Недостатками известных способов химического оксидирования алюминия и его сплавов являются низкая коррозионная стойкость иэ-за недостаточной толщины получаемой пленки (1-3 мкм), низкое качество покрытия металлов из-за невысокой прочности сцепления

1705405

Химическая оксидная пленка получается при погружении алюминия или алюминиевого сплава в смешанный водный раствор, состоящий иэ перекиси водорода и фтористого калия, или в раствор, который изготавливают следующим образом: в главный раствор, представляющий собой смешанный водный раствор из перекиси водорода и фтористого калия, добавляют один, два и более вспомогательных реактивов, которыми являются хроматы, разнообразные соли аммония, комплексные соли, йодистый калий, глюконат натрия, комплексообразователь (агент, образующий хелатное соединение), борная кислота.

50

55 покрытия с основой. Кроме того, использование вредных веществ (хроматов, фторитов, кислот и щелочей) загрязняет окружающую среду.

Известен способ химического оксидирования алюминия и его сплавов, включающий подготовку поверхности и оксидирование в растворе, содержащем хромовый ангидрид, фторосодержащее соединение - фтористоводородную кислоту и двуокись титана, Недостатком этого способа является низкая коррозионная стойкость обработанного металла из-за стирающейся пленки, толщина которой составляет

1-3 мкм. Кроме того, способ предусматривает применение в качестве основных реактивов вредные для окружающей среды и людей вещества - фтористоводородную кислоту и хромовый ангидрид.

Наиболее близким к предлагаемому является способ оксидирования алюминия и его сплавов, включающий обеэжиривание поверхности в растворе суль- 5 фонола и промывку, травление, промывку, нейтрализацию, промывку и обработку в перекисьсодержащем растворе, последующую промывку и сушку. Способ оксидирования при этом осуществляют ло следующей схеме: опытный образец -» обезжиривание — промывка водой травление промывка водой — нейтрализация промывка водой химическая обработка

35 — промывка водой сушка. С целью защиты поверхности алюминия предусматривается покрытие водорастворимой смолистой краской акрилового ряда, затем осуществляется горячая суш- 4> ка °

Недостатками данного способа являются относительно низкая коррозионная стойкость из-за рыхлости пленки и низкая адгезионная прочность покрытия из-за слабой прочности сцепления с основой, большая длительность технологического процесса, применение вредных веществ.

Целью изобретения является сокращение длительности технологического процесса за счет уменьшения числа операций, повышение коррозионной стойкости окисной пленки за счет увеличения адгезионной прочности покрытия, снижение токсичности применяемых растворов и экономия реактивов для оксидирования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оксидирования алюминия и его сплавов, включающему обезжиривание поверхности в растворе сульфонола и промывку, травление, промывку, нейтрализацию, промывку, обработку в перекисьсодержащем растворе, последующую промывку и сушку, операции травления, нейтрализации с поочередными промывками и обработку поверхности в перекисьсодержащем растворе проводят в растворе, содержао щем 3-9 г/л гидроперита при 80-100 С в течение 10-20 мин, после чего производят промывку и сушку. Для улучшения декоративного вида иэделий,обработку поверхности производят в растворе гидроперита, дополнительно содержащем водорастворимые красители, выбранные из группы, содержащей молибденовокислый аммоний, сернокислый никель в количестве 3-5 г/л;

Раствор для химического оксидирования алюминия и его сплавов содержит окислитель и замедлитель в одном веществе - гидроперите, при разложении которого в определенном соотношении получают в растворе разрыхлитель окисной пленки на поверхности металла перекись водорода и замедлитель реакции оксидирования - мочевину. Сокращается длительность технологического цикла за счет подготовки поверхности эа 2 операции - обезжиривания в растворе сульфонола и промывки в проточной холодной воде, вместо 6 операций по прототипу.

В предлагаемом способе не применяются вредные вещества. Сульфонол и гидроперит - экологически чистые ве170540 щества. В качестве добавок также применяют безвредные вещества.

Flo прототипу для травления применяют щелочь, для нейтрализации - кислоту (НИО, относится к 5 группе сильно действующих ядовитых веществ, °

Одним из основных компонентов раствора оксидирования алюминия и его сплавов является вредное для окружающей среды вещество - фторид калия (предельно допустимая концентрация в производственных помещениях составляет 1 мг/мз), а в качестве добавокядовитые цианистые препараты (2-я группа по классификации сильно действующих ядовитых веществ) и вредные хромовые соединения (предельно допустимая концентрация в производственных помещениях 0,1 мг/мз).

Пример. Проводили химическое оксидирование деталей из алюминиевого литейного сплава АК12М2 по ОСТ

48-178-80 и Д16Т. Поверхность деталей обезжиривали в растворе сульфоно- 2S ла с последующей промывкой водой.

Раствор для химического оксидирования готовили в следующей последовательности: в дистиллированной воде растворяли гидроперит в количестве ЗО

3-9 г/л. Для улучшения декоративного вида изделий добавляли молибденовокислый аммоний в количестве 35 г/л, раствор перемешивали до полного растворения вещества, затем добавляли сернокислый никель в количестве 3-5 г/л. Процесс оксидирования проводили при 80-100 С в течение 1020 мин. После оксидирования детали сушили на воздухе или в сушильной ван-щ не.

Для получения сравнительных данных и экспериментального обоснования концентрации гидроперита в. растворе, температуры раствора, продолжительности реакции оксидироваиия, концентраций красителей параллельно проводили химическое оксидирование деталей с различной концентрацией гидроперита, при разной температуре раст" вора, с различной продолжительностью обработки и неодинаковым содержанием красителей в растворе (см. таблицу, примеры 1-18).

Результаты опытов представлены в таблице.

Иэ таблицы видно, что оптимальная концентрация гидроперита в растворе составляет 3-9 r/ë, так как при кон5

6 центрации меньше 3 г/л (пример 1) и больше 9 г/л (пример 5) толщина оксидной пленки 6 мкм (пример 1) из-эа низкой скорости реакции и l0 мкм (пример 2) из-за увеличения скорости реакции раэрыхления пленки ° Оптимальная температура раствора 80-100 С.

При температуре раствора менее 80 С (примеры 6, 7) скорость реакции оксидирования очень мала, так как гидроперит начинает интенсивно разлагаться только при температуре более 80 С. о

Повышение температуры свыше 100 С нецелесообразно, так как для этого необходимо создать специальные условия.

Продолжительность реакции оксидирования составляет 10-20 мин, так как при проведении процесса менее 10 мин (пример 9) пленка получаетсл недостаточной толщины, а проведение процесса свыше 30 мин нецелесообразно, так как роста оксидной пленки практически не происходит (примеры 11 и 12).

Оптимальные концентрации солей никеля и молибденовой кислоты составляют 3-5 г/л. При концентрации солей менее 3 г/л (пример 13) цвет пленки получается более светлый, а при концентрации свыше 5 г/л (пример 16) изменения цвета не происходит.

Коррозионные испытания деталей проводили в камере KBT-04-155 по ГОСТ

15151-69 (исполнение 04) для проверки воздействия влажности воздуха на оксидированные детали.

Коррозионные испытания показали, что оксидированные детали по предлагаемому способу (примеры 1-18) испытания выдержали.

Примеры 19 и 20 осуществляли по прототипу.

Подготовку поверхности проводили следующим образом: обезжирили в растворе сульфонола, промыли водой, прове. ли травление в растворе едкого натра, промыли водой, нейтрализовали в раст воре азотной кислоты, промыли водой.

Раствор готовили в следующей последовательности: к дистиллированной воде добавляли расчетное количество перекиси водорода, затем фтористый калий. В последовательности, указанной в таблице, вводили добавки этилендиаминотетрауксусной кислоты, бромата калия, кислого фтористого аммония и йодистого калия.

Оксидирование проводили при 4050 С в течение 10 мин. Коррозионные о

1705405 испытания детали, оксидированные по способу-прототипу не выдержали. Умень шение массы пленки после коррозионных испытаний на деталях, оксидирован ных по известному способу значительно больше, чем на деталях, оксидированных по предлагаемому способу. Следовательно, коррозионная стойкость покрытия на деталях, оксилированных по предлагаемому способу значительно выше,чем по известному.

Использование предлагаемого способа оксидирования алюминия и его сплавов по сравнению с прототипом позволяет сократить продолжительность технологического процесса эа счет уменьшения числа операций с 9 до 5, так как операции травления,нейтрализации, двух промывок и оксидирования проводят одновременно в растворе, содержащем гидроперит.

Кроме того, повышается коррозионная стойкость за счет увеличения адгезионной прочности покрытия, а также предотвращается загрязнение окружающей среды эа счет снижения токсичности применяемых растворов, т.е. исключения применения фтористых и хромовых соединений для оксидирования и.исключения применения щелочей и кислот для травления и нейтрализации, что, кроме того, может дать зкономию реактивов.

Способ по прииераи

3 4 5 6 7 8 9 10

Покаэатели

80-100 80-100 80-100 80-100 80-100 60-70 70-80 80-90 80-100 80-100 80-100

15

15

10

10

10

13

12

1,2 1,3 1,0 1,0 8 6 2 1,8 1,0 1,2

Серая, прочно сцепленная с основой, иатовая, глэлкаэ ки

Компоненты раствора для оксидирования, г/л

Гидроперит

Иолибденовокислый аммоний.

Сернокислый никель

Перекись водорода, снт7л

Фтористый калий

Зтилендиаминотетрауксусная кислота

Вроиат калия

Кислый фтористый аиионий

Иодистый калий

Температура раствора, С

Продолшительность обработки, мин

Толщина полученной пленки, икм

Уменьшение массы пленки после коррозионных испытаний, иг

Внешний вид пленформула изобретения

1. Способ оксидирования алюминия

5 и его сплавов включающий обезжирит вание поверхности в растворе сульфонола, промывку, травление, промывку, нейтрализацию, промывку, обработку в перекисьсодержащем растворе, последующую промывку и сушку, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса за счет сокращения числа операций, повышения коррозионной стойкости окисной пленки за счет увеличения адгеэионной прочности покрытия, уменьшения токсичности применяемых растворов и экономии реактивов для оксидирования, операции травления, нейтрализации с поочередными промывками и обработку поверхности в перекисьсодержащем растворе проводят в растворе, содержащем 3-9 г/л гидроперита при

80-100 С в течение 10-20 мин, после

25 чего производят промывку и сушку.

2. Способ по и ° 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью улучшения декоративного вида иэделий, обработку поверхности производят в растворе гидроперита, дополнительно со-. держащем водорастворимые красители, выбранные из группы, содержащей молибденовокислый аммоний, сернокислый никель в количестве 3-5 г!л.

10

1705405

Продолаение таблицы

1 J

Показатели

Способ по примерам

17 18

19 20

6 6

6 6 6 6 6

5 7

5 7

2

0,4

2,0

1,0

0,2

15 15

13 12

10

15 15 15

13 12 12

60 15

14 12

10

1,0 1,0

13

1,0 0,9 0,9

1,0 I 0

Таино-серая, блестящая, прочно сцепленная с основой

Серая на мувфяся, плохо сцепленная с основой

Серая слегка маяуФфаяся, Ill1OXO сцепленнаяя с

ОСНОВОЙ

Темно-серая, прибпияаОцаяся к черной, блестяцая, прочно сцепленная с основой

Серая, темнее

uew по 112, блестяцая, прочно сцепленная с основой

Составитель Н.Калганова

Редактор Т.Лазоренко Техред Корректор А. Обручар

Заказ 173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д ° 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101

Компоненты раствора для оксидирования, г/л

Гидроперит

Иолибдеиовокислый аимоний

Сернокислый никель

Перекись водорода, снт/л

Фтористый калий

Этилендиаминотетрауксусная кислота

Броиат калия

Кислый Втористый аммоний

Кодистый калий

Температура раствора, С

Продолнительность обработки, мин

Толцина полученной пленки, мкм

Уменьвеиие массы ленки после Кор

РОзнОнных испытаwA, мг

Океаний вмд пленки

80-100 80-100 80- 100 80- 100 80-100 80-100 80-100 45-50 40-50