Способ получения твердых покрытий на алюминиевых сплавах

 

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей, поверхности которых работают в условиях трения. Сущность изобретения: способ включает обработку детали в электролите разнополярными прямоугольными импульсами тока частотой до 1 кГц, скважностью от 2 до 10, амплитудой до 1000 В в щелочном электролите при температуре до 90С.

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей, поверхности которых работают в условиях трения, например втулок подшипников скольжения, золотников пневмораспределительных устройств, а в случае значительной толщины (до 0,3-0,4 мм) как термостойкое или защитное.

Обычно детали, работающие в условиях трения, изготавливают из антифрикционных сплавов (бронзы, баббиты, чугуны АЧС) либо из сталей, алюминиевых сплавов с последующим покрытием их гальваническими методами металлами, такими как хром, никель. В обоих случаях основным недостатком является невысокая износостойкость, основной причиной которой следует считать недостаточную твердость поверхностей трения и как следствие - их износ и необходимость периодической замены при эксплуатации. Кроме этого, применяемые антифрикционные материалы относятся к дефицитным, а технология гальванических покрытий - к весьма сложным и дорогостоящим процессам.

Известен гальванический способ твердого износостойкого хромирования [1] , суть которого заключается в нанесении слоя металлического хрома заданной толщины на поверхность детали, работающей на износ. Способ характеризуется использованием агрессивного и токсичного электролита (хромового ангидрида), высокой плотностью тока (до 60 А/дм²) и критичен к технологическому режиму: температуре, плотности тока, составу электролита, качеству подготовки поверхности, что и обусловливает его высокую стоимость и низкую технологичность. Серьезным недостатком следует считать слабое сцепление покрытия и подложки, что в ряде случаев приводит к его отслоению. Указанные недостатки ограничивают широкое применение способа.

Наиболее близким по достигаемому результату является электрохимический метод глубокого анодирования, заключающийся в обработке алюминиевых сплавов асимметричным током, получаемым путем наложения переменного тока промышленной частоты на постоянный [2,3] . Электролитом служит раствор серной кислоты концентрации до 20% и с температурой от -3 до +5^оС, что имеет решающее значение для образования покрытия. Скорость роста толщины покрытия достигает 50 мкм/ч, а толщина - 100-200 мкм.

Основным недостатком указанного метода следует считать необходимость применения холодильного оборудования для охлаждения высокоагрессивного электролита, а также сравнительно низкую скорость роста покрытия, что обусловливает значительное (2-3 ч) время обработки деталей. Эти недостатки препятствуют широкому распространению метода.

Целью изобретения является увеличение скорости образования твердых покрытий и повышение технологичности способа его нанесения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном методе глубокого анодирования, основанного на обработке детали, погруженной в раствор серной кислоты при температуре от -3 до +5^оС, переменным асимметричным синусоидальным током промышленной частоты, форму тока принимают в виде разнополярных прямоугольных импульсов частотой до 1 кГц, скважностью от 2 до 10, амплитудой до 1000 В, а обработку ведут в щелочном электролите при температуре до 90^оС.

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного формой, частотой и скважностью тока, а также составом и температурой электролита, что в совокупности обеспечивает достижение поставленного технического результата - увеличения скорости образования покрытия и технологичности.

Применение разнополярных асимметричных прямоугольных импульсов тока повышенной частоты позволило принципиально изменить условия протекания процесса - перевести его в импульсно-искровой режим, что интенсифицирует скорость образования покрытия до 150 мкм/ч. Изменяемая амплитуда напряжения импульсов тока и их скважность позволяет в зависимости от материала детали подобрать оптимальный токовый режим обработки и практически устранить влияние температуры электролита. В качестве щелочного электролита используется водный раствор гидроксида калия с содержанием до 5 г/л с добавкой жидкого стекла до 20 г/л. Подобные электролиты характеризуются невысокой химической активностью и совершенно не токсичны. Кроме этого, они обладают обезжиривающими свойствами, что значительно упрощает требования к чистоте обрабатываемых деталей, в частности фактически исключаются операции обезжиривания и травления. Широкий интервал рабочей температуры электролита не требует применения холодильного оборудования, позволяя обойтись при необходимости, в качестве охладителя проточной водой.

Таким образом, исходя из изложенного, можно сделать вывод, что предлагаемый способ соответствует критерию "существенные отличия" и обеспечивает получение заданного технического результата.

Сущность способа заключается в том, что обработанная в заданный размер и очищенная от загрязнений деталь подключается к одному из выводов источника питания, на котором формируется положительная составляющая тока, и погружается в электролит, находящийся в электролитической ванне, изготовленной из нержавеющей стали типа Х18Н10Т, подключенной к другому выводу источника.

В качестве источника питания используется инвертор, имеющий на выходе асимметричное напряжение прямоугольной формы, причем его система управления должна обеспечивать независимую регулировку амплитуды и скважности в каждом полупериоде выходного напряжения.

В качестве примера конкретного применения можно привести режим обработки деталей из сплава Д16 с целью получения твердого износостойкого покрытия: амплитуда положительных импульсов, 520 В; амплитуда отрицательных импульсов, 210 В; скважность положительных импульсов 2; скважность отрицательных импульсов 5; частота импульсов 400 Гц;
время обработки 1 ч.

температура электролита 20-80^оС;
толщина покрытия, 130 мкм.

(56) 1. Вансовская. Гальванические покрытия. Машиностроение, 1984, с. 78.

2. Францевич. Анодные окисные покрытия на легких сплавах. Киев: Наукова Думка, 1977, с. 78, 116.

3. Верник, Пиннер Химическая и электрохимическая обработка алюминия и его сплавов. Судпромгиз 1960 г, с. 218-220.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ , заключающийся в обpаботке детали, погpуженной в электpолит, пеpеменным асимметpичным током, отличающийся тем, что обpаботку детали пpоводят pазнополяpными пpямоугольными импульсами тока частотой до 1 кГц, скважностью 2 - 10, амплитудой до 1000 В в щелочном электpолите пpи темпеpатуpе до 90^oC.