Способ поверхностной обработки алюминия и алюминиевого сплава

 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии, в частности к анодированию, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для получения износостойких и коррозионностойких материалов. Сущность изобрететения: способ поверхностной обработки алюминия включает формирование анодных оксидирующих покрытий, подачу переменного напряжения 10 - 30В внутри сульфатного или нитратного раствора желаемого металла на элемент, на котором было сформировано анодное покрытие, в результате чего указанный металл электролитически пропитывает анодное покрытие. Таким образом металл наносится или вводится в пористые отверстия анодных покрытий. Положительный эффект состоит в улучшении износостойкости и коррозионной стойкости покрытия с получением при этом требуемого окрашивания. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к усовершенствованию способа для поверхностной обработки алюминия или алюминиевого сплава.

Известно, что в качестве алюмитной обработки подвергают анодной обработке алюминий или его сплав внутри электролитического раствора, такого как водный раствор азотной кислоты, серной кислоты или хромовой кислоты, для получения коррозионностойкой окисной пленки. Такая алюмитная обработка широко используется в различных областях, например в летательных аппаратах, автомобилях, морских судах, оптических приборах, приборах для химической промышленности, и даже при ежедневных потребностях, таких как сковородка и чайник.

Однако верхняя поверхность алюмитной пленки обычно является пористой, поэтому с целью улучшения коррозионной стойкости пористого слоя требуется осуществить один из различных видов обработки с целью герметизации, например погрузить изделие в кипящую воду.

Кроме того, алюмитная пленка обычно цвета белого серебра. Поэтому, когда требуется окрашенный продукт, такой как строительный материал и предметы повседневной необходимости, требуется проводить окрашивающую обработку, при которой краситель или пигмент должен пропитать пористый слой алюмитной пленки. Кроме того, способ получения покрытий путем анодного окисления с естественным цветом с помощью электролиза, использующего электролит, содержащий серную кислоту и добавленную к ней сульфосалициловую кислоту, также является принятым. Однако, любой из вышеописанных способов может окрашивать только неглубокие зоны верхнего слоя алюмитной пленки, и таким образом окрашенная зона может быть подвергнута износу и обесцвечиванию, в результате чего алюмитная пленка не имеет достаточного срока службы, так как глубокая часть под указанной неглубокой зоной остается пористой.

Целью изобретения является устранение вышеописанных недостатков и создание способа поверхностной обработки алюминия и алюминиевого сплава, который способен окрашивать различные изделия и не использует токсичного материала, такого как циан, и может производить изделия, имеющие великолепную коррозионную стойкость и стойкость к истиранию.

Цель может быть достигнута с помощью способа поверхностной обработки алюминия или алюминиевого сплава, отличающегося тем, что указанный способ включает образование покрытий путем анодного оксидирования с помощью обычного метода на поверхности указанного алюминия или алюминиевого сплава; подачу переменного напряжения 10-30 В в сульфатный раствор или нитратный раствор желательного металла на элемент, на котором с помощью вышеуказанного этапа образованы покрытия методом анодного оксидирования, при этом предпочтительно электролит содержит, г/л: металлические соли 10-25; борную кислоту 25-30 и серную или азотную кислоту 0,3-0,5. Температура обработки находится в пределах от 5 до 20^оС, а переменное напряжение находится в пределах 10-30В.

В качестве металлических солей наиболее удобно применить серебро. Кроме того, покрытия методом анодного оксидирования могут представлять собой алюмитные покрытия, образованные обычным методом, или могут представлять собой покрытия методом анодного оксидирования в сочетании с соединением из акрилатной смолы в соединении, образованном пропусканием электрического тока через низкотемпературный электролит, содержащий соединение на базе акрилатной смолы низкого сорта, способное полимеризоваться на аноде, при этом анодом является заготовка.

Согласно вышеописанному способу, металл внутри электролита может входить или проникать в пористые покрытия в результате окисления, образованные на основном металле алюминия или его сплава, входя в сочетание с окисью алюминия для образования таким образом прочных и плотных сложных покрытий. В соответствии с этим стойкость к погодным переменам, коррозионная стойкость, стойкость к высоким температурам и износостойкость и т.д. покрытий оксидированием возрастают и окисные покрытия могут быть окрашены различным образом в зависимости от типа металла в электролите и глубины в покрытиях, на которую проникает металл.

Таким образом, способ поверхностной обработки согласно настоящему изобретению может быть успешно применен в широком диапазоне областей с целью обработки поверхностей подшипников, шестерен, шпинделя, клапана, поршня, штуцеров, наружных и внутренних деталей, канцелярских принадлежностей, приспособлений и т.д. в дополнение к этому частей, предназначенных для контактирования с магнитной лентой в компьютерах и в видеомагнитофонах.

На фиг.1 показан вариант выполнения устройства для осуществления способа поверхностной обработки алюминия или его сплава; на фиг.2 показана часть покрытий, образованных на алюминии или его сплаве согласно предлагаемому способу.

Устройство для осуществления способа содержит электролитическую ванну 1, источник 2 переменного тока, алюминиевый элемент 3, на котором была образована алюмитная пленка обычным образом, электрод 4, выполненный из угля или графита, и электролит 5, содержащий соль требуемого металла.

На поверхности алюминиевого элемента 3, подлежащего обработке, образуется алюмитная пленка толщиной примерно 50-100 мкм при использовании обычной технологии.

Если требуется, чтобы поверхность элемента 3 из алюминия была окрашена в золотистый цвет с помощью второй операции обработки, в качестве металлической соли внутри электролита используют соль серебра. В этом случае электролит 5, например, состоит из, г/л: Сульфат серебра 10-25 Борная кислота 25-30 Серная кислота 0,3-0,5 Вода Остальное Кроме того, предпочитают также добавлять следующие два компонента к вышеуказанному электролиту, г/л: D-винная кислота 15-25 Сульфат никеля 15-25 Напряжение источника переменного тока составляет 10-30 В, предпочтительно 15-25 В. Температура электролита составляет 5-20^оС, предпочтительно 10-15^оС.

Ион серебра, который снижается в концентрации по мере продвижения обработки, может быть дополнен путем добавления сульфата серебра.

Если напряжение не более 10 В, эффективность обработки низка, с другой стороны, если напряжение не менее 30 В, осаждение металла более быстрое, в результате чего металл не может в достаточной степени проникнуть в пористый слой алюмита, что приводит к неравномерной окраске пористого слоя и к отделению металла от пористого слоя. Подобным же образом, если температура электролита ниже 5-10^оС, эффективность обработки низка, с другой стороны, если температура выше 15-20^оС, может иметь место неравномерное окрашивание пористого слоя.

Борную кислоту добавляют к электролиту главным образом для регулирования проводимости электролита.

На фиг.2 показан участок 6 базового металла элемента 3 из алюминия, покрытия 7 анодного оксидирования, образованные обработкой алюмитом, барьерный слой 8 покрытий 7, пористый участок 9 покрытий 7, металл 10, проникший в пористую часть 9 в результате вторичной обработки с использованием электролита, содержащего металлические соли.

Покрытия 7 анодного оксидирования, полученные в результате обработки алюмитом, состоят из барьерного слоя 8 и пористой части 9. Когда алюминиевый элемент, на котором образуют покрытия анодным оксидированием, подвергается вышеописанной второй электролитической обработке, молекулы металла, такого как серебро и т.д. в составе электролита 5 могут глубоко проникать в пористые покрытия 9, приводя к получению прочных и плотных комбинированных покрытий.

В качестве металлических солей, используемых в электролите 5, могут быть использованы другие металлические соли, например соль меди, соль железа и даже соль золота. В любом случае предпочитают, чтобы электролит содержал примерно 15 г/л металлической соли и другие составы, как описано выше. Если используют соль серебра, образуются покрытия золотистого цвета, а если используют соль меди, образуется покрытие коричневого или бронзового цвета.

При использовании соли серебра, полученные изделия имеют много преимуществ, например низкий коэффициент трения поверхности, красивый золотистый цвет и высокую износостойкость.

Коричневый цвет может быть изменен путем изменения вида применяемой металлической соли, ее толщины, то есть толщины начального алюмита в слое или времени электролиза.

Кроме того, в качестве средств для образования покрытий анодным оксидированием на поверхности алюминиевого элемента до указанной второй электролитической обработки можно использовать не только обычную обработку алюмитом, но и средства для образования покрытий анодным окислением, комбинированные с соединением на акрилатной смоле.

Согласно настоящему изобретению, металл в составе электролита может быть глубоко введен в пористые покрытия окислением, образованные на базовом металле из алюминия или его сплава, будучи соединен с окисью алюминия, с целью образования прочных и плотных комбинированных покрытий, в результате чего повышаются стойкость к непогоде, коррозионная стойкость, теплостойкость и износостойкость, снижается коэффициент трения поверхности, снижается изменение цвета со временем, становится возможной машинная обработка изделия, которое не могло до настоящего времени обрабатываться из-за того, что покрытия отделены от базового металла, и не требуется использовать токсичные химикаты, такие как циан.

Изобретение не ограничено вышеописанным вариантом осуществления, и таким образом, например, состав электролита или электролитические условия могут быть изменены в рамках предмета настоящего изобретения, и поэтому настоящее изобретение должно включать все модификации, которые могут быть созданы специалистом с обычным уровнем знаний в данной области.

Способ поверхностной обработки согласно настоящему изобретению может использоваться в различных областях для обработки поверхности подшипников, шестерен, шпинделя, клапана, поршня, штуцеров, внутренних и наружных частей, канцелярских принадлежностей, приспособлений и т.д. в дополнение к этому, частей, предназначенных для контактирования с магнитной лентой в компьютерах и в видеомагнитофонах.

Формула изобретения

1. Способ поверхностной обработки алюминия и алюминиевого сплава, включающий анодирование при низкой температуре и окисляющее окрашивающий электролиз в растворе, содержащем сульфат серебра, борную кислоту, серную кислоту, отличающийся тем, что указанный раствор содержит, г/л: 10 25 Ag₂SO₄, 25 30 H₃BO₃, 03 0,5 H₂SO₄, обработку ведут при температуре 5 20^oС и напряжении 10 30 В, анодирование проводят в электролите, дополнительно содержащем соединение акрилатной смолы низкого сорта, способное полимеризоваться на аноде, которым является заготовка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисляюще-окрашивающий электролиз ведут в растворе, дополнительно содержащем, г/л Д-винную кислоту 15 25 и сульфат никеля 15 25.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2