Составное нехромистое конверсионное покрытие для детали из алюминиевого сплава и способ его формирования (варианты)

 

Изобретение относится к защите от коррозии деталей из алюминиевых сплавов. Покрытие формируют посредством получения первого раствора, содержащего вещества типа анодных ингибиторов, получения второго раствора, содержащего вещества типа катодных ингибиторов коррозии, и погружения детали, предназначенной для нанесения покрытия, в первый из указанных первого и второго растворов, а затем во второй из указанных первого и второго растворов. Подходящие вещества типа анодных ингибиторов включают в себя вольфраматы, перманганаты, ванадаты, молибдаты и их смеси. Подходящие вещества типа катодных ингибиторов коррозии включают в себя кобальт, церий, другие лантанидные элементы и их смеси. Согласно одному варианту воплощения изобретения конверсионное покрытие формируют с использованием раствора, содержащего церий, и раствора, содержащего вольфрамат. Технический результат: 10-кратное повышение коррозионной стойкости деталей по сравнению с необработанным алюминиевым сплавом. 3 с. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл.

Настоящее изобретение относится к защите от коррозии и касается, в частности, составного нехромистого конверсионного покрытия и способа его формирования на детали, изготовленной из алюминиевого сплава.

Уровень техники Хромистые конверсионные покрытия используют для защиты от коррозии деталей, изготовленных их алюминиевых сплавов. Эти покрытия формируют путем обработки алюминиевой поверхности детали растворами, содержащими шестивалентный хром. Шестивалентный хром отнесен Международным агентством по исследованию рака (IARC) к группе 1 или известным карциногенам для человека. Таким образом, такие покрытия следует по возможности исключить.

Сущность изобретения В связи с этим объектом настоящего изобретения является разработка составного нехромистого конверсионного покрытия с целью его использования для деталей из алюминиевого сплава.

Другим объектом настоящего изобретения является разработка способа нанесения нехромистого покрытия на деталь, изготовленную из алюминиевого сплава.

Согласно настоящему изобретению составное нехромистое конверсионное покрытие может быть нанесено на деталь, изготовленную из алюминиевого сплава, путем погружения детали в раствор, содержащий анодный ингибитор, и последующего погружения детали в раствор, содержащий катодный ингибитор коррозии. Анодные ингибиторы осаждаются в кислых восстанавливающих условиях, и в идеальном случае при этом происходит изменение валентности до восстановленного состояния. Примеры анодных ингибиторов, которые могут быть использованы для формирования покрытий по настоящему изобретению, включают в себя вещества типа вольфраматов, перманганатов, ванадатов и молибдатов и их смеси. Катодные ингибиторы осаждаются в щелочных восстанавливающих условиях, и в идеальном случае при этом происходит изменение валентности. Примеры катодных ингибиторов включают в себя кобальт, церий, другие лантанидные элементы, такие как празеодим, и их смеси.

Согласно одному варианту воплощения изобретения катодный ингибитор коррозии включает от приблизительно 10 г/л до приблизительно 30 г/л нитрата церия (III) в деионизированной воде, а раствором анодного ингибитора является раствор, содержащий 10 г/л вольфрамовой кислоты в гидроксиде аммония.

Согласно настоящему изобретению составное нехромистое конверсионное покрытие содержит Ce₂(WO₄)₃, причем толщина покрытия находится в диапазоне от приблизительно 0,96 мкм до приблизительно 1,51 мкм.

Другие подробности о составном нехромистом конверсионном покрытии по настоящему изобретению, а также другие задачи изобретения и сопутствующие ему преимущества представлены в следующем подробном описании изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Настоящее изобретение относится к конверсионным покрытиям, основанным на последовательном осаждении анодного и катодного соединений, ингибирующих коррозию, на деталь, изготовленную из алюминиевого сплава, такого как алюминиевый сплав 6061, который в основном состоит из 1,0 мас.% магния, 0,25 мас.% меди, 0,6 мас.% кремния, 0,25 мас.% хрома, а остальное число процентов составляет алюминий и неизбежные примеси, причем осаждение проводят методом погружения. Показано, что удельные массы покрытий, полученных способом по настоящему изобретению, сопоставимы с удельными массами покрытий, полученных способом нанесения хромистого конверсионного покрытия. Удельные массы покрытий находятся в диапазоне приблизительно от 4305,57 мг/м² (400 мг/кв. фут) до 8611,13 мг/м² (800 мг/кв. фут).

Перед нанесением покрытия по настоящему изобретению поверхность или поверхности детали из алюминиевого сплава, предназначенные для нанесения покрытия, зачищают с использованием наждачной бумаги 200-400. После зачистки поверхность (поверхности), предназначенные для нанесения покрытия, промывают мягким ПАВ и последовательно ополаскивают водопроводной водой, деионизированной водой и этанолом.

После абразивной очистки, промывки и ополаскивания детали ее сначала погружают в раствор, содержащий вещества типа анодных ингибиторов, при комнатной температуре без какого-либо перемешивания. Вещества типа анодных ингибиторов могут быть выбраны из группы, включающей в себя вольфраматы, перманганаты, ванадаты, молибдаты и их смеси. Подходящим раствором, который можно использовать, является раствор, содержащий от приблизительно 10 г/л до приблизительно 20 г/л вольфрамовой кислоты в гидроксиде аммония и диапазон рН которого составляет от приблизительно 11 до приблизительно 12. Например, подходящим раствором является раствор, который содержит 10 г/л вольфрамовой кислоты в гидроксиде аммония и рН которого составляет 11,82. Деталь из алюминиевого сплава предпочтительно погружают в раствор, содержащий анодный ингибитор, на период времени в диапазоне от приблизительно 3 мин до 15 мин. Другими используемыми растворами могут быть растворы, содержащие вещества типа анодных ингибиторов в диапазоне от приблизительно 1,0 до приблизительно 100 г/л.

После погружения в раствор, содержащий вещества типа анодных ингибиторов, деталь из алюминиевого сплава погружают в раствор, содержащий вещества типа катодных ингибиторов коррозии. В этом случае деталь также погружают в раствор при комнатной температуре без какого-либо перемешивания. Подходящие растворы, которые могут быть использованы, включают в себя кобальт, церий, другие лантанидные элементы, такие как празеодим, и их смеси. Могут быть использованы растворы, содержащие от приблизительно 10 г/л до приблизительно 50 г/л, предпочтительно от приблизительно 10 г/л до приблизительно 30 г/л нитрата церия (III) в деионизированной воде и рН которых находится в диапазоне от приблизительно 3,5 до приблизительно 3,6. Деталь из алюминиевого сплава погружают в раствор катодного ингибитора на период времени в диапазоне от приблизительно 3 мин до приблизительно 15 мин. Другие растворы, содержащие другие вещества типа катодных ингибиторов коррозии, могут также содержать от приблизительно 10 г/л до приблизительно 50 г/л веществ типа катодных ингибиторов коррозии, а период погружения может составлять ту же величину, как указано выше.

Обнаружено, что детали из алюминиевого сплава 6061, обработанные согласно настоящему изобретению, характеризуются 10-кратным улучшением защитных свойств и самопроизвольной скорости коррозии по сравнению с необработанным алюминиевым сплавом.

Для иллюстрации способа по настоящему изобретению представлен следующий пример.

Пример Конверсионные покрытия наносят на образцы из алюминиевого сплава 6061 с использованием трех растворов. Растворы: раствор #1: 10 г/л нитрата церия (III) в деионизированной воде, рН 3,60; раствор #2: 30 г/л нитрата церия (III) в деионизированной воде, рН 3,5 и раствор #3: 10 г/л вольфрамовой кислоты в гидроксиде аммония, рН 11,82.

Образцы зачищают с использованием наждачной бумаги 220 и 400, промывают мягким ПАВ и ополаскивают водопроводной водой, деионизированной водой и этанолом. Все образцы погружают при комнатной температуре без перемешивания с использованием трех разных способов, описанных в таблице (см. в конце описания).

Для оценки детали из алюминиевого сплава и определения удельной массы покрытия используют рентгеновский флуоресцентный спектрометр. Типичные составы покрытий, определенные данным способом, представлены выше.

Качество конверсионных покрытий оценивают с помощью импедансной электрохимической спектрометрии. Спектры полного сопротивления, полученные для вышеупомянутых покрытий, свидетельствуют о том, что покрытия обеспечивают защиту от коррозии и что наилучшие результаты получены при обработке сначала веществом типа анодных ингибиторов (вольфраматом), а затем веществом типа катодных ингибиторов (церием). Однако при необходимости деталь из алюминиевого сплава сначала погружают в раствор, содержащий вещества типа катодного ингибитора, а затем в раствор, содержащий вещества типа анодного ингибитора.

Покрытия, сформированные в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения, включают в себя Се₂(WO₄)₃ с толщиной в диапазоне от приблизительно 0,96 мкм до приблизительно 1,51 мкм.

Очевидно, что в соответствии с настоящим изобретением разработано составное нехромистое конверсионное покрытие для деталей из алюминиевого сплава, которое полностью соответствует целям, средствам и преимуществам, упомянутым выше. В то время как настоящее изобретение представлено в данном описании в виде специфических вариантов воплощения изобретения, для специалистов в данной области техники, ознакомившихся с упомянутым выше описанием, представляется очевидным, что возможны другие альтернативы, модификации и варианты изобретения. Следовательно, такие альтернативы, модификации и варианты охватываются широким объемом притязаний данного изобретения, который представлен в прилагаемых пунктах формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Составное нехромистое конверсионное покрытие для детали из алюминиевого сплава, отличающееся тем, что оно содержит вещества типа анодных ингибиторов и вещества типа катодных ингибиторов коррозии.

2. Конверсионное покрытие по п.1, отличающееся тем, что упомянутые вещества типа анодных ингибиторов выбраны из группы, включающей в себя вольфраматы, перманганаты, ванадаты, молибдаты и их смеси.

3. Конверсионное покрытие по п.1, отличающееся тем, что упомянутые вещества типа катодных ингибиторов выбраны из группы, включающей в себя кобальт, церий, другие лантанидные элементы и их смеси.

4. Конверсионное покрытие по п.1, отличающееся тем, что оно содержит Се₂(WO₄)₃ и имеет удельную массу в диапазоне от приблизительно 4305,57 мг/м² до приблизительно 8611,13 мг/м².

5. Конверсионное покрытие по п.1, отличающееся тем, что оно содержит церий и вольфрамат.

6. Способ формирования нехромистого конверсионного покрытия на детали из алюминиевого сплава, отличающийся тем, что получают первый раствор, содержащий вещества типа анодных ингибиторов, которые выбирают из группы, включающей в себя вольфраматы, перманганаты, ванадаты, молибдаты и их смеси, получают второй раствор, содержащий вещества типа катодных ингибиторов коррозии, которые выбирают из группы, включающей в себя кобальт, церий, другие лантанидные элементы и их смеси, и погружают упомянутую деталь из алюминиевого сплава в один из указанных растворов, а затем в другой из указанных растворов, при этом как первый, так и второй растворы выдерживают при комнатной температуре.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве указанного первого раствора используют раствор, содержащий вещества типа анодных ингибиторов, которые выбирают из группы, включающей в себя вольфраматы, перманганаты, ванадаты, молибдаты и их смеси при концентрации в диапазоне от приблизительно 10 г/л до приблизительно 20 г/л.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве указанного второго раствора используют раствор, содержащий вещества типа катодных ингибиторов коррозии, которые выбирают из группы, включающей в себя кобальт, церий, другие лантанидные элементы и их смеси при концентрации в диапазоне от приблизительно 10 г/л до приблизительно 50 г/л.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что погружают упомянутую деталь из алюминиевого сплава в указанный первый раствор, а затем в указанный второй раствор.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что погружают упомянутую деталь из алюминиевого сплава в указанный второй раствор, а затем в указанный первый раствор.

11. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанный второй раствор получают с рН в диапазоне от приблизительно 3,5 до приблизительно 3,6 и содержащим от приблизительно 10 г/л до приблизительно 50 г/л нитрата церия (III) в деионизированной воде, а упомянутую деталь из алюминиевого сплава погружают в упомянутый второй раствор на период времени в диапазоне от приблизительно 3 мин до приблизительно 15 мин.

12. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед погружением упомянутой детали из алюминиевого сплава в упомянутый первый из указанных первого и второго растворов дополнительно осуществляют абразивную обработку по крайней мере одной поверхности детали из алюминиевого сплава, предназначенной для нанесения покрытия, промывание упомянутой по крайней мере одной поверхности ПАВ и ополаскивание упомянутой по крайней мере одной поверхности.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что ополаскивание проводят последовательно водопроводной водой, деионизированной водой и этанолом.

14. Способ формирования нехромистого конверсионного покрытия на детали из алюминиевого сплава, отличающийся тем, что получают первый раствор, содержащий вещества типа анодных ингибиторов, получают второй раствор, содержащий вещества типа катодных ингибиторов коррозии, и погружают упомянутую деталь из алюминиевого сплава в первый из указанных первого и второго растворов, а затем во второй из указанных первого и второго растворов, при этом в качестве второго раствора используют раствор, содержащий вещества, которые выбирают из группы, включающей в себя кобальт, церий, другие лантанидные элементы и их смеси при концентрации в диапазоне от приблизительно 10 г/л до приблизительно 50 г/л, в качестве первого раствора используют раствор, содержащий от приблизительно 10 г/л до приблизительно 20 г/л вольфрамовой кислоты в гидроксиде аммония с рН в диапазоне от приблизительно 11 до 12, а упомянутую деталь из алюминиевого сплава погружают в упомянутый первый раствор на период времени в диапазоне от приблизительно 3 мин до приблизительно 15 мин.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что указанный второй раствор получают с рН в диапазоне от приблизительно 3,5 до приблизительно 3,6 и содержащим от приблизительно 10 г/л до приблизительно 50 г/л нитрата церия (III) в деионизированной воде, а упомянутую деталь из алюминиевого сплава погружают в упомянутый второй раствор на период времени в диапазоне от приблизительно 3 мин до приблизительно 15 мин.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что перед погружением упомянутой детали из алюминиевого сплава в упомянутый первый из указанных первого и второго растворов дополнительно осуществляют абразивную обработку по крайней мере одной поверхности детали из алюминиевого сплава, предназначенной для нанесения покрытия, промывание упомянутой по крайней мере одной поверхности ПАВ и ополаскивание упомянутой по крайней мере одной поверхности.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что ополаскивание проводят последовательно водопроводной водой, деионизированной водой и этанолом.

РИСУНКИ

Рисунок 1