Электролит микродугового оксидирования алюминия и его сплавов
Владельцы патента RU 2291233:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО ОрелГАУ) (RU)
Изобретение относится к электрохимии, а именно к электролитам для формирования на поверхности изделий из алюминия и его сплавов качественных, равномерных, коррозионно-стойких, тепло-износостойких покрытий. Электролит содержит, г/л: борную кислоту 20-30; гидроксид калия 4-6; оксид алюминия 20-25; вода остальное. Технический результат: снижение продолжительности получения покрытия с требуемой толщиной, микротвердостью и износостойкостью примерно в 1,5 раза и, следовательно, снижение расхода энергии. 1 табл.
Изобретение относится к электрохимии, а именно к электролитам для формирования на поверхности изделий из алюминия и его сплавов качественных, равномерных, коррозионно-стойких, тепло-износостойких покрытий.
Известен способ электрохимической обработки изделий из алюминия в электролите [А.с. СССР № 406965, кл. C 25 D 11/08] при следующем соотношении компонентов, г/л:
Соляная кислота 1...10
Борная кислота 1...20
Однако покрытия, сформированные в указанном электролите, низкого качества, имеют невысокую защитную способность, недостаточна износостойкость за счет невысокой микротвердости покрытия.
Наиболее близкими к изобретению являются способы получения покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов, заключающиеся в микродуговом оксидировании (МДО) в комбинированном электролите [Патент РФ 2166570, кл. C 25 D 11/08, Патент РФ № 2229542, кл. C 25 D 11/08].
Недостатком данного электролита является длительная продолжительность обработки для получения покрытия с требуемыми свойствами (120...150 мин) и, следовательно, повышенный расход энергии.
Задачей изобретения является сокращение продолжительности получения покрытия с требуемой толщиной, микротвердостью и износостойкостью, а также снижение расхода энергии.
Технический результат при решении указанной задачи при использовании изобретения заключается в снижении продолжительности получения покрытия с требуемой толщиной и повышении микротвердости и износостойкости примерно в 1,5 раза и, следовательно, в снижении расхода энергии.
Суть изобретения заключается во введении в электролит оксида алюминия при следующем содержании компонентов, г/л:
Борная кислота 20...30
Гидроксид калия 4...6
Оксид алюминия 20...25
Вода - Остальное
Электролит готовят простым смешиванием компонентов по заявленному составу.
МДО ведут в анодно-катодном режиме при температуре электролита 25...30°С, анодной плотности тока 15...20 А/дм2 в течение 90 минут. Равномерную концентрацию дисперсных частиц оксида алюминия в прианодном слое во время нанесения покрытия обеспечивают перемешиванием электролита механическим способом. При этом на поверхности изделий из алюминия и его сплавов формируется покрытие из химически стойких модификаций оксида алюминия и соединений алюминия с бором, обладающих высокими механическими свойствами.
Эксперименты по изучению влияния компонентов предлагаемого электролита показали, что при содержании гидроксида калия менее 4 г/л электролит не обеспечивает достаточной рассеивающей способности, что приводит к увеличению энергоемкости процесса. При содержании гидроксида калия более 6 г/л электролит имеет высокую агрессивность, что приводит к травлению поверхности и уменьшению толщины покрытия. При содержании борной кислоты менее 20 г/л электролит не обеспечивает надежной пассивации и тем самым не увеличивает выход α-Al2О3 и борида алюминия, которые обладают высокими механическими свойствами, а при превышении 30 г/л повышается неравномерность покрытия.
Процесс получения покрытий в электролите, содержащем оксид алюминия в отличие от обычных электролитов, имеет иной механизм. Благодаря наличию в электролите взвешенных частиц оксида алюминия резко интенсифицируется процесс формообразования покрытия. Покрытие формируется таким образом, что в его составе присутствует введенный в электролит оксид алюминия. Как показали эксперименты, продолжительность получения покрытия с требуемой толщиной и механическими свойствами сокращается примерно в 1,5 раза.
Предложенные диапазоны концентрации оксида алюминия являются рациональными. При содержании оксида алюминия более 25 г/л снижается равномерность покрытия, при содержании оксида алюминия менее 20 г/л повышается продолжительность получения покрытия с заданными свойствами.
Изобретение проиллюстрировано примерами, представленными в таблице.
МДО подвергали образцы из алюминиевого сплава АМг2.
Измерение толщины покрытий производили с помощью вихретокового толщиномера ВТ-201.
Равномерность покрытий оценивали по коэффициенту равномерности, определяемому по формуле:
где Smin и Smax - минимальная и максимальная толщина покрытия.
Микротвердость покрытий измеряли по стандартной методике ГОСТ 9450-86 на металлографическом микроскопе Neophot-21 устройством mhp-100 при нагрузке на индентор (алмазную пирамиду Виккерса) 0,981 Н (0,1 кгс).
Испытания на изнашивание проводили по методике ГОСТ 23.224-86 в течение 200 часов на машине трения ИИ5018. Материал контробразца - сталь 45. Износ определяли весовым методом на весах АДВ-200.
| Таблица | |||
| Показатели | Известные электролиты | Предлагаемый электролит | |
| Концентрация компонентов, г/л | |||
| борная кислота 20...30; гидроксид калия 4...6 | борная кислота 20...30; гидроксид калия 4...6; крахмал 6...12 | борная кислота 20...30; гидроксид калия 4...6; оксид алюминия 20...25 | |
| Продолжительность получения покрытия, мин | 120 | 120 | 90 |
| Толщина покрытия, мкм | 130 | 140-170 | 120-150 |
| Микротвердость по толщине, ГПа | 15-17 | 16-20 | 17-23 |
| Скорость изнашивания, г/ч | 4,2·10-3 | 2,9·10-3 | 3,1·10-3 |
| Равномерность покрытия | 0,82 | 0,90-0,95 | 0,85-0,90 |
Как следует из представленных в таблице данных, предлагаемый электролит позволяет сократить примерно в 1,5 раза продолжительность получения покрытия, а по толщине, микротвердости и износостойкости полученные показатели сравнимы с показателями, полученными в известных электролитах. Следовательно, предлагаемый электролит позволяет сократить расход энергии на получение покрытия.
Электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов, содержащий борную кислоту, гидроксид калия и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, г/л:
| Борная кислота | 20-30 |
| Гидроксид калия | 4-6 |
| Оксид алюминия | 20-25 |
| Вода | Остальное |
