Способ нанесения покрытия на сталь

Авторы патента:

C25D11/34 - металлов или сплавов, не предусмотренное в рубриках C25D 11/04-C25D 11/32

Владельцы патента RU 2360043:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к нанесению упрочняющих и защитных покрытий на стальные изделия, и может быть использовано в узлах трения, радиоэлектронной и лакокрасочной промышленности. Способ включает электроосаждение оксида алюминия из водного раствора электролита, содержащего соль алюминия, пассиватор, катализатор, стабилизатор, с использованием переменного асимметричного тока при отношении катодной и анодной составляющих тока 2,5:1, напряжении 12 В. Технический результат: повышение коррозионной стойкости и износостойкости поверхности стали, снижение энергозатрат и увеличение экологической безопасности.

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к нанесению упрочняющих и защитных покрытий на стальные изделия, и может быть использовано для работы в узлах трения, радиоэлектронной и лакокрасочной промышленности.

Известен способ получения оксида алюминия на подложке [пат. RU №2129094, C01F 7/02, С23С 18/12. Способ получения тонкопленочного диэлектрика оксида алюминия в производстве металл - диэлектрик - полупроводник устройств. 1999. Т.Э.Саркаров, А.П.Адамов, Х.А.Хаспулатов] при температуре 180-400°С осаждением из газовой фазы за счет реакции между хлоридом алюминия, кислородом и окисью азота.

Недостатком этого способа является высокая трудоемкость и энергоемкость технологического процесса, невозможность нанесения тонкопленочного оксида алюминия непосредственно на стальные изделия ввиду чрезвычайно высокой агрессивности среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ электролитического нанесения покрытия на стальное изделие. [пат. RU №2241076, C25D 11/02. Способ электролитического нанесения покрытия на стальное изделие. 2004. Кусков В.Н., Кусков К.В.]

Недостатками этого способа являются высокие плотность тока (до 45 А/дм²) и температура (45-50°С), т.е. большая энергоемкость процесса; многостадийность процесса: на первом этапе наносили алюминиевую пленку на изделие и только затем проводили микроразрядное оксидирование; высокая токсичность компонентов электролита, из которого наносили алюминиевую пленку; недостаточно высокая прочность сцепления покрытия с основой.

Задачей изобретения является снижение энергоемкости и трудоемкости процесса нанесения оксида алюминия на сталь, повышение его экологической безопасности, повышение коррозионной стойкости и износостойкости поверхности стали, увеличение прочности сцепления оксида с основой.

Задача достигается тем, что оксид алюминия на поверхности стали формируется путем осаждения из водного раствора электролита, содержащего соль алюминия (Al₂(SO₄)₃·18H₂O), пассиватор - нитрат натрия (NaNO₃), каталитическую - сульфат никеля(NiSO₄·7Н₂О), стабилизирующую - этиленгликоль (C₂H₆O₂) и буферную (Н₃ВО₃) добавки, с помощью переменного асимметричного тока.

Использование переменного асимметричного тока позволяет в катодный полупериод осаждать из электролита на поверхность стали ионы металла, входящие в состав соли, содержащейся в растворе электролита, а в анодный - окислять их до оксидов. Наличие в электролите пассиватора препятствует восстановлению ионов металла в катодный полупериод, а каталитическая добавка ускоряет процесс окисления. Вследствие процессов циклирования на поверхности стали образуется переходной слой из шпинели, представляющий собой смесь двух оксидов (стали и наносимого из раствора оксида), что обеспечивает высокую адгезию получаемого покрытия.

Предлагаемый способ получения оксида алюминия на стали позволил:

- значительно упростить процесс, исключив из него стадию предварительного формирования алюминиевой пленки на поверхности стали из токсичного электролита и только потом ее оксидировать;

- обеспечить экологическую безопасность процесса, исключив токсичные компоненты из раствора электролита;

- снизить в десятки раз плотность тока и напряжения при оксидировании;

- увеличить прочность сцепления оксида с основой за счет интенсификации диффузионных процессов на границе раздела сталь-оксид, приводящих к образованию сложных оксидов.

Новизной в предлагаемом изобретении является не только способ электроосаждения оксида алюминия из водного раствора электролита, но и состав электролита. Ни один из электролитов, используемых для получения оксида алюминия, не содержит в своем составе пассиватора, катализатора и стабилизирующей добавки.

Электроосаждение оксида алюминия из водного раствора осуществляли на предварительно подготовленной поверхности плоских образцов из стали марки Ст 3 размером 20×30×1 мм, по стандартной в гальванотехнике методике, электрохимической поляризацией переменным асимметричным током треугольной формы, частотой 50 Гц, с равной длительностью анодного и катодного импульсов, при определенном соотношении амплитуды токов анодного и катодного полупериодов в кислом электролите, содержащем соль алюминия, пассиватор, каталитическую и стабилизирующую добавки. Источником тока служило устройство, состоящее из двух диодов, включенных параллельно и проводящих ток в разных направлениях через регулируемые сопротивления.

В качестве катода использовали пластины из алюминия, размеры которых были в два раза больше размеров обрабатываемых образцов. Электролиз проводили при температуре 20-25°С и перемешивании раствора электромагнитной мешалкой. Длительность формирования оксидной пленки составляла 60 мин.

Для экспериментальной проверки предлагаемого способа были сформированы оксидные пленки из оксида алюминия на поверхности стали Ст 3.

Пример. Качественное покрытие из оксида алюминия получали из электролита следующего состава (при рН 3,5-4,0) г·л^-1:

Сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃·18Н₂O)	75,0-80,0
Борная кислота (Н₃ВО₃)	25,0-30,0
Нитрат натрия (NaNO₃)	10,0-15,0
Сульфат никеля (NiSO₄·7Н₂O)	2,0-5,0
Этиленгликоль (C₂H₆O₂)	10,0-15,0

при соотношении средних катодной и анодной составляющих тока 2,5:1, напряжении 12 В, температуре 20-25°С.

Состав вещества покрытия определяли методом растровой электронной микроскопии на микроскопе-микроанализаторе Камебакс-микро (Франция). Анализ подтвердил наличие оксида алюминия, осажденного на поверхности стали. Фазовый состав вещества покрытия - это смесь оксидов α-Al₂O₃ и β-Al₂O₃ и высокодисперсный алюминий (в совокупности до 75% (мас.)), остальное - сложные оксиды, состоящие из оксида алюминия и железа.

Прочность сцепления покрытия со сталью составляет 455 МПа. Коррозионные испытания в 3% (по массе) растворе хлорида натрия показали, что при нанесении оксида алюминия на поверхность стали защитные свойства металла по сравнению с незащищенной поверхностью повышаются в десятки раз, а в сочетании со фторопластсодержащим материалом после термообработки - в 100 и более раз. Износостойкость поверхности стали повышается в 7-9 раз и коэффициент трения, определенный на торцевой машине трения, равен 0,03.

Способ получения тонкопленочного оксида алюминия на стальных изделиях, включающий оксидирование изделий переменным током в электролите, отличающийся тем, что оксидирование осуществляют из водного раствора электролита, содержащего соль алюминия, пассиватор - нитрат натрия, катализатор - сульфат никеля, стабилизатор - этиленгликоль, буфер - борную кислоту, с использованием переменного асимметричного тока при соотношении катодной и анодной составляющих тока 2,5:1, напряжении 12 В и соотношении компонентов, г/л:

Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃·18Н₂О	75,0-80,0
Борная кислота Н₃ВО₃	25,0-30,0
Нитрат натрия NaNO₃	10,0-15,0
Сульфат никеля NiSO₄·7Н₂О	2,0-5,0
Этиленгликоль С₂Н₆O₂	10,0-15,0

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к анодному оксидированию изделий из меди и сплавов на ее основе. .

Способ получения защитного покрытия на поверхности изделий из сплава на основе меди // 2231580

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к способам нанесения защитных покрытий на поверхность изделий, выполненных из сплавов на основе меди, преимущественно из мельхиора, и может быть использовано при изготовлении памятных сувениров, ювелирных украшений, столовых приборов и т.д.

Способ формирования объемно-пористого слоя металла с открытой пористостью на электропроводной подложке // 2150533

Способ термической обработки быстрорежущих сталей // 2005810

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке быстрорежущих сталей. .

Способ обработки металлических изделий // 1808884

Способ электролитического нанесения силикатного покрытия // 1792458

Способ защиты черных металлов от коррозии // 1713989

Изобретение относится к защите от коррозии черных металлов в нейтральных водных средах и может найти применение в машиностроении и приборостроении. .

Электролит для обработки углеродистой стали // 1650788

Электролит для электрохимического матирования нержавеющих сталей // 1627598

Изобретение относится к электрохимической анодной обработке металлов, в частности к электрохимическому матированию нержавеющих сталей, и может найти применение в машиностроении и приборостроении .

Раствор для анодирования кадмиевых покрытий // 1344819

Изобретение относится к анодированию кадмиевых покрытий,в частности к получению покрытий с полупроводниковыми свойствами, и может найти применение при изготовле нии фотохимических преобразователей света.

Способ получения антикоррозионных покрытий на стали // 2392360

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в судовом машиностроении, конструкциях различного назначения прибрежной морской зоны

Способ получения покрытия из оксидов металлов на стали // 2449061

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к нанесению износостойких и защитных полимерных композиционных покрытий на стальные изделия и может быть использовано для работы в узлах трения, гальванотехнике, радиоэлектронной и лакокрасочной промышленности

Способ получения оксидного покрытия на стали // 2449062

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к нанесению упрочняющих, твердых, износостойких и защитных покрытий на стальные изделия и может быть использовано для работы в узлах трения, упрочнения поверхностей деталей, радиоэлектронной и лакокрасочной промышленности

Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на стали // 2486295

Изобретение относится к области получения на стали защитных супергидрофобных покрытий, обладающих водонепроницаемостью и обеспечивающих эффективное снижение скорости коррозионных процессов при эксплуатации стальных конструкций и сооружений в различных эксплуатационных условиях, в том числе в водных коррозионно-активных средах

Нержавеющая сталь с хорошей коррозионной стойкостью для топливного элемента и способ ее получения // 2528520

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа из нержавеющей стали для разделителя топливного элемента. Лист выполнен из стали, содержащей, в мас.% С: 0,03 или меньше, Si: 1,0 или меньше, Mn: 1,0 или меньше, S: 0,01 или меньше, Р: 0,05 или меньше, Al: 0,20 или меньше, N: 0,03 или меньше, Cr: от 20 до 40, по меньшей мере, один из металлов, выбранный из Nb, Ti и Zr, в сумме: 1,0 или меньше, Fe и неизбежные примеси остальное. На поверхность листа нанесено покрытие, характеризующееся отношением определенных методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии интенсивностей [(OO/OH)/(Cr/Fe)], равным 1,0 или больше. Покрытие сформировано анодной поляризацией поверхности нержавеющей стали в растворе электролита с концентрацией сульфата натрия от 0,1 до 3,0 моль/л и уровнем рН, равным 7 или меньше, при потенциале 0,5 В или больше по отношению к стандартному водородному электроду в течение 10 секунд или более. Сталь обладает высокой коррозионной стойкостью во всем широком диапазоне потенциалов. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил., 7 табл., 5 пр.

Способ электрохимического чернения стали // 2559610

Изобретение относится к области нанесения защитно-декоративных покрытий и может быть использовано для декорирования и защиты от коррозии стальных деталей и изделий, в частности покрытие может быть использовано для декоративной отделки художественных изделий полученных методами ковки, чеканки, литья. Способ позволяет осуществлять чернение как в стационарных ваннах, так и методом электронатирания. Для электроосаждения таких покрытий предлагается электролит, содержащий следующие компоненты, г/л: хлористый натрий 250-300, сахар 100-200, синтанол ДС-10 1-3. Электроосаждение черного покрытия осуществляют, используя переменный электрический ток. Плотность тока в стационарной гальванической ванне 0,6-1,0 А/см2, а при использовании метода электронатирания 3-6 А/см2. Для электронатирания используют электрод-инструмент из хромированной стали с кримпленовой тканью и с полостью для электролита. Технический результат: увеличение скорости обработки, повышение производительности оборудования, увеличение коррозионной стойкости стали, возможность обработки изделий и деталей различных размеров при использовании экологически чистых веществ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

Применение раствора, содержащего сульфат-ионы, для уменьшения почернения или потускнения металлического листа при его хранении и металлический лист, обработанный таким раствором // 2581943

Изобретение относится к использованию водного раствора для обработки стального листа. Водный раствор, содержащий сульфат-ионы SO4 2+ с концентрацией более или равной 0,01 моль/л, применяют для обработки стального листа, включающего подложку из стали с покрытием, содержащим по меньшей мере цинк и магний, для снижения почернения или потускнения стального листа во время его хранения без применения масляной пленки. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ пассивирования белой жести // 2593248

Изобретение относится к пассивированию поверхности луженой полосовой стали. Предложен способ получения луженой полосовой стали с пассивированной поверхностью, включающий перемещение полосовой стали через систему электрохимического лужения полосовой стали со скоростью равной по меньшей мере 200 м/мин, в котором после лужения полосовой стали ее поверхность вначале подвергают анодному оксидированию для формирования оксидного слоя, состоящего из оксида четырехвалентного олова (SnO2), а затем на оксидный слой наносят жидкий раствор не содержащего хром агента для последующей обработки. Также предложена луженая полосовая сталь, полученная упомянутым способом и содержащая опорный слой из тонкой или особо тонкой стальной жести, осажденный на нее слой олова и поверхностный слой не содержащего хром агента для последующей обработки, при этом между слоем олова и поверхностным слоем агента для последующей обработки сформирован оксидный слой, состоящий из оксида четырехвалентного олова (SnO2). Изобретение позволяет при высоких скоростях пропускания полосовой стали осуществить эффективное пассивирование поверхности полосовой стали, обеспечивающее улучшенное сцепление лака и повышение устойчивости к кислотам, содержащимся в пищевых продуктах. 2 н. и 15 з.п. ф-лы.

Способ формирования цветного декоративного покрытия с помощью анодирования // 2620801

Изобретение относится к технологии получения декоративных покрытий при окраске металлических изделий в различные цвета и создания высокотехнологичных оптоэлектронных устройств с применением элементов, способных отражать или пропускать свет с определенной настраиваемой длиной волны. Способ получения декоративного покрытия с изменяющимся цветом при изменении угла наблюдения заключается в формировании одномерного фотонного кристалла с фотонной запрещенной зоной в видимом диапазоне с помощью анодирования поверхности вентильного металла или сплава на его основе с содержанием вентильного металла не менее 50% при циклически изменяющихся параметрах: тока и напряжения, причем каждый цикл состоит из двух стадий: на первой стадии анодирование проводят при стабилизации тока в интервале от 0,1 до 50 мА/см2 в течение времени, обеспечивающего протекание заряда от 0,05 до 5 Кл/см2; на второй стадии анодирование проводят при стабилизации напряжения, повышая его от значения напряжения в конце первой стадии до значения, лежащего в диапазоне от 10 до 200 В, с уменьшающейся скоростью подъема напряжения от 5 В/с до 0 В/с, и выдерживают при этом значении в течение времени, обеспечивающего протекание заряда от 0,05 до 5 Кл/см2, обеспечивая соотношение максимального напряжения на второй стадии к минимальному напряжению на первой стадии более 1,4, при этом металлическая поверхность в процессе получения декоративного покрытия служит в качестве анода, а в качестве катода используют инертный материал, при этом заряд анодирования на первой и второй стадиях сокращают на 0,01-10% на каждом последующем цикле анодирования, количество которых лежит в интервале от 20 до 300. Изобретение позволяет получать цветные декоративные покрытия высокого качества простым и воспроизводимым способом, характеризующимся безопасностью и экологичностью за счет исключения из технологии ядовитых веществ. 8 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл., 5 пр.

Способ электрохимической обработки стальной детали // 2624881

Изобретение относится к области электрохимической обработки, в частности к упрочнению стальных изделий, и может быть использовано в узлах трения для повышения твердости поверхности деталей. Способ включает воздействие электролита на деталь с использованием электрического тока при температуре 30-40°C, при этом деталь подключают к положительному полюсу источника постоянного тока и используют электролит, приготовленный растворением хлорной кислоты 60-90 г, этанола 540-590 г, бутилгликоля 80-120 г в дистиллированной воде 100-140 г, а обработку детали в электролите осуществляют при напряжении 15-20 В в течение 3-5 минут. Технический результат - снижение времени обработки, шероховатости поверхности и повышение твердости изделия. 7 ил., 3 пр.