Способ электрохимической обработки детали из алюминия и алюминиевых сплавов

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2596735:

Общество с ограниченной ответственностью "ЭСКО" (ООО "ЭСКО") (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиастроении и других отраслях промышленности. Способ включает нанесение защитного оксидного покрытия на деталь в растворе электролита в два этапа, при этом нанесение покрытия проводят импульсным током в режиме микродугового оксидирования в электролите, содержащем карбонат натрия и дистиллированную воду. На первом этапе осуществляют подъем напряжения до 250 В в течение 5 минут, а на втором этапе выдерживают максимальное значение напряжения 250 В в течение 15 минут. Технический результат - повышение усталостной долговечности алюминиевых сплавов, повышение экологичности за счет применения при оксидировании водного раствора карбоната натрия, являющегося менее агрессивным, и сокращение подготовительных мероприятий промывки, осветления и травления. 1 пр.

Изобретение относится к области повышения прочностных характеристик алюминиевых сплавов за счет электрохимической обработки поверхности, а именно методом микродугового оксидирования (МДО). Алюминиевые сплавы широко применяются в качестве конструкционного материала для авиастроения. Для обеспечения коррозионной стойкости алюминиевые сплавы подвергают специальной электрохимической обработке с последующим нанесением лакокрасочных покрытий (ЛКП).

Традиционным методом нанесения защитных оксидных покрытий на алюминиевые сплавы, применяемым на промышленных заводах, является электрохимическое анодирование в сернокислом электролите, содержащем концентрированную серную кислоту 7-20%, остальное - вода. Анодирование проводят при постоянной температуре путем подъема напряжения до 20-40 В [1].

Оксидные анодные покрытия обладают высокой сопротивляемостью коррозии, адгезионной прочностью с ЛКП. При этом существенным недостатком данного метода является низкая сопротивляемость к усталостному износу.

Известен способ повышения усталостной долговечности алюминиевых сплавов наноструктурированием поверхностных слоев, который заключается в формировании наноструктурированного слоя за счет применения методов ультразвуковой ударной механической обработки [2]. Однако недостатком является то, что в результате ультразвуковой ударной обработки структура поверхностного слоя претерпевает существенные изменения, что в свою очередь приводит к изменению механических свойств, а именно снижению пластичности.

Также известен способ повышения усталостной долговечности, который заключается в поверхностной упрочняющей обработке стеклянными и стальными шариками, а также корундовым песком [3]. Недостатками данного способа является высокий расход корундового песка и шариков в связи с их разрушением и изменение размера в связи с поверхностным абразивным износом.

Наиболее близким по технической сущности [4] к предлагаемому изобретению является способ нанесения защитных покрытий на алюминий и его сплавы, включающий анодное оксидирование в растворе фосфорной кислоты - 150-400 г/л, серной кислоты 10-30 г/л, тетрабората натрия 5-10 г/л с последующей гомогенизирующей обработкой при напряжении 4-6 В в течение 4-6 минут и далее с применением двухступенчатого непрерывного режима оксидирования, где:

- первая ступень - напряжение 7-9 В, выдержка 8-10 минут;

- вторая ступень - напряжение 19-21 В, выдержка 15-20 минут.

После анодного оксидирования проводят уплотнение покрытия при температуре 95-100°С в растворе экстракта дубильного растительного 5-50 г/л, бензотриазол 0,0001-0,0005 г/л, однозамещенного фосфата натрия 0,02-2 г/л.

Недостатком данного способа нанесения защитных покрытий является использование в качестве электролита раствора кислот. Серная и фосфорная кислоты оказывают негативное влияние на организм человека, также утилизация невозможна без дополнительной нейтрализации.

Задачей данного изобретения является создание метода нанесения защитных покрытий на алюминий и его сплавы с целью получения оксидных пленок с повышенной усталостной долговечностью.

Для достижения этой цели предлагается способ нанесения оксидных покрытий методом МДО, отличающийся тем, что в качестве электролита используется раствор карбоната натрия, и процесс проходит при больших, чем при анодировании, значениях напряжения импульсного тока.

Технический результат заключается в повышении усталостной долговечности алюминиевых сплавов, повышении экологичности за счет применения при оксидировании водного раствора карбоната натрия, являющегося менее агрессивным, и сокращении подготовительных мероприятий промывки, осветления и травления.

Микродуговое оксидирование проводится в растворе электролита следующего состава:

- карбонат натрия: 10 г/л;

- дистиллированная вода: 1 л.

Температура раствора составляет 20°С.

Процесс оксидирования проходит непрерывно при следующем электрическом режиме МДО:

- первый этап - подъем напряжения импульсного тока до 250 В в течение 5 минут;

- второй этап - выдержка при максимальном значении напряжения импульсного тока 250 В в течение 15 минут.

Пример осуществления способа

Были изготовлены образцы алюминиевого сплава по форме балки равного сопротивления нагрузки с габаритными размерами: толщина 2 мм, ширина 30 мм, длина 100 мм. Образец прикрепляется к токопроводящему элементу с помощью зажима. Затем образец погружается в ванну, изготовленную из нержавеющей стали, заполненную раствором электролита. Токопроводящий элемент присоединяется к положительному полюсу источника питания, ванна - к отрицательному. Далее включается источник питания и по заданному режиму осуществляется микродуговое оксидирование путем подачи напряжения импульсного тока. При этом под величиной напряжения импульсного тока понимается величина напряжения анодного тока. Период импульсов напряжения анодного тока составлял 3 мс, а длительность импульсов изменялась в процессе оксидирования от 0,1 мс до 2,5 мс.

В результате на поверхности алюминиевого сплава образуется оксидное покрытие серого цвета.

Усталостные характеристики определялись по методу консольного изгиба при симметричном цикле испытания. Максимальное напряжение цикла составляло σ_max=156 МПа при частоте испытаний 29 Гц. В результате испытаний образцов была получена усталостная долговечность N=87000 циклов при σ_max=156 МПа, что является более высоким показателем малоцикловой усталости, представленной в способе прототипе (N=49000 при σ_max=18 кгс/мм² (156 МПа)) [4].

Предлагаемый способ отличается от приведенного в [4] способа прототипа тем, что электролит состоит из водного раствора карбоната натрия, являющегося менее агрессивным и более экологичным, что позволяет не использовать специальные очистные сооружения для утилизации электролита или сильную щелочь для нейтрализации серной и фосфорной кислот. При этом вместо непрырывного двухступенчатого анодного оксидирования проводится микродуговое оксидирование в два этапа. На первом этапе осуществляется подъем напряжения импульсного тока до 250 В в течение 5 минут, на втором этапе - выдержка при максимальном значении напряжения импульсного тока 250 В в течение 15 минут. Кроме того, увеличение подаваемого на образец напряжения избавляет от необходимости в специальной подготовке детали, такой как промывка, осветление, травление. При этом нанесение оксидных покрытий предлагаемым способом приводит к повышению усталостной долговечности образцов.

Данное изобретение может найти применение в авиационной, автомобильной промышленности для изготовления корпусных изделий, работающих в условиях циклических нагрузок.

Источники информации

1. Верник С., Пиннер Р. Химическая и электролитическая обработка алюминия и его сплавов // Судпромгиз. - 1960. - С. 134-135.

2. Почивалов Ю.И., Панин В.Е., Острижная А.С. Влияние наноструктурирования поверхностных слоев на усталостную долговечность конструкционных материалов и их сварных соединений [Электронный ресурс: www.imach.uran.ru/conf/mp2014/Doklad/d88.doc] // VIII Российская научно-техническая конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций».

3. Клевцов Г.В., Фролова О.А., Клевцова Н.А. Влияние поверхностной обработки на усталостную прочность и механизм разрушения литейных алюминиевых сплавов // Успехи современного естествознания. - 2005. - №7 - С. 60-63.

4. Патент RU 2186159, опубликовано 27.07.2002.

Способ электрохимической обработки детали из алюминия и алюминиевых сплавов, включающий нанесение защитного оксидного покрытия на деталь в растворе электролита в два этапа, отличающийся тем, что нанесение покрытия проводят импульсным током в режиме микродугового оксидирования в электролите, содержащем карбонат натрия и дистиллированную воду, при этом на первом этапе осуществляют подъем напряжения до 250 В в течение 5 минут, а на втором этапе выдерживают максимальное значение напряжения 250 В в течение 15 минут.

Изобретение относится к области формирования защитных антифрикционных износостойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов или на деталях с покрытием из алюминия и его сплавов.

Способ получения черного износостойкого антикоррозионного покрытия на алюминии и сплавах на его основе методом микродугового оксидирования // 2570869

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на изделиях из алюминиевых сплавах, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали, используемые в авиационной, машиностроительной, химической и строительной отраслях промышленности.

Способ получения покрытия на алюминиевых сплавах // 2547983

Изобретение относится к области нанесения покрытий на алюминий или его сплавы путем плазменного электролитического оксидирования. Способ включает нанесение на алюминиевый сплав оксидного покрытия путем плазменного электролитического оксидирования в водном электролите при наложении переменного тока эффективной плотностью 5-60 А/дм2, при этом дополнительно проводят модифицирующую обработку поверхности алюминиевого сплава в водном растворе, содержащем, г/л: азотную кислоту 450-500 и фтористый натрий 45-50, после чего проводят плазменное электролитическое оксидирование при наложении переменного тока, сформированного последовательностями из анодного и катодного импульсов с временным интервалом между последовательностями, при этом продолжительность каждого импульса составляет 100-250 микросекунд, а длительность временного интервала составляет не менее суммарной продолжительности анодного и катодного импульсов, при этом водный электролит имеет следующий состав, г/л: тетраборат натрия 10-водный 20-50, гидроокись натрия 1-4, натрий молибденовокислый 0,5-2, борная кислота 5-15.

Способ получения покрытий на поверхностях глухих отверстий деталей из алюминиевых сплавов // 2471895

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. .

Электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов // 2426823

Изобретение относится к электрохимическому формированию оксидных износостойких покрытий на алюминии и его сплавах. .

Литейный сплав на основе алюминия и способ получения защитного покрытия на его поверхности // 2421536

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в авиационной, машиностроительной и судостроительной промышленности. .

Способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава // 2390587

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения седел клапанов методом микродугового оксидирования, и может быть использовано для упрочнения седел клапанов двигателей внутреннего сгорания из алюминиевого сплава.

Способ восстановления и упрочнения изношенных стальных деталей // 2383420

Изобретение относится к способу восстановления и упрочнения изношенных стальных деталей и направлено на восстановление ресурса деталей и повышение эффективности и надежности их последующей эксплуатации и может быть использовано в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности.

Износостойкое композиционное покрытие и способ его получения // 2361970

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания пар трения, стойких к изнашиванию. .

Способ получения пористого анодного оксида алюминия // 2324015

Изобретение относится к области нанотехнологии и наноэлектроники, в частности к получению пористых наноматериалов. .

Способ получения износостойких покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов // 2602903

Изобретение относится к области получения износостойких и коррозионно-стойких покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов. Способ характеризуется тем, что изделие подвергают микродуговому оксидированию в анодно-катодном режиме при плотности тока 7-7,5 А/дм2 и соотношении анодного и катодного токов 1,0:0,9 в течение 70-75 мин в щелочном электролите, содержащем водные растворы гидроксида натрия и силиката натрия концентрацией 3,5-4 и 11,5-12 г/л соответственно, шлифуют до параметра шероховатости Ra 0,8-1,6, очищают от минеральных и органических загрязнений, пропитывают в ультразвуковой ванне в течение 10-13 мин суспензией политетрафторэтилена Ф-4Д, сушат и термически обрабатывают при температурах 40-50 и 290-300°С в течение 10-12 и 60-62 мин соответственно. Техническим результатом является повышение износостойкости и антифрикционных свойств покрытий. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Способ получения наноразмерного пористого анодного оксида алюминия // 2645237

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области электронной промышленности. Способ включает формирование анодным окислением алюминиевого образца слоя пористого анодного оксида, который удаляют селективно по отношению к алюминию, формирование анодным окислением алюминия основного слоя пористого анодного оксида алюминия, отличающийся тем, что формирование удаляемого и основного слоев проводят в гальваностатическом режиме при постоянной температуре 5-10°C и плотности тока 5-15 мА/см2 в электролите следующего состава, г/л: ортофосфорная кислота 58,8-176,0, янтарная кислота 4-6, молибдат аммония 1-4, глицерин 1-3. Технический результат заключается в повышении твердости пористого анодного оксида алюминия и упрощении процесса анодного окисления. 1 табл.