Способ получения толстослойных теплозащитных покрытий методом микродугового оксидирования на высококремнистом алюминиевом сплаве

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2694441:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для тепловой защиты деталей объектов машиностроения, например поршней и головок блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Способ включает установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, представляющим собой водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали, при этом микродуговое оксидирование проводят в течение 1,5-2,0 часов при силе тока I=10-17 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=250-350 В. Технический результат: повышение толщины оксидного керамического покрытия и, соответственно, его теплозащитных свойств, на высококремнистых заэвтектических алюминиевых сплавах с содержанием кремния более 12%. 1 пр.

Изобретение относится к области электрохимической обработки поверхностей деталей из высококремнистых алюминиевых сплавов методом микродугового оксидирования (МДО) для создания толстослойных теплозащитных покрытий и может быть использовано для тепловой защиты деталей объектов машиностроения, например, поршней и головок блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ микродугового оксидирования металлов и сплавов для получения декоративных и электроизоляционных покрытий, заключающийся в том, что оксидируемую деталь помещают в ванну-электролизер с перемешиваемым электролитом и подвергают обработке микродуговым оксидированием, перемешивание электролита производят мешалкой-электродом (патент РФ №2251595, МПК C25D 11/02, опубл. 10.05.2005 г). Этот способ при скорости перемешивания электролита 0,8-1 м/с и плотности тока 20 А/дм² позволяет получить покрытия толщиной 225 мкм за 100 мин.

Недостатком этого способа является необходимость использования специальной мешалки-электрода, при этом скорость вращения мешалки должна быть определенной и подбираться в соответствии с конфигурацией покрываемой детали.

Известен способ получения толстослойных износостойких покрытий методом МДО для пар трения объектов машиностроения с целью увеличения их ресурса с повышенными значениями микротвердости и толщины(патент РФ №2541246, МПК C25D 11/02, опубл. 10.02.2015 г). Этот способ обеспечивае тполучение покрытия с большой толщиной с одновременным снижением трудоемкости и энергоемкости за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО. В этом методе, в качестве электролита используют водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 2,5 г/л, процесс микродугового оксидирования ведут в течение 2,5-3,5 часов при силе тока I=4,5÷42 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=200÷415 В. На алюминиевом сплаве АК12Д при таких режимах удается получить покрытие с микротвердостью Н_μ=16 ГПа, и толщиной - 160 мкм.

Недостатком аналога является высокая трудоемкость процесса и невозможность получения толстослойных покрытий на заэвтектических алюминиевых сплавах с содержанием кремния более 12%.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения толстослойных защитных покрытий с высокой адгезией на деталях из вентильных металлов или их сплавов в режиме микродугового оксидирования, включающий установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали. Держатель детали снаружи, на границе «воздух - электролит»покрыт электроизоляционным материалом. В одном из вариантов осуществления изобретения используют электролит, содержащий смесь едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л с напряжением 700 В (патент РФ №2228973, МПК C25D 11/02, опубл. 20.05.2004 г).

Недостатком прототипа является высокая энергоемкость получения покрытия большой толщины ввиду необходимости обеспечения высокого напряжения, вплоть до 700 В, что увеличивает энергопотребление.

Задачей изобретения является получение толстослойных теплозащитных покрытий методом МДО для деталей объектов машиностроения с целью увеличения их теплостойкости, а также снижение трудоемкости и энергоемкости за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.

Технический результат - повышение толщины оксидного керамического покрытия и, соответственно, его теплозащитных свойств, на высококремнистых заэвтектических алюминиевых сплавах с содержанием кремния более 12%.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом получения толстослойных теплозащитных покрытий на высококремнистом сплаве микродуговым оксидированием, по которому устанавливают деталь в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создают рабочее напряжение между деталью и электролитом, представляющем собой водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л, повышают напряжение до возникновения микродугового разряда на поверхности детали, согласно изобретению, микродуговое оксидирование проводят в течение 1,5-2,0 часов при силе тока I=10÷17 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=250÷350 В.

Технический результат заявляемого изобретения достигается благодаря следующему. Концентрация едкого калия и жидкого стекла 4 г/л выбрана исходя из результатов проведенных исследований по оптимизации процесса МДО, которые показали, что максимальную толщину и микротвердость МДО-слоя можно получить при указанной концентрации веществ, при длительности процесса 1,5-2 часа, при силе тока I=10÷17 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде U_a=250÷350 В.

Кроме того, выбранные параметры процесса МДО и концентрации веществ, входящих в состав электролита, обеспечивают снижение трудоемкости и энергоемкости получения покрытия.

Осуществление изобретения раскрыто в примере конкретной реализации.

Пример конкретной реализации способа.

Методом МДО было сформировано теплозащитное покрытие на лабораторном образце, изготовленном из заэвтектического алюминиевого сплава AlSi25CuNiMg (содержание кремния 25-26%).

Предлагаемый способ получения толстослойного теплозащитного покрытия реализован с использованием установки МДО, которая состоит из ванны, заполненной электролитом, в которую погружают катод и анод (функцию анода выполняет лабораторный образец из алюминиевого сплава), затем через них пропускают электрический ток.

Электролит состоит из дистиллированной воды с добавлением 4 г/л КОН и 4 г/л Na₂SiO₃(жидкое стекло). МДО - обработку ведут в течение 1,5-2 часов. Процесс оксидирования протекает при силе тока на аноде и катоде I=10÷17 А. В процессе обработки контролируются следующие параметры процесса:

I_a - сила тока на аноде,

I_k - сила тока на катоде,

U_a - падение напряжения на аноде,

U_k-падение напряжения на катоде,

t - температура электролита.

В процессе обработки эти параметры имели следующие значения:

I_a=10÷17 А

I_k=10÷17 A

U_a=270÷292 B

U_k=50÷105 B

t=25÷48°C.

После обработки образца по заявляемому способу максимальная толщина слоя составила 283 мкм. По сравнению с прототипом, у которого толщина слоя составляет 140 мкм, по заявляемому способу получено покрытие большей толщины и, соответственно, теплостойкости.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить толстослойное теплозащитное покрытие методом МДО с повышенными значениями толщины, а также снизить энергоемкость за счет оптимально подобранной концентрации веществ, входящих в состав электролита, и оптимальных параметров процесса МДО.

Способ получения толстослойных теплозащитных покрытий на высококремнистом алюминиевом сплаве микродуговым оксидированием, включающий установку детали в электролите на токопроводящем держателе, покрытом изоляционным материалом, создание рабочего напряжения между деталью и электролитом, представляющим собой водный раствор едкого калия и жидкого стекла при концентрации каждого вещества 4 г/л, повышение напряжения до возникновения микродугового разряда на поверхности детали, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование проводят в течение 1,5-2,0 часов при силе тока I=10-17 А, соотношении анодного и катодного тока 1:1 и напряжении на аноде Ua=250-350 В.

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.

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.

Способ электрохимической обработки детали из алюминия и алюминиевых сплавов // 2596735

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.

Способ нанесения керамического покрытия на алюминий и его сплавы // 2581956

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.