СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
PRODUCTION OF COATINGS ON SURFACES OF METALS AND ALLOYS

Изобретение относится к способам электрохимической обработки металлов и сплавов для получения на поверхности деталей защитных коррозионно-стойких оксидных покрытий.
Известны: «Способ микродугового получения защитных пленок на поверхности металлов и сплавов» патент РФ №2061107, МКИ C25D 11/06, опубл. 27.05.96 г., «Способ нанесения электролитического покрытия на поверхность металлов и сплавов» патент №2112086, МКИ C25D 11/06, 27.05.98 г., «Способ нанесения коррозионно-износостойкого оксидного слоя с локально уменьшенной толщиной на поверхности металлической детали», патент Германии №4442792, МПК C25D 11/06, опубл. 04.05.1998 г.
К недостаткам указанных способов обработки относится сложность обработки в ваннах с электролитом крупногабаритных деталей, а также невозможность обработки поверхности деталей непосредственно в условиях эксплуатации.
Известен также «Электролитический способ нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов», патент RU 2294987, МПК C25D 11/02, опубл. 15.09.2005 г.
2
Недостатками этого способа являются неравномерность распределения материала покрытия на обрабатываемой поверхности и большой расход электроэнергии, так как микродуговое оксидирование ведут при напряжении 200-250 В и плотности тока 1,0-3,0 A/дм.
Известен также «Способ получения покрытий на деталях из металлов и сплавов в режиме компрессионного микродугового оксидирования и устройство для его осуществления» патент RU 2324014, МПК C25D 11/02, опубл. 20.12.2007 г.
Недостатками этого способа являются: сложность обработка детали при ее полном погружении в раствор электролита в герметично закрываемой емкости, наличие дополнительного устройства для создания вакуума.
Наиболее близким по технической сущности и взятым в качестве прототипа является «Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов» патент RU 2194804, МПК, C25D 11/02, опубл. 20.12.2002.
В данном способе применяется устройство, обеспечивающее локальное оксидирование, перемещаемое по всей поверхности детали. Способ включает микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного анодом и катодом, и пористым экраном, через который подается жидкий электролит.
Недостатками известного способа являются наличие пористости в защитном оксидном покрытии и невозможность получения большой толщины покрытия. В известном способе электролит сначала подается на катод и через поролон сливается на анод. При этом электролит насыщается газообразным водородом вследствие основной катодной реакции электролиза воды: H+e→H.
2
2
2
2
2
Водород, являясь одним из самых сильных восстановителей, восстанавливает окислы металла и образует пористую, рыхлую оксидную пленку MeO+H→Me+HO или (MeO+H→MeO+HO). Поры снижают эффективную толщину и коррозионную стойкость покрытий. Кроме того, электролит подлежит удалению, т.е. используется однократно.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости оксидных покрытий путем снижения пористости и увеличения эффективной толщины оксидного покрытия.
Технический результат достигается за счет того, что в способе получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов, включающем микродуговое оксидирование с помощью устройства, снабженного анодом и катодом, через который подается жидкий электролит, в соответствии с изобретением электролит сначала подается на анод под давлением 0,4-0,5 атм, а затем на катод. Давление 0,4-0,5 атм обеспечивает напор для движения потока электролита, уносящего пузырьки водорода в сторону, противоположную аноду, и механического уплотнения формируемых покрытий.
Давление выше 0,5 атм нецелесообразно, так как сильный напор электролита будет препятствовать получению более толстых покрытий и снижать коррозионную стойкость. Давление ниже 0,4 атм не обеспечит движение потока электролита, при этом водород не будет уноситься с потоком, в покрытии будут поры, снижающие коррозионную стойкость.
2
Катод выполнен в виде сетчатого металлического экрана, что исключает попадание электролизного водорода на обрабатываемую поверхность и не изменяет ионно-газовый состав электролита в этой зоне. Из зоны электролитной среды с обрабатываемой деталью-анодом атомарный и молекулярный водород в виде газовых пузырьков под давлением с потоком электролита втягивается внутрь сетчатого электрода-катода и по обратным шлангам стекает в бак с электролитом. За счет удаления водорода происходит уменьшение восстановительной способности электролита и образование оксидных пленок. При этом на обрабатываемой поверхности формируются более толстые и менее пористые оксидные пленки: (Me+O→MeO).
За счет механического уплотнения первоначально податливых поверхностных оксидных формирований при интенсивном движении электролита от анода к катоду под давлением 0,4-0,5 атм становится возможным формировать беспористые оксидные покрытия большей толщины.
Схема микродугового оксидирования по заявляемому способу представлена на чертеже. Обрабатываемая деталь 1 (анод) плотно присоединена к корпусу 3 из винипласта или другого электроизоляционного материала. Плотный контакт корпуса из винипласта с обрабатываемой деталью обеспечивается уплотнительным кольцом из резины. Электролит 4 подают на анод 1 по гибкому шлангу 5 под давлением от электронасоса 7. Электронасос обеспечивает непрерывное движение электролита по замкнутому контуру: от бака 8 с электролитом 4 по гибкому шлангу 5 на обрабатываемую деталь-анод 1, затем на катод 2, по конической трубе 9 и шлангу 6 в бак 8.
Способ осуществляется следующим образом.
2
Поверхность детали, подлежащую микродуговому оксидированию, очищают и обезжиривают. Для примера использовали лист из титанового сплава марки BT1-0 толщиной 4 мм и площадью 1 м.
На лист устанавливают плотно прилегающий к поверхности детали корпус из винипласта.
2
В качестве сетчатого экрана-катода 2 использовали конструкцию в виде конической трубы 9 с металлической сеткой из нержавеющей стали с ячейками 0,5 мм, площадью 1 дм. Размер ячейки сетки не регламентируется.
3
4
2
3
Бак 8 с электролитом 4 объемом в 50 л помещен под обрабатываемым изделием 1. Электролит используют известных составов на основе NaPO·HO. Электронасос производительностью 0,1 м/час обеспечивает непрерывное интенсивное движение электролита.
2
Электролит подается в корпус по гибким резиновым шлангам на обрабатываемую деталь-анод под принудительным давлением 0,4-0,5 атм. Деталь не погружается в бак. Процесс идет на локальном участке обрабатываемой поверхности при максимальном напряжении 190 В и плотности тока 0,5 A/дм.
Для получения заданной толщины оксидного слоя процесс обработки выдерживается определенное расчетное время. При длительности обработки 10 мин толщина покрытия составит 10 мкм.
Толщину покрытия определяют с помощью многофункционального электромагнитного толщиномера «Константа К 52», шероховатость покрытий измеряют портативным профилометром. Пористость оценивали в процентном отношении при взвешивании образцов. Результаты представлены в таблице 1.
Результаты свойств оксидных покрытий, полученных при использовании заявляемого способа.
Таблица 1
Способ
Свойства покрытий
Пористость, %
Толщина покрытия, мкм
Параметр шероховатости, Ra, мкм
Микротвердость, HV кгс/мм<sup>2</sup>
Заявляемый
5,0
10
0,32
780
Известный
35,0
0,5-1,0
1,25
230
Отсутствие пористости и большая толщина оксидного слоя повышают коррозионную стойкость покрытия.
Разработанная технология позволяет получать оксидные покрытия толщиной до 10-15 мкм, прочно сцепленные с основой, кроме того, она экологически безопасна, не требует специальных природоохранных мероприятий. Сбор и хранение электролита в открытой емкости способствует естественной дегазации, что позволяет его многократное использование по замкнутому циклу.