СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF PROCESSING SURFACE OF MAGNESIUM ALLOYS

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлических изделий, в частности к электрохимическому полированию поверхности из магниевых сплавов, таких как кронштейны, поковки, штамповки, крышки, диски автомобильных колес, корпуса ноутбуков, мобильных телефонов, и может быть использовано в ракетно-космической технике, автомобилестроении, электронной промышленности и других отраслях народного хозяйства.
Магниевые сплавы, относящиеся к группе наиболее легких металлических конструкционных материалов, обладают пониженной коррозионной стойкостью, поэтому при эксплуатации магниевых узлов и деталей необходимо подвергать их поверхность обработке для последующего нанесения защитных антикоррозионных покрытий.
Известен способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве катода, в раствор для электрохимического полирования, установку анода из стальных пластин и электрохимическое полирование при температуре 80-90°С, напряжении 4-6 В, выдержке в течение 3-4 мин. Раствор для электрохимического полирования имеет следующий химический состав, г/л:
Na<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>·12H<sub>2</sub>O
12-30
Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
30
или
Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
9
NaOH
16
Далее изделие промывают в воде и сушат. (М.А.Тимонова «Защита от коррозии магниевых сплавов», М., «Металлургия», 1977 г., с.40-42).
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить высокий класс чистоты поверхности (свыше 7), т.е. показатель параметров шероховатости Rz (высота неровностей профиля по десяти точкам) не менее Rz=6,3 мкм по ГОСТ 2789.
2
Известен способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования при поддержании первоначального напряжения, обеспечивающего плотность тока (1,5-2,5) А/дм, затем постоянно увеличивают напряжение до (240-330) В для сохранения первоначальной плотности тока, время выдержки 5-30 мин. Водный раствор для электрохимического полирования используется при температуре (20-40)°С, имеет рН=7-10 при следующем соотношении компонентов:
пентаоксид ниобия
0,01-0,04 мол/л
плавиковая кислота
20-50 мл/л
фторид циркония
до 0,041 мол/л
ортофосфорная кислота
50-70 г/л
борная кислота
30-70 г/л
28% водный р-р аммиака
остальное
для сохранения рН=7 -10 (Патент США №7094327)
Недостатками известного способа являются высокая энергоемкость процесса и наличие в растворе для электрохимического полирования токсичной плавиковой кислоты.
2
Известен способ обработки металлических изделий, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования при плотности тока ≤2 А/дм, напряжении 8-24 В, в котором раствор для электрохимического полирования, имеет следующий химический состав, масс.%:
ортофосфорная кислота
55-85
уксусная кислота
10-40
глицерин
5-30
(а.с. №779453)
Недостатком известного способа является пониженный класс чистоты поверхности металлических изделий.
2
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования при плотности тока ≥2 А/дм, напряжении 8-17 В, в котором раствор для электрохимического полирования, имеет следующий химический состав, масс.%:
ортофосфорная кислота
65-75
уксусная кислота
10-25
глицерин
5-15
серная кислота
5-10
(Патент РФ №2023767)
Недостатками прототипа являются возможность получения на поверхности изделия пор и различных дефектов, понижение класса чистоты и увеличение значения Rz, что вызвано воздействием на поверхность электрохимического раствора с высокой концентрацией активных веществ, в том числе токсичной серной кислоты.
Технической задачей изобретения является разработка способа обработки поверхности магниевых сплавов, позволяющего повысить класс чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снизить значения Rz до ~0,2-0,4 мкм и исключить токсичные компоненты.
2
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, в котором электрохимическое полирование ведут при плотности тока - 15-25 А/дм, напряжении 3-7 В, в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, масс.%:
ортофосфорная кислота
35-45
уксусная кислота
2-10
этиловый спирт
остальное
Установлено, что заявленные содержание и соотношение компонентов в растворе для электрохимического полирования поверхности магниевых сплавов при заявленных плотности тока, напряжении и времени выдержки предотвращают образование шлама, не допускают потерь самого металла в процессе электрохимического полирования поверхности. При этом предлагаемый способ способствует равномерному стравливанию шероховатостей на поверхности изделия, а образование на поверхности нерастворимых гидрофосфатов металлов предотвращает последующее растравливание поверхности.
Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает повышение класса чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снижение значений Rz до ~0,2-0,4 мкм, при этом позволит применить нетоксичные компоненты.
Примеры осуществления
Изделие выполнено из сплава МА14 (кронштейн).
3
4
3
2
5
3
Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА14 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота НРО (удельной плотности не менее 1,75 г/см) - 35, ледяная уксусная кислота СНСООН - 2, остальное - этиловый спирт СНОН (концентрации не менее 96%).
2
В полученный раствор погружали изделие из сплава МА14, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Обработку поверхности изделия из магниевого сплава МА14 проводили при плотности тока 15 А/дм, напряжении 3 В в течение 10 с.
После полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили.
Примеры 2, 3 осуществляли аналогично примеру 1. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА14 и способа-прототипа (пример 4), а также полученные свойства приведены в табл.1.
Изделие выполнено из сплава МА20 (подлокотник кресла).
3
4
3
2
5
3
Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА20 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота НРO (удельной плотности не менее 1,75 г/см) - 45, ледяная уксусная кислота СНСООН - 10, остальное - этиловый спирт СНОН (концентрации не менее 96%).
2
В полученный раствор погружали изделие из сплава МА20, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Электрохимическое полирование поверхности изделия из магниевого сплава МА20 проводили при плотности тока 25 А/дм, напряжении 7 В в течение 180 с. После электрохимического полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили (пример 5).
Примеры 6, 7 осуществляли аналогично примеру 5. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА20 и способа-прототипа (пример 8), а также полученные свойства приведены в табл.1.
Изделие выполнено из сплава МА2-1 (приборная панель).
3
4
3
2
5
3
Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА2-1 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота НРO (удельной плотности не менее 1,75 г/см) - 40, ледяная уксусная кислота СНСООН - 6, остальное - этиловый спирт СНОН (концентрации не менее 96%).
2
В полученный раствор погружали изделие из сплава МА2-1, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Обработку поверхности изделия из сплава МА2-1 проводили при плотности тока 20 А/дм, напряжении 5 В в течение 10 с. После полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили (пример 9).
Примеры 10, 11 осуществляли аналогично примеру 9. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА2-1 и способа-прототипа (пример 12), а также полученные свойства приведены в табл.1.
Как следует из анализа результатов, представленных в таблице 1, предлагаемый способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов позволяет повысить класс чистоты поверхности до 11-12, т.е. снизить значение Rz до ~0,2-0,4 мкм, при этом в предлагаемом способе используются нетоксичные компоненты.
Высокая эффективность и безопасность предлагаемого способа обработки поверхности магниевых сплавов, возможность использования обработанной поверхности для последующего нанесения защитных покрытий и окончательной обработки повышает ресурс и надежность изделий из магниевых сплавов.
Таблица 1
Пример осуществления
Сплав
Состав электролитического раствора, масс.%
Режим обработки
Класс шероховатости ГОСТ 2789
№
Способ
Н<sub>3</sub>РO<sub>4</sub>
СН<sub>3</sub>СООН
C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>OH
Плотность тока, А/дм<sup>2</sup>
Напряжение, В
Время выдер-жки, с
Класс шероховатости
Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм
до полиров./после полирования
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
Предлагае-мый способ
35
2
63
15
3
10
8/11
3,2/0,4
2
40
6
54
25
7
95
7/12
6,3/0,2
3
45
10
45
20
5
180
8/11
3,2/0,4
4
способ-прототип
МА14
65-75
10-25
глицерин
серная кислота
1,5-3
8-24
60
7/8
6,3/3,2
5-15
5-10
Таблица 1. Продолжение
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
5
Предлагае-мый способ
45
10
45
15
3
180
7/12
6,3/0,2
6
35
2
63
25
7
95
8/11
3,2/0,4
7
40
6
54
20
5
10
7/12
6,3/0,2
8
способ-прототип
МА20
65-75
10-25
глицерин
Серная кислота
1,5-3
8-24
120
7/9
6,3/1,6
5-15
5-10
9
Предлагае-мый способ
45
10
45
15
3
10
7/12
6,3/0,2
10
МА2-1
35
2
63
25
7
180
8/11
3,2/0,4
11
40
6
54
20
5
95
8/11
3,2/0,4
12
Способ-прототип
65-75
10-25
глицерин
Серная кислота
1,5-3
8-24
120
7/9
6,3/1,6
5-15
5-10