СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МАГНИЕВЫХ СПЛАВАХ
METHOD OF PRODUCING MAGNESIUM ALLOY-BASED PROTECTIVE COATS

Изобретение относится к получению защитных покрытий на магниевых сплавах путем электрохимической обработки магниевых сплавов микродуговым оксидированием и может найти применение в машиностроении, авиастроении, компьютерной технике и автомобилестроении.
2
Известен способ получения защитных покрытий на магниевых сплавах, включающий двухстадийную электрохимическую обработку микродуговым оксидированием с последующим нанесением гальванического покрытия. Микродуговое оксидирование осуществляют при постоянном анодном токе плотностью 5-10 А/дм в растворе электролита, содержащем силикат натрия, фосфат натрия и гидроокись натрия, при следующем соотношении компонентов, г/л:
Силикат натрия
0,5
Фосфат натрия
2-5
Гидроокись натрия
2-5
Вода
До 1 л
(заявка США №2009223829)
Нанесение гальванического покрытия ведут в растворе электролита, содержащем сульфат никеля.
Недостатками известного способа являются высокая трудоемкость и длительность процесса электрохимической обработки магниевых сплавов, использование соединений никеля в растворе электролита требует энергоемких очистительных сооружений.
2
Также известен способ получения защитных покрытий на магниевых, алюминиевых, титановых сплавах, включающий электрохимическую обработку переменным анодно-катодным током в щелочном электролите, электрохимическую обработку ведут при переменном токе плотностью 30-70 А/дм с длительностью импульсов и пауз 100-300 мкс, с соотношением амплитуд анодного и катодного тока 1,06-2, при температуре электролита 15-30°С (патент РФ №2046157).
Недостатками известного способа нанесения покрытий являются пониженные защитные свойства покрытий, высокая энергоемкость технологического процесса.
2
a
k
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения защитных покрытий на магниевых сплавах, включающий электрохимическую обработку переменным током в растворе электролита, содержащем силикат натрия и фторид натрия, в котором электрохимическую обработку осуществляют переменным током, при увеличении значения напряжения от 0 до 250-300 В со скоростью 0,25-0,28 В/с и плотности тока 0,5-1,0 А/см при анодной поляризации, напряжении 25-30 В при катодной поляризации изделия и соотношении периодов анодной и катодной поляризации τ/τ, равном 1, в течение 8-20 мин в электролите, имеющем следующий химический состав, г/л:
Силикат натрия
12-30
Фторид натрия
5-10
Вода
До 1 л
(патент РФ 23 5 7016)
Недостатком известного способа является невозможность получения равномерного по толщине и пористости покрытия на деталях сложной конфигурации, при этом ухудшается адгезия лакокрасочных материалов к покрытию и снижаются его антикоррозионные свойства. Также при воздействии огнем покрытие на магниевом сплаве не обеспечивает защиту от воспламенения.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения защитных покрытий на магниевых сплавах с повышенными коррозионной стойкостью и пожароустойчивостью.
2
а
к
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ получения защитных покрытий на магниевых сплавах, включающий электрохимическую обработку с переменным током поляризации в растворе электролита, содержащем силикат натрия и воду, в котором электрохимическую обработку осуществляют при плотности тока 5-25 А/дм и соотношении амплитуд анодного и катодного напряжения поляризации U/U, равном 2-4, в электролите, дополнительно содержащем гидроокись щелочного металла, натрий ванадиевокислый и бензолтриазол при следующем соотношении компонентов, г/л:
Силикат натрия
5-15
Гидроокись щелочного металла
2-12
Натрий ванадиевокислый
0,2-1
Бензотриазол
0,01-0,05
Вода
До 1 л
а
к
Установленно, что введение в предлагаемый способ бензотриазола, образующего в процессе формирования покрытия комплексные соединения, позволяет за счет их ингибирующего действия повысить коррозионную стойкость. Проведение электрохимической обработки при заявленных соотношениях амплитуд анодного и катодного напряжения поляризации U/U, плотности тока в присутствии катионов ванадия в растворе электролита позволяет формировать композиционную гетерооксидную структуру покрытия, повышающую пожароустойчивостью. Введение гидроокиси щелочного металла, например гидроокиси калия и натрия, позволяет использовать ток меньшей плотности, что значительно снижает энергозатраты при осуществлении предлагаемого способа.
Примеры осуществления способа
Пример 1.
2
3
2
3
2
6
5
3
Электролит готовили путем последовательного растворения исходных компонентов при непрерывном перемешивании с помощью механической мешалки и выдерживали приготовленный раствор в течение 30 минут. Предварительно обработанный образец из магниевого сплава МА20 размером 25×15×2 мм (анод), помещали в приготовленный электролит, содержащий, г/л: силикат натрия (NaSiO·5HO) - 15; гидроокись натрия (NaOH) - 12; натрий ванадиевокислый (NaOV·2HO) - 1; бензотриазол (СHN) - 0,05.
Охлаждение электролита, в процессе нанесения покрытия осуществляли с помощью теплообменника, выполненного в виде змеевика из стекла и охлаждаемого проточной водой.
В качестве катода использовали пластину из нержавеющей стали, площадь которой на порядок больше обрабатываемого образца.
2
a
к
Образец подвергали электрохимической обработке при плотности тока 5А/дм, соотношении анодного и катодного напряжения поляризации U/U, равном 4, промывали и подвергали сушке. Исследование защитных свойств полученного покрытия на магниевом сплаве МА20 проводили в камере солевого тумана Votsch VSC-1000 по ГОСТ9.905, ГОСТ9.308. Толщину покрытия измеряли с помощью переносного электронного толщинометра MiniTest 2100.
Для исследования воспламеняемости металлические образцы с покрытиями подвергали воздействию пламени горелки Бунзена с соплом, имеющим номинальный внутренний диаметр 9,5 мм и высоту пламени 38 мм, температура пламени в его центре составляла 800-850°С (Авиационные правила часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. Международный Авиационный комитет. 2004 г.).
Примеры 2, 3 проводили аналогично примеру 1.
2
3
2
Пример 4 проводили по способу-прототипу. Электролит готовили путем последовательного растворения исходных компонентов при непрерывном перемешивании с помощью механической мешалки и выдерживали приготовленный раствор в течение 30 минут. Предварительно обработанный образец из магниевого сплава МА14 размером 30×5×1 мм (анод), помещали в приготовленный электролит, содержащий, г/л: силикат натрия (NaSiO·5HO) - 30; фторид натрия (NaF) - 10.
Охлаждение электролита, в процессе нанесения покрытия, осуществляли с помощью теплообменника, выполненного в виде змеевика из стекла и охлаждаемого проточной водой.
В качестве катода использовали пластину из нержавеющей стали, площадь которого на порядок больше обрабатываемого образца.
2
2
а
k
Образец подвергали электрохимической обработке переменным током, при увеличении значения напряжения от 0 до 250-300 В со скоростью 0,25-0,28 В/с и плотности тока 0,78 А/см=78 А/дм при анодной поляризации, напряжении 25-30 В при катодной поляризации изделия и соотношении периодов анодной и катодной поляризации τ/τ, равном 1, в течение 15 мин.
Иследование толщины покрытия, пожароустойчивости и коррозионной стойкости проводились аналогично примеру 1.
Состав электролитов, параметры процесса и свойства полученных покрытий приведены в таблице.
Из анализа таблицы видно, что коррозионная стойкость покрытия по предлагаемому способу в 1,8-2 раза выше, чем покрытия по способу-прототипу. Пожароустойчивость покрытия по предлагаемому способу в 1,7 раз выше, чем покрытия по способу-прототипу.
Применение предлагаемого способа позволит использовать изделия из деформируемых и литейных магниевых сплавов широкой номенклатуры во всеклиматических условиях, снизит энергоемкость процесса формирования покрытия.