Электролит микродугового оксидирования алюминия и его сплавов

Электролит микродугового оксидирования алюминия и его сплавов

Реферат

Изобретение относится к электрохимии, а именно к электролитам для формирования на поверхности изделий из алюминия и его сплавов качественных, равномерных, коррозионно-стойких, тепло-износостойких покрытий.

Известен способ электрохимической обработки изделий из алюминия в электролите [А.с. СССР № 406965, кл. C 25 D 11/08] при следующем соотношении компонентов, г/л:

Соляная кислота 1...10

Борная кислота 1...20

Однако покрытия, сформированные в указанном электролите, низкого качества, имеют невысокую защитную способность, недостаточна износостойкость за счет невысокой микротвердости покрытия.

Наиболее близкими к изобретению являются способы получения покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов, заключающиеся в микродуговом оксидировании (МДО) в комбинированном электролите [Патент РФ 2166570, кл. C 25 D 11/08, Патент РФ № 2229542, кл. C 25 D 11/08].

Недостатком данного электролита является длительная продолжительность обработки для получения покрытия с требуемыми свойствами (120...150 мин) и, следовательно, повышенный расход энергии.

Задачей изобретения является сокращение продолжительности получения покрытия с требуемой толщиной, микротвердостью и износостойкостью, а также снижение расхода энергии.

Технический результат при решении указанной задачи при использовании изобретения заключается в снижении продолжительности получения покрытия с требуемой толщиной и повышении микротвердости и износостойкости примерно в 1,5 раза и, следовательно, в снижении расхода энергии.

Суть изобретения заключается во введении в электролит оксида алюминия при следующем содержании компонентов, г/л:

Борная кислота 20...30

Гидроксид калия 4...6

Оксид алюминия 20...25

Вода - Остальное

Электролит готовят простым смешиванием компонентов по заявленному составу.

МДО ведут в анодно-катодном режиме при температуре электролита 25...30°С, анодной плотности тока 15...20 А/дм² в течение 90 минут. Равномерную концентрацию дисперсных частиц оксида алюминия в прианодном слое во время нанесения покрытия обеспечивают перемешиванием электролита механическим способом. При этом на поверхности изделий из алюминия и его сплавов формируется покрытие из химически стойких модификаций оксида алюминия и соединений алюминия с бором, обладающих высокими механическими свойствами.

Эксперименты по изучению влияния компонентов предлагаемого электролита показали, что при содержании гидроксида калия менее 4 г/л электролит не обеспечивает достаточной рассеивающей способности, что приводит к увеличению энергоемкости процесса. При содержании гидроксида калия более 6 г/л электролит имеет высокую агрессивность, что приводит к травлению поверхности и уменьшению толщины покрытия. При содержании борной кислоты менее 20 г/л электролит не обеспечивает надежной пассивации и тем самым не увеличивает выход α-Al₂О₃ и борида алюминия, которые обладают высокими механическими свойствами, а при превышении 30 г/л повышается неравномерность покрытия.

Процесс получения покрытий в электролите, содержащем оксид алюминия в отличие от обычных электролитов, имеет иной механизм. Благодаря наличию в электролите взвешенных частиц оксида алюминия резко интенсифицируется процесс формообразования покрытия. Покрытие формируется таким образом, что в его составе присутствует введенный в электролит оксид алюминия. Как показали эксперименты, продолжительность получения покрытия с требуемой толщиной и механическими свойствами сокращается примерно в 1,5 раза.

Предложенные диапазоны концентрации оксида алюминия являются рациональными. При содержании оксида алюминия более 25 г/л снижается равномерность покрытия, при содержании оксида алюминия менее 20 г/л повышается продолжительность получения покрытия с заданными свойствами.

Изобретение проиллюстрировано примерами, представленными в таблице.

МДО подвергали образцы из алюминиевого сплава АМг2.

Измерение толщины покрытий производили с помощью вихретокового толщиномера ВТ-201.

Равномерность покрытий оценивали по коэффициенту равномерности, определяемому по формуле:

где S_min и S_max - минимальная и максимальная толщина покрытия.

Микротвердость покрытий измеряли по стандартной методике ГОСТ 9450-86 на металлографическом микроскопе Neophot-21 устройством mhp-100 при нагрузке на индентор (алмазную пирамиду Виккерса) 0,981 Н (0,1 кгс).

Испытания на изнашивание проводили по методике ГОСТ 23.224-86 в течение 200 часов на машине трения ИИ5018. Материал контробразца - сталь 45. Износ определяли весовым методом на весах АДВ-200.

Таблица
Показатели	Известные электролиты	Предлагаемый электролит
Концентрация компонентов, г/л
борная кислота 20...30; гидроксид калия 4...6	борная кислота 20...30; гидроксид калия 4...6; крахмал 6...12	борная кислота 20...30; гидроксид калия 4...6; оксид алюминия 20...25
Продолжительность получения покрытия, мин	120	120	90
Толщина покрытия, мкм	130	140-170	120-150
Микротвердость по толщине, ГПа	15-17	16-20	17-23
Скорость изнашивания, г/ч	4,2·10-3	2,9·10-3	3,1·10-3
Равномерность покрытия	0,82	0,90-0,95	0,85-0,90

Как следует из представленных в таблице данных, предлагаемый электролит позволяет сократить примерно в 1,5 раза продолжительность получения покрытия, а по толщине, микротвердости и износостойкости полученные показатели сравнимы с показателями, полученными в известных электролитах. Следовательно, предлагаемый электролит позволяет сократить расход энергии на получение покрытия.

Электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов, содержащий борную кислоту, гидроксид калия и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, г/л:

Борная кислота	20-30
Гидроксид калия	4-6
Оксид алюминия	20-25
Вода	Остальное