Способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов

Способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов

Реферат

Изобретение относится к электролитическому способу нанесения покрытий, в частности к способам оксидирования деталей из алюминия и его сплавов.

Известен способ получения покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование в кислых растворах продолжительностью не более 5 минут и нагрев до 150-600°C с выдержкой не более 5 минут [Патент РФ №2081947. Способ получения покрытий / Атрощенко Э.С., Розен А.Е., Казанцев И.А. - Бюл. 2002. №17]. Однако этот способ применяется для получения тонких декоративных покрытий с низкими физико-механическими характеристиками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование продолжительностью 30-85 минут током плотностью 25-35 А/дм² в водном электролите с добавкой 0,5-0,8 г/л метиленового голубого, который способствует переходу кислорода в синглетное (активное) состояние ¹O₂; после оксидирования изделия нагревают до температур не ниже 500°C [Патент РФ №2354758. Способ получения покрытий / Чуфистов О.Е., Борисков Д.Е., Чуфистов Е.А. - Бюл. 2009. №13]. Указанный способ выбран в качестве прототипа.

Известной причиной, препятствующей достижению технического результата, обеспечиваемого предлагаемым способом, является повышенная пористость оксидного покрытия и, как следствие, пониженная коррозионная стойкость.

Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является снижение пористости оксидного покрытия.

При осуществлении способа поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в уменьшении количества и размеров пор в покрытии.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов включает первичное оксидирование продолжительностью 30-90 минут в водном электролите с применением синглетного кислорода, последующий нагрев деталей до температур не ниже 500°C и повторное оксидирование в течение 30 минут с плотностью тока 2,5-5 А/дм², при этом первичное оксидирование осуществляют в водном электролите, содержащем 5-20 мас.% серной кислоты, при плотности электрического тока 5-10 А/дм² с пропусканием озоно-воздушной смеси, содержащей 3 г/л озона.

Между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения имеется следующая причинно-следственная связь. При прохождении через электролит озон взаимодействует с ним и оксидом алюминия и превращается в синглетный кислород ¹O₂, активность которого значительно больше, чем у молекулярного O₂ [Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. - М.: Изд-во МГУ, 1998. 480 с.]. Интенсифицируется окисление алюминия через барьерный слой, и на поверхности пор появляется дополнительное количество оксида алюминия. Кроме того, в покрытии образуется повышенное количество кристаллического Al₂O₃, так как в присутствии озона облегчается его зародышеобразование [Кусков В.Н., Коленчин Н.Ф., Шадрина П.Н., Сафронов А.В. Строение и свойства анодной оксидной пленки на алюминии и сплаве // Фундаментальные исследования. - 2012. - №11 (часть 3). - С.625-629].

Нагрев выше 500°C в печи с воздушной средой способствует дополнительной перекристаллизации аморфной составляющей покрытия [Строение и свойства адсорбентов и катализаторов: Пер. с англ. / под ред. Б.Г. Линсена. - М.: Мир, 1973. 653 с.]. При перегреве выше температуры плавления алюминия металл частично заполняет поры благодаря капиллярному эффекту, а при последующем оксидировании он окисляется, и объем пор уменьшается.

Приведем примеры осуществления предлагаемого способа на пластинах размером 60×25×3 мм. Условия и результаты обработки пластин представлены в таблице. Для сравнения в таблице приведена пористость покрытия пластин, обработанных по способу-прототипу.

Таблица
Режимы и результаты обработки пластин алюминия и его сплавов
№ образца	Марка материала	Содержание H2SO4, %	Время выдержки в печи, мин	Температура нагрева, °C	Плотность тока повторного оксидирования, А/дм2	Пористость, %
1	А5	5	15	500	5	14
2	АД31	20	20	500	3	13
3	Д16	10	30	600	2,5	10
4	АД31	25	40	600	8	21
5 прототип	А5	0	90	500	0	22

Оксидирование осуществляли с помощью известной установки, которая позволяет получать озоно-воздушную смесь, содержащую 3 мг/л озона [Патент РФ на полезную модель №114056. Установка для анодирования алюминия и его сплавов / Коленчин Н.Ф., Кусков В.Н., Сафронов А.В., Шадрина П.Н. Бюл. №7 от 10.03. 2012 г.]. Использовали водный электролит, содержащий 5-20 мас.% серной кислоты, плотность электрического тока составляла 5-10 А/дм².

После оксидирования пластины промывали водой, помещали в печь, нагретую до 500-600°C, и выдерживали 15-30 минут. Затем пластины повторно оксидировали в течение 30 мин с плотностью тока 2,5-5 А/дм² в том же электролите. После извлечения пластины промывали водой, сушили и определяли пористость по известной методике гидростатического взвешивания [ГОСТ 9.304-87. Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля].

Из таблицы видно, что пористость покрытия по предлагаемому способу (образцы №№1-3) уменьшается по сравнению с показателем по способу-прототипу (образец №5). При превышении предлагаемых параметров обработки пористость практически равна пористости, полученной по способу-прототипу.

Способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов, включающий первичное оксидирование продолжительностью 30-90 минут в водном электролите с применением синглетного кислорода и последующим нагревом деталей до температур не ниже 500°C, отличающийся тем, что первичное оксидирование осуществляют в водном электролите, содержащем 5-20 мас.% серной кислоты, при плотности электрического тока 5-10 А/дм² с пропусканием озоно-воздушной смеси, содержащей 3 г/л озона, а после нагрева выполняют повторное оксидирование в течение 30 минут с плотностью тока 2,5-5 А/дм².