Способ анодирования алюминия и его сплавов

 

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электрохимическому оксидированию алюминия и его сплавов в режиме искрения. Сущность изобретения способ включает обработку на первой стадии в растворе алюмината или силиката щелочного металла с кремнефтористым натрием в качестве катализатора процесса в микродуговом режиме и обработку в слабощелочном растворе алюмината или силиката щелочного металла.

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электрохимическому оксидированию вентильных металлов в микродуговом режиме.

Известен способ электролитического нанесения силикатных покрытий на алюминий и его сплавы в режиме равномерного искрения на аноде при возрастании напряжения от 0 до 450 в течении 10-15 мин в электролите, содержащем силикат щелочного металла [1] Однако покрытия такого типа имеют низкую микротвердость, высокую пористость и, соответственно, невысокую износостойкость.

Наиболее близким к предлагаемому является способ нанесения покрытий на металлы и их сплавы в щелочном электролите с частотой наложения импульсов 50 Гц переменного тока. В процессе электрохимической обработки на металле формируется двухслойное керамическое покрытие, толщина которого около 300 мкм. Верхний слой покрытия, его можно назвать технологическим, т.к. он необходим для образования нижнего основного слоя, рыхлый, пористый, не обладает высокой твердостью и износостойкостью. Под ним находится основной слой покрытия, который получен в результате спекания различных модификаций окислов алюминия. Он твердый, износостойкий, толщиной 100-150 мкм, имеет невысокую пористость 8-15% При этом максимальная твердость основного слоя на алюминии и его сплавах достигается при электрохимической обработке их в электролитах с низким содержанием силиката или алюмината щелочного металла (ниже 10 г/л, а также щелочи (ниже 4 г/л), но для этого необходимо продолжительное время, которое составляет 4,5-5 ч и требует больших затрат электроэнергии (до 8 кВтч/дм²) [2] Уменьшить затраты электроэнергии и времени нанесения покрытия при сохранении его высокой износостойкости и твердости позволяет способ, заключающийся в том, что процесс ведут в две стадии. Технический эффект от использования состоит в интенсификации процесса нанесения слоя покрытия, заключающегося в использовании в растворе дополнительно введенного в качестве отвердителя кремнефтористого натрия и подборе концентрации составов.

На первой стадии в электролите с высокой концентрацией силиката или алюмината щелочного металла (20-150 г/л), а также кремнефтористый натрий (2-20 г/л) в переменном токе плотностью 5-150 А/дм² в течение 20-40 мин формируют неорганический полимерный слой толщиной 100-150 мкм. Силикат или алюминат щелочного металла служит основой для его образования, а кремнефтористый натрий используется в качестве катализатора процесса. При концентрации силиката или алюмината щелочного металла менее 20 г/л, как и при уменьшении времени оксидирования меньше 20 мин в этом растворе технологический слой не успевает образоваться и очень тонок (менее 100 мкм). При их концентрации более 150 г/л или увеличении времени оксидирования более 40 мин образуется очень толстый технологический слой, более 150 мкм, что вызывает появление мощных дуговых разрядов на 2-й стадии процесса, которые прожигают покрытие и вызывают его отслаивание.

На второй стадии деталь перемещается в электролит с низкими концентрациями компонентов: 0,5 4 г/л щелочи и 2-10 г/л силиката или алюмината щелочного металла. Толстый технологический слой, сформированный ускоренно на 1-й стадии процесса, но который не смог бы образоваться за это же время при использовании способа [2] способствует появлению более мощных микродуговых разрядов, вызывающих интенсивное окисление материала подложки и спекания различных модификаций его окиcлов. На второй стадии вся энергия идет на образование основного поликристаллического слоя покрытия. Время ведения второй стадии процесса 1,5-2 ч.

Общее время нанесения покрытия толщиной 300 мкм составляет 2-2,5 ч, в 2 раза меньше, чем в способе [2] Сокращение времени происходит за счет ускоренного образования технологического слоя. В отличие от других способов не происходит ухудшения качества: повышения пористости основного слоя, уменьшения его толщины, твердости и износостойкости.

П р и м е р 1. Нанесение покрытия на образец из дюралюминия Д16 осуществляли из ванны с электролитом следующего состава (г/л) на 1-й стадии: Силикат натрия 20 г/л Кремнефтористый натрий 2 г/л Вода До 1 л при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 50 Гц. Плотность тока 5 А/дм². Процесс вели в течение 20 мин. На 2-й стадии нанесение покрытия осуществляли в следующем составе: Едкий натрий 1 г/л Жидкое стекло 6 г/л Вода До 1 л при использовании переменного напряжения. Плотность тока 5 А/дм². Процесс вели 1,5 ч. Была измерена толщина покрытия. Толщина технологического слоя составляет 120 135 мкм, а основного слоя 100 120 мкм. Микротвердость измеряли стандартным методом при нагрузке 100 г на поперечных шлифах на расстоянии 90 мкм от границы переходной зоны покрытие металл. Микротвердость покрытия 13-16 ГПа.

Одновременно осуществлялось нанесение покрытия на образец из дюрали Д16 в ванне с электролитом следующего состава: Едкий натрий 1 г/л Жидкое стекло 6 г/л Вода До 1 л при использовании переменного тока. Плотность тока 5 А/дм². Процесс вели 4,5 ч. Толщина технологического слоя 105-130 мкм, основного 110-125 мкм. Микротвердость 13,5 15 ГПа. При примерно одинаковой толщине покрытия и его микротвердости сокращено время нанесения и расход электроэнергии в 2 раза.

П р и м е р 2.

1 стадия Электролит: Жидкое стекло 100 г/л Кремнефтористый натрий 10 г/л Вода До 1 л Плотность тока 80,0 А/дм² Время нанесения 30 мин 2 стадия Электролит: Едкий натрий 1 г/л Жидкое стекло 6 г/л Плотность тока 80,0 А/дм² Время нанесения 1,75 ч Толщина технологического 125-140 мкм, основного 115-130 мкм.

Микротвердость 14 16,5 ГПа.

Общее время около 2 ч.

П р и м е р 3.

1 стадия Электролит: ж/с 150 г/л Кремнефтористый натрий 20 г/л Вода До 1 л Плотность тока 150 А/дм² 2 стадия Время нанесения 40 мин Электролит: Едкий натрий 1 г/л ж/с 6 г/л Плотность тока 150 А/дм² Время нанесения 2 ч Общее время около 2,5 ч Толщина технологического слоя 135-165 мкм, основного 130-155 мкм. Микротвердость 12-14 ГПа Сравнительный анализ толщины и микротвердости предлагаемого и известного способов показывает, что время электрохимической обработки сокращается в 2-2,5 раза а расход электроэнергии до 4 кВт м/дм².

Предлагаемый способ может быть использован для нанесения износостойкого покрытия на детали машин из алюминия и его сплавов, работающие в условиях абразивного изнашивания.

Формула изобретения

СПОСОБ АНОДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ в растворе силиката или алюмината щелочного металла при переменном токе плотностью 5 150 А/дм², отличающийся тем, что процесс ведут в две стадии, на первой из которых раствор алюмината или силиката щелочного металла концентрацией 20 - 150 г/л соединяют с кремнефтористым натрием концентрацией 2 20 г/л и выдерживают в нем деталь в течение 20 40 мин, а во второй стадии деталь помещают в щелочной раствор силиката или алюмината с концентрацией 2 10 г/л и концентрацией щелочи 0,5 4,0 г/л и выдерживают в нем 1,5 2 ч.