Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МАГНИЕВЫХ СПЛАВАХ

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.

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/дм² в растворе электролита, содержащем силикат натрия, фосфат натрия и гидроокись натрия, при следующем соотношении компонентов, г/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.

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/дм² 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.

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/см² при анодной поляризации, напряжении 25-30 В при катодной поляризации изделия и соотношении периодов анодной и катодной поляризации τ_a/τ_k, равном 1, в течение 8-20 мин в электролите, имеющем следующий химический состав, г/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.

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/дм² и соотношении амплитуд анодного и катодного напряжения поляризации U_а/U_к, равном 2-4, в электролите, дополнительно содержащем гидроокись щелочного металла, натрий ванадиевокислый и бензолтриазол при следующем соотношении компонентов, г/л:

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_а/U_к, 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.

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 (Na₂SiO₃·5H₂O) - 15; гидроокись натрия (NaOH) - 12; натрий ванадиевокислый (NaO₃V·2H₂O) - 1; бензотриазол (С₆H₅N₃) - 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.

Образец подвергали электрохимической обработке при плотности тока 5А/дм², соотношении анодного и катодного напряжения поляризации U_a/U_к, 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.

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 (Na₂SiO₃·5H₂O) - 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.

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/см²=78 А/дм² при анодной поляризации, напряжении 25-30 В при катодной поляризации изделия и соотношении периодов анодной и катодной поляризации τ_а/τ_k, 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.