×
29.04.2019
219.017.4442

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электролитическим способам обработки изделий из титановых сплавов для получения защитных покрытий и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, судостроительной и других отраслях промышленности. Способ включает микродуговое оксидирование поверхности изделий из титановых сплавов в щелочном электролите с твердофазными ингредиентами в виде порошков, при этом используют нанопорошки оксида титана с размером менее 0,05 мкм, а окончательное покрытие формируют при катодной обработке в кислотном электролите при температуре 450°С высаживанием металлической фазы внутри пор оксидного покрытия. Технический результат: повышение микротвердости покрытий и коррозионной стойкости изделий за счет снижения пористости. 1 табл., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электролитическим способам обработки изделий из титановых сплавов с целью получения защитных покрытий.

Способ включает микродуговое оксидирование изделий из титана в щелочных электролитах с использованием нанопорошков оксидов металлов с высокой твердостью и последующую катодную обработку в кислотных электролитах-расплавах, содержащих катионы металлов, для формирования нанокомпозитного монолитного покрытия, обладающего повышенным уровнем служебных свойств.

Изобретение может быть использовано для совершенствования приемов защиты поверхности изделий, эксплуатируемых в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, судостроительной и других отраслях промышленности Известны способы нанесения покрытий с целью получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов [1-6].

Недостатками покрытий, полученных известными способами [1-5], являются: неравномерность по толщине, наличие пор и, как следствие, пониженные служебные свойства.

Недостатками известного способа [6] являются сложность технологического процесса и опасность образования трещин в покрытиях.

Наиболее близким по технической сущности и взятым в качестве прототипа является способ получения покрытий, включающий микродуговое оксидирование различных материалов в щелочных и кислотных электролитах с добавлением порошковых частиц [7]. К недостаткам этого способа относятся пониженные служебные свойства.

Причиной снижения служебных свойств является наличие пор в покрытиях, т.к. в порах при наличии агрессивной среды начинает работать микрогальванический элемент: металл основы-покрытие. Эти участки будут исполнять роль анодов, покрытие теряет связь с основой, что определяет высокий уровень потерь и снижение служебных свойств.

Техническим результатом изобретения является повышение служебных свойств, например, коррозионной стойкости и поверхностной твердости покрытий за счет снижения пористости.

Технический результат достигается за счет того, что в способе, включающем микродуговое оксидирование поверхности изделий из титановых сплавов в щелочных электролитах с использованием твердофазных ингредиентов в виде порошков, используют нанопорошки оксида титана с размером менее 0,05 мкм, а окончательное покрытие формируют при катодной обработке в процессе высаживания металлической фазы внутри пор оксидного покрытия.

Известно, что процесс формирования оксидного покрытия при микродуговом оксидировании относится к разряду плазмохимических и контролируется реакциями, происходящими в низкотемпературной активной плазме многочисленных разрядов на аноде. В результате электрического пробоя пленки происходит образование в оксидной пленке нитевидного канала (поры), равного диаметру искровых разрядов 0,01-0,05 мкм.

Рельеф поверхности оксидного покрытия в поперечном разрезе на профилограмме представляет чередование пиков вершин и впадин (пор). При этом величина служебных свойств определяется минимальной толщиной покрытия на дне впадины (поры), следовательно, чем выше заполнение впадин, тем соответственно выше уровень служебных свойств.

Использование частиц с размерами 0,5-5 мкм может привести к образованию пористости и плохому сцеплению покрытия с металлической основой, т.к. при микродуговом оксидировании крупные частицы не успевают оплавиться.

Для полного оплавления размер металлических порошков не должен превышать диаметра плазмоискровых разрядов, т.е. не более 0,05 мкм, но и в этом случае в оксидном покрытии будут выявляться поры.

Для «заполнения» пор изделие с оксидным покрытием дополнительно подвергают катодной обработке в электролитах, содержащих катионы металлов. В процессе этого образуется металлическая фаза, которая формируется в первую очередь на дне пор (впадин), заполняя ее, выравнивая рельеф поверхности. Осаждаясь в порах, катодный металл на поверхности обрабатываемого изделия формирует кислородосодержащий слой, армированный металлической фазой с высокой твердостью: [Me1O2+Me2].

Осаждение металлического титана происходит при катодной обработке изделия в электролите-расплаве, содержащем соли титана, способные под воздействием электрического тока диссоциировать на катионы и образовывать нерастворимые окислы.

Катионы титана (в заявляемом изобретении титана с зарядом Ti+3 и Ti+4) восстанавливаются на катоде: Ti+n+ne-→Ti, где 2≤n≤4.

В первую очередь потенциал начала осаждения катионов титана из электролита достигается там, где при катодной обработке имеем минимальное сопротивление, т.е. на дне пор оксидной пленки. Осаждение металлического титана является по существу катодным процессом «заполнения пор» оксидного покрытия.

Таким образом, микродуговая обработка поверхности изделий из титана или его сплавов в щелочных электролитах с добавлением металлических нанопорошков TiO2, размер которых не превышает 0,05 мкм, и последующее осаждение металлического титана в порах при катодной обработке формируют нанокомпозитное покрытие с повышенным уровнем служебных свойств.

Пример конкретного выполнения. Получение нанокомпозитного покрытия на поверхности изделий из титана состоит из двух этапов: первый этап - микродуговая обработка в щелочном электролите с введением нанопорошков и формированием оксидного покрытия; второй этап - катодная обработка в кислотном электролите с осаждением металлического титана в порах оксидного покрытия.

1 этап - Обрабатываемая деталь любого размера и конфигурации подключалась в качестве анода к источнику электрического тока, а в качестве катода использовали устройство, состоящее из электрода, выполненного в виде металлического сетчатого барабана с закрепленным на барабане пористым цилиндрическим экраном, образующим замкнутую внутреннюю полость.

Для эксперимента использовали лист титана марки ВТ 1-0, подключенного в качестве анода. Электролитом служил водный раствор тринатрий фосфата натрия 15 г/л, содержащий также силикат натрия 20-30 г/л. Параметры процесса: рН 10-11, плотность тока 3,5-5,0 А/дм2, напряжение на ванне 320 В.

В электролит в количестве примерно 3% по массе при равномерном перемешивании засыпают ультрадисперсный нанопорошок TiO2 с размером частиц менее 0,05 мкм. Порошок распределялся равномерно по реакционному объему. Время обработки составляло 10 минут. Перемещение изделия относительно электролита осуществляли при его вращении специальным шпинделем. Линейная скорость вращения 10-50 м/мин.

После получения на поверхности изделия оксидного покрытия толщиной 20 мкм, изделие извлекали из ванны, промывали и просушивали продувкой теплого воздуха при температуре 100-150°C.

2 этап - Катодная обработка в кислотном электролите - расплаве (рН 1,0-1,2) с осаждением металлического титана в порах оксидного покрытия. Электролит состоит из смеси галогенов щелочных металлов и магния с низшими хлоридами титана. Относительное содержание двухлористого титана от суммы ионов Ti+2+Ti+3 в расплаве низших хлоридов составляло не менее 40%.

Электролитические параметры процесса осаждения металлического титана следующие: Да=0,1-3,0 А/дм2; Дк=0,2-1,5 А/дм2. Обработка выполняется при температуре электролита 400-450°C, общей концентрации металлического титана в электролите не менее 5% (вес.).

Таким образом, в результате микродугового оксидирования и последующей катодной обработки с заполнением пор оксидного покрытия металлической фазой образуется монолитное, прочно сцепленное с основой нанокомпозитное покрытие.

Нанокомпозитное покрытие, полученное по заявляемому изобретению, обладает более высокими служебными свойствами, что достигается за счет использования нанопорошков оксида титана размером менее 0,05 мкм и последующего армирующего эффекта при катодном высаживании металлического титана в порах оксидного покрытия.

Технический результат - заявляемый способ получения покрытий позволяет повысить служебные свойства: коррозионную стойкость, поверхностную микротвердость за счет снижения пористости и расширить области применения микродуговой обработки.

Результаты и служебные свойства покрытия по предлагаемому изобретению и прототипу приведены в таблице.

Коррозионные испытаний покрытий, полученных по заявляемому способу и прототипу проводили в растворе 3% NaCl, микротвердость определяли по ГОСТ 9450.

Источники информации

[1] Патент RU 2 294987, C25D 11/02, 25.09.2005 «Электролитический способ нанесения защитных покрытий на поверхность металлов и сплавов».

[2] Патент RU 02194204, C25D 11/02, 2002. 12.20, «Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов».

[3] Патент RU 022623728, C25D 11/02, 2005. 11.10, «Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов».

[4] Патент RU 02250937, C25D 11/02, «Способ формирования покрытий».

[5] Патент RU 02238351, C25D 11/02, 2004. 10. 20 «Способ получения покрытий».

[6] Патент RU 02026890 C25D 11/02, 1995. 01. 20, «Способ формирования износостойких покрытий».

[7] Патент RU 2 250937, C25D 11/02, 29.03.2004 «Способ получения покрытий» - прототип.

Способ получения покрытий на поверхности изделий из титановых сплавов, включающий микродуговое оксидирование в щелочном электролите с твердофазными ингредиентами в виде порошков, отличающийся тем, что используют нанопорошки оксида титана с размером менее 0,05 мкм, а окончательное покрытие формируют при катодной обработке в кислотном электролите при температуре 450°С высаживанием металлической фазы внутри пор оксидного покрытия.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 25.
10.11.2013
№216.012.7ce0

Способ получения металлического покрытия на режущих кромках почвообрабатывающей техники

Изобретение относится к сварочному производству. Способ включает изготовление присадочного материала в форме брикетов. Брикеты состоят из смеси порошков, в которой упрочняющие частицы в наноразмерном диапазоне составляют 0,1-0,4% от массы наплавляемого металла. Связующий компонент выполняют в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497641
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.03.2015
№216.013.2f57

Жаропрочный сплав на никелевой основе

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, предназначенным для элементов, используемых в атомной энергетике, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, работающих при высоких температурах. Жаропрочный сплав на никелевой основе содержит, мас.%:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543587
Дата охранного документа: 10.03.2015
20.06.2015
№216.013.56de

Сварочная проволока для сварки высоконикелевых сплавов

Изобретение относится к металлургии жаропрочных сплавов для сварочной проволоки и может быть использовано для сварки деталей из высоконикелевых сплавов высокотемпературных установок с температурой эксплуатации до 950C. Сварочная проволока содержит, мас.%: углерод 0,01-0,05, кремний 0,05-0,2,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553768
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.02.2019
№219.016.bce7

Аустенитная коррозионно-стойкая сталь

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов легированных аустенитных сталей, используемых в различных отраслях промышленности для деталей ответственного назначения. Аустенитная коррозионно-стойкая сталь, содержит компоненты в следующем соотношении, в мас.%: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002284366
Дата охранного документа: 27.09.2006
20.02.2019
№219.016.be84

Коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь и способ ее термодеформационной обработки

Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей и сплавов, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих и примесных элементов и предназначено для использования в различных областях промышленности. Нагревают слиток из коррозионно-стойкой высокопрочной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002392348
Дата охранного документа: 20.06.2010
23.02.2019
№219.016.c75e

Титановый сплав для силовых крепежных элементов

Изобретение относиться к металлургии, а именно к титановым сплавам, и предназначено для использования в атомном энергомашиностроении при производстве силовых крепежных элементов фланцевых соединений и разъемов различных технологических систем реакторного оборудования атомных и термоядерных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002391426
Дата охранного документа: 10.06.2010
23.02.2019
№219.016.c79d

Титановый сплав для реакторного оборудования атомной и термоядерной энергетики

Изобретение относится к металлургии титановых сплавов, предназначенных для использования при производстве оборудования и в корпусных конструкциях стационарных и транспортных ядерных энергетических установок. Техническим результатом является создание сплава с улучшенным комплексом механических и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002367697
Дата охранного документа: 20.09.2009
20.03.2019
№219.016.e8fb

Способ производства низкоуглеродистого особо чистого феррохрома и хрома

Изобретение относится к способам вакуум-термической обработки ферросплавов, в частности феррохрома и хрома металлического и может быть использовано при изготовлении отливок, слитков, сварочной проволоки, электродов, порошковой проволоки, флюсов для металлургической, атомной, судостроительной,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002439187
Дата охранного документа: 10.01.2012
20.03.2019
№219.016.e95a

Способ определения работоспособности стальных газонефтепроводных труб магистральных трубопроводов

Изобретение относится к способам определения работоспособности газонефтепроводных стальных труб магистральных трубопроводов и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности. Техническим результатом является повышение информативности и полноты оценки работоспособности трубопроводов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002442114
Дата охранного документа: 10.02.2012
08.04.2019
№219.016.fed4

Состав проволоки для механизированной сварки

Изобретение относится к области металлургии и сварки, а именно к сварочным проволокам, используемым для механизированной сварки в среде защитных газов конструкций из немагнитной высокопрочной аустенитной азотистой стали, применяемой в различных отраслях промышленности, в частности судостроении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002437746
Дата охранного документа: 27.12.2011
Показаны записи 1-10 из 30.
27.02.2013
№216.012.2b5c

Способ нанесения покрытий на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенных давлениях

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476627
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.12.2013
№216.012.9106

Сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана с высокой коррозионной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах, и может быть использовано в свариваемых элементах оборудования: химических производств, оффшорной техники и судостроения. Сплав...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502819
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.02.2014
№216.012.9eb4

Сплав на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, и может быть использовано в элементах оборудования химических производств, в сварных соединениях судостроения. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 4,3-6,3, молибден 1,5-2,5, углерод 0,05-0,14,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506336
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.04.2015
№216.013.3e0b

Литейный сплав на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, в частности к свариваемым литейным сплавам на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок арматуры, насосов, корпусов, используемым в судостроении, химической и других отраслях промышленности. Сплав на основе титана содержит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547371
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3e0c

Способ получения покрытий на поверхности металлов и сплавов

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов и сплавов для получения коррозионно-стойких покрытий и может быть использовано для осуществления локальной обработки поверхности конструкций, например, из титановых сплавов в машиностроении, медицине, авиации. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547372
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.08.2015
№216.013.70e6

Способ получения многослойного материала

Изобретение может быть использовано для получения крупногабаритных многослойных материалов, используемых в атомной, нефтегазовой, химической отраслях промышленности, а также в судостроении. Для повышения прочности сцепления металлических плит из разнородных материалов применяют нанесение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560472
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.04.2016
№216.015.32f8

Сплав на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым сплавам, и может быть использовано для изготовления конструкций, работающих в агрессивных средах, такой как морская вода, при повышенных температурах. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 3,0-4,2, цирконий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582171
Дата охранного документа: 20.04.2016
10.05.2016
№216.015.3bb8

Сплав на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, и предназначено для использования в паротурбинных установках и высоконагруженных сварных конструкциях, эксплуатируемых при повышенной температуре. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 4,3-6,3;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583972
Дата охранного документа: 10.05.2016
25.08.2017
№217.015.b524

Литейный сплав на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, в частности к свариваемым литейным сплавам на основе титана и предназначенным для изготовления фасонных отливок литых и сварных гребных винтов, рабочих колес водометных движителей, насосов. Литейный сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614228
Дата охранного документа: 23.03.2017
25.08.2017
№217.015.b526

Сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана для изготовления труб, используемым для теплопередающих элементов водяных парогенерирующих аппаратов атомных энергетических установок, нефтеперерабатывающей и нефтехимических предприятий. Сплав на основе титана содержит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614229
Дата охранного документа: 23.03.2017
+ добавить свой РИД