Спосіб формування оксидних покриттів на титанових сплавах

Реферат: Винахід можна застосовувати у автотранспорті, аерокосмічній та хімічній промисловості. Спосіб формування оксидних покриттів на титанових сплавах містить мікродугове оксидування, 2 при цьому процес проводять у гальваностатичному режимі при густині струму 3-30 А/дм протягом 30-60 хвилин з електроліту, що містить сульфатну кислоту та катіон церію і/або сульфат церію при такому співвідношенні компонентів, г/л: сульфатна кислота - 24-50 та катіон і/або сульфат церію - 8-17. Технічний результат: підвищення мікротвердості. UA 107117 C2 (12) UA 107117 C2 UA 107117 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід стосується електрохімічних технологій, зокрема синтезу оксидних функціональних покриттів на титанових сплавах, що містять у своєму складі сполуки церію, і може бути застосована у різноманітних галузях виробництва, де до покриттів висувають вимоги щодо наявності високої мікротвердості, корозійної стійкості та зносостійкості, наприклад, в металургійній, хімічній промисловостях. Відомий спосіб нанесення зносостійких оксидних шарів на сплави алюмінію та титану методом мікродугового оксидування [1]. Суть цього способу полягає у тому, що формування покриттів відбувається у гальваностатичному режимі з електролітів на основі поліфосфатів, перший з яких містить натрій пірофосфат - 7 г/л, натрій сілікат - 5 г/л та калій гідроксид - 3 г/л; до складу другого розчину входять натрій гексаметафосфат - 20-50 г/л та амоній метаванадат - і 025 г/л. З таких електролітів методом мікродугового оксидування осаджують покриття, які характеризуються високою хімічною та термічною стійкістю, однак, до недоліків синтезованих покриттів слід віднести досить низьку товщину в межах 8-20 мкм, та високий вміст фосфору, який значно обмежує області їх застосування. Мікротвердість оксидних покриттів на сплаві 2 титану ВТ9 синтезованих із першого електроліту при густині струму 15 А/дм становить лише 2 490-486 Н/мм , тоді як наявність сполуки ванадію у складі другого розчину підвищує значення 2 мікротвердості до 784 Н/мм . Таким чином, можна стверджувати, що введення сполук ванадію до складу оксидних шарів на сплавах титану суттєво підвищує їх мікротвердість. Відомий спосіб, вибраний як найближчий аналог [2], нанесення керамічного покриття на металеву поверхню, який включає мікродугове оксидування, полягає у тому, що процес проводять імпульсним струмом з електроліту, який містить дифосфат лужного металу, натрій силікат, та калій гідроксид при такому співвідношенні компонентів, г/л: дифосфат лужного металу - 7, натрій силікат - 5 г/л та калій гідроксид - 3 г/л. Оксидування проводять при анодній 2 густині струму 15 А/дм при співвідношенні амплітудних значень анодного та катодного струму близько 1 впродовж 90 хвилин. Формування покриттів закінчують при досягненні напруги у анодний період 640 В, а у катодний період 410 В. Такий електроліт дозволяє одержувати оксидні покриття товщиною 180 мкм із високою термостійкістю. До недоліків способу слід віднести довготривалість процесу мікродугового оксидування, низьку мікротвердість оксидних шарів, що одержують із вищезазначеного електроліту, вона складає лише 530 Н/мм^. Також слід зазначити, що використання лужних розчинів у процесі мікродугового оксидування характеризується коротким терміном експлуатації електроліту унаслідок шлакоутворення та залуговування, що веде до різкого зниження якості покриттів. В основу винаходу поставлено задачу розробки способу для формування на сплавах титану функціональних покриттів із підвищеною мікротвердістю, високою корозійною стійкістю та зносостійкістю. Поставлена задача вирішується тим, що формування оксидних покриттів на титанових сплавах, що містить мікродугове оксидування проводять у гальваностатичному режимі при 2 густині струму 3-30 А/дм протягом 30-60 хвилин з електроліту, що містить сульфатну кислоту та катіон церію і/або сульфат церію при такому співвідношенні компонентів, г/л: сульфатна кислота 24-50 катіон і/або сульфат церію 8-17. Введення в розчин електроліту катіону церію змінює кінетику процесу формування мікродугових покриттів на титані, а отже, морфологію й властивості оксидного шару. Крім того, створюються умови для утворення твердих розчинів, за рахунок підвищення мобільності кисню та заміщення атомів титану на атоми церію у кристалічній решітці оксиду, що сприяє підвищенню мікротвердості оксидних покриттів на титані. Застосування запропонованого способу дозволяє за рахунок зменшення тривалості ведення процесу наносити тонкі оксидні шари із підвищеною мікротвердістю. Аналіз елементного складу синтезованих матеріалів методом скануючої електронної мікроскопії показав наявність іонів церію в синтезованих покриттях у кількості від 5-10 % залежно від складу електроліту. Синтезовані покриття мають підвищену мікротвердість та високу адгезію. Мікротвердість одержаних зразків визначена за способом Вікерса з використанням ГТМТ-3 І комп'ютерною обробкою результатів. 1 UA 107117 C2 Зіставний аналіз винаходу і найближчого аналога Матеріал Склад електроліту, г/л Режим процесу 2 Густина струму, А/дм Кінцева напруга, В Тривалість процесу, хв. Товщина анодної плівки, мкм Мікротвердість покриття, 2 кг/мм 5 10 15 20 25 Найближчий аналог сплав титану ВТ 1-0, ОТ4-0 дифосфат лужного металу - 7 натрій силікат - 5 калій гідроксид - 3 імпульсний 15 410-640 90 180 Винахід сплави титану сульфатна кислота 24-50 катіон і/або сульфат церію 8-17 530 600-800 гальваностатичний 3-30 100-300 30-60 30-150 Приклад 1 Пластину із сплаву титану ОТ4-1 розміром 50×10×2 мм оксидували у розчині електроліту, 2 який містить, г/л: сульфатна кислота - 25, сполука церію - 8 при густині струму 10 А/дм впродовж 30 хвилин при перемішуванні та охолодженні електроліту. Отримано покриття світло-жовтого кольору із вмістом церію 9,06±0.1 %. Мікротвердість 2 складає 800 кг/мм . Приклад 2 Пластину із сплаву титану ВТ1-0 розміром 25×10×2 мм оксидували в розчині електроліту, 2 який містить, г/л: сульфатна кислота - 35, сполука церію - 10 при густині струму 17 А/дм впродовж 30 хвилин при перемішуванні та охолодженні електроліту. Отримано покриття світло-жовтого кольору із вмістом церію 7,38±0,1 %. Мікротвердість 2 складає 740 кг/мм . Приклад 3 Пластину із сплаву титану ВТ1-0 розміром 25×10×2 мм оксидували в розчині електроліту, 2 який містить, г/л: сульфатна кислота - 50, сполука церію - 17 при густині струму 25 А/дм впродовж 30 хвилин при перемішуванні та охолодженні електроліту. Отримано покриття світло-жовтого кольору із вмістом церію 5,22±0,1 %. Мікротвердість 2 складає 660 кг/мм . Джерела інформації: 1. Лысова Е.К. Физико-химические закономерности формирования поверхностных оксидных слоев на сплавах алюминия и титана: автореф. дис. канд.тех.наук: 02.00.04/ Лысова Елена Константиновна. - Нижний Новгород, 2007. - 22 с. 2. Патент RU 2070622, МПК C25D11/02, C25D11/06, C25D11/04, C25D11/26, 20.12.1996. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 Спосіб формування оксидних покриттів на титанових сплавах, що містить мікродугове оксидування, який відрізняється тим, що процес проводять у гальваностатичному режимі при 2 густині струму 3-30 А/дм протягом 30-60 хвилин з електроліту, що містить сульфатну кислоту та катіон церію і/або сульфат церію при такому співвідношенні компонентів, г/л: сульфатна кислота 24-50 катіон і/або сульфат церію 8-17. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2