Електроліт для анодування титанових сплавів

Реферат: Електроліт для анодування титанових сплавів містить сульфатну кислоту та натрію хлорид. Додатково містить цирконію сульфат або натрію молібдат, або натрію вольфрамат. UA 100330 U (54) ЕЛЕКТРОЛІТ ДЛЯ АНОДУВАННЯ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ UA 100330 U UA 100330 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до електрохімічних технологій, зокрема синтезу захисних покриттів на титанових сплавах, що містять у своєму складі сполуки цирконію, молібдену та вольфраму і може бути застосована у різноманітних галузях виробництва, наприклад в автомобільній, металургійній, машинобудівній, де до покриттів висувають вимоги щодо наявності корозійної стійкості та зносостійкості. Корисна модель може бути застосована при анодуванні титанових сплавів для захисту від високотемпературної корозії. Відомим аналогом є електроліт для анодування титанових сплавів, що містить сульфатну та фосфатну кислоти та натрію хлорид [1]. Однак цей електроліт не дозволяє одержувати зносостійкі плівки, тому що утворюються тонкі плівки із низькою адгезією, що унеможливлює їх використання в умовах тертя [1]. При нагріванні до 700 °C титанові сплави схильні до окиснення та утворення на поверхні крихкого оксидного шару, що переважно складається з ТіО 2 у модифікації рутилу [2]. При експлуатації виробів в умовах підвищених температур можливо спучення та відшаровування окремих ділянок цього окисненого шару та поява тріщин, що розповсюджуючись углиб металу, знижують механічні властивості виробів, особливо в умовах тривалої експлуатації. Відомо, що при електрохімічному окисненні поверхні титанових сплавів, окрім ТіО2, у модифікації рутилу утворюється також оксид титану з кристалічною решіткою анатазу [2]. Анатаз стійкий до температури 800 °C і, на відміну від рутилу, має певну пластичність та стійкість у різних хімічних середовищах. Для забезпечення стабільності оксидних шарів при високих температурах необхідно підвищувати їх термостійкість та корозійну стійкість. Покриття, що матимуть ці властивості, можливо одержати при анодній обробці титану у водному електроліті, які містить кисневі сполуки елементів, що входять до складу електроліту [2]. Відомий аналог для отримання анодно-оксидних покриттів на титанових сплавах, що містить, г/л: фосфорна кислота 20…35 сульфатна кислота 365…385 натрію молібдат 2,5…12 натрій вольфрамат 3,5…16,5 ренієва кислота 2,5…12,5. 2 [2]. Анодування проводять при густині струму 5-20 А/дм , температурі від мінус 6 до мінус 12 °C до кінцевої напруги 200…250 В. Такий електроліт дозволяє одержувати оксидні покриття аморфної структури наступного фазового складу: ТіО 2-анатаз; МоО3; WO2; RеО3. До недоліків слід віднести високі значення напруги формування, необхідність значного охолодження електроліту та низьку товщину одержуваних оксидних шарів (11-22 мкм) [2]. Найближчим аналогом є спосіб [3], формування анодних покриттів на сплавах титану, полягає у тому, що процес проводять в електроліті, який містить сульфатну кислоту та натрію хлорид при такому співвідношенні компонентів, г/л: сульфатна кислота 280…560, натрію хлорид 60…190. 2 Анодування проводять при густині струму 2…4 А/дм протягом 60 хвилин за напруги 40…50 В при температурі 40…50 °C. Такий спосіб дозволяє одержувати оксидні покриття білого кольору товщиною до 100 мкм. До недоліків найближчого аналога слід віднести відсутність відомостей про фазовий склад даних покриттів та їх корозійну стійкість в умовах високої температури. В основу корисної моделі поставлена задача розробки електроліту для формування оксидних покриттів на титанових сплавах із якісною адгезію до основи та корозійною стійкістю при підвищених температурах до 700 °C. Поставлена задача вирішується тим, що анодування покриттів на титанових сплавах, проводять в електроліті, що містить сульфатну кислоту, натрію хлорид та цирконію сульфат або натрію молібдат, або натрію вольфрамат, при такому співвідношенні компонентів, г/л: сульфатна кислота 300…450 натрію хлорид 80…150 цирконію сульфат 25…40 або натрію молібдат 25…40 або натрію вольфрамат 25….40. Рентгенофазовий аналіз одержаних покриттів показав наявність оксиду титану у модифікаціях рутилу та анатазу. Синтезовані покриття білого кольору є суцільними, мають високу адгезію до основи. Корозійні випробування одержаних покриттів проводили в муфельній печі при температурі 700 °C протягом 100 годин. 1 UA 100330 U Зіставний аналіз корисної моделі і прототипу Матеріал Найближчий аналог сплави титану сульфатна кислота 280…560 натрію хлорид 60…190 Склад електроліту, г/л Режим процесу 2 Густина струму, А/дм Напруга процесу, В Тривалість процесу, хв. Температура, °C Фазовий склад анодної плівки Стан анодного оксидного покриття після термостатування (700 °C, 100 ч.) 5 10 15 20 25 30 гальваностатичний 2…4 40-50 60 40…50 Корисна модель сплави титану сульфатна кислота 300…450 натрію хлорид 80…150 цирконію сульфат 25….40 або молібденово-кислий натрій 25…40 або вольфрамово-кислий натрій 25…40 гальваностатичний 2…4 40-50 60 40…50 ТіО2(анатаз), ТіО2(рутил) Біле, однорідне, осередків корозії не виявлено Застосування корисної моделі дозволяє отримати якісні оксидні покриття з великим ступенем адгезії та термостабільністю. Приклад 1 Пластину із сплаву титану ОТ4-1 розміром 50×10×2 мм оксидували у розчині електроліту, який містить, г/л: сульфатна кислота - 320, натрію хлорид - 80, цирконію сульфат - 25 при 2 густині струму 2,5 А/дм впродовж 40 хвилин при перемішуванні електроліту. Отримано покриття суцільне білого кольору з великим ступенем адгезії до основи. Рентгенофазовий аналіз показав наявність наступних фаз: ТіО2(анатаз), ТіО2(рутил), Ті2О3, TiS2, Zr3S4. Після нагрівання до 700 °C на покритті не виявлено жодних пошкоджень, тріщин тощо. Приклад 2 Пластину із сплаву титану ВТ1-0 розміром 25×10×2 мм оксидували в розчині електроліту, який містить, тіл: сульфатна кислота - 400, натрію хлорид - 120 натрію молібдат - 30 при густині 2 струму 3 А/дм впродовж 50 хвилин при перемішуванні електроліту. Отримано покриття суцільне білого кольору з великим ступенем адгезії до основи. Рентгенофазовий аналіз показав наявність наступних фаз: ТіО 2(анатаз), ТіО2(рутил), Ті2О3, TiS2, MoS2. Після нагрівання до 700 °C на покритті не виявлено жодних пошкоджень, тріщин тощо. Приклад 3 Пластину із сплаву титану ВТ 1-0 розміром 25×10×2 мм оксидували в розчині електроліту, який містить, г/л: сульфатна кислота - 450, натрію хлорид - 150, натрію вольфрамат - 40 при 2 густині струму 3,5 А/дм впродовж 30 хвилин при перемішуванні електроліту. Отримано покриття суцільне білого кольору з великим ступенем адгезії до основи. Рентгенофазовий аналіз показав наявність наступних фаз: ТіО2(анатаз), ТіО2(рутил), Ті2О3, TiS2, WO2. Після нагрівання до 700 °C на покритті не виявлено жодних пошкоджень, тріщин тощо. Таким чином, використання корисної моделі забезпечує просте одностадійне формування на поверхні титанового сплаву анодних покриттів, що мають стійкість при підвищених температурах до 700 °C. Джерело інформації: 1. Патент СССР № 476335, МПК С23В 9/00, опубл. в бюл. № 25 05.07.1975. 2. Патент РФ 2383664, МПК C25D 11/26 (2006.01), 10.03.2010. 3. Аверьянов Е. Е Справочник по анодированию. - М.: Машиностроение, 1988. - 224с. 2 UA 100330 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Електроліт для анодування титанових сплавів, що містить сульфатну кислоту та натрію хлорид, який відрізняється тим, що додатково містить цирконію сульфат або натрію молібдат, або натрію вольфрамат, при такому співвідношенні компонентів, г/л: сульфатна кислота 300…450 натрію хлорид 80…150 цирконію сульфат 25…40 або натрію молібдат 25…40 або натрію вольфрамат 25….40. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3