Спосіб борування алюмінію та його сплавів
Номер патенту: 43482
Опубліковано: 15.04.2004
Автори: Федоренкова Любов Іванівна, Піляєва Світлана Борисівна, Спиридонова Ірина Михайлівна
Формула / Реферат
Спосіб борування алюмінію і його сплавів, що включає борування у електроліті, який містить водний розчин карбонату лужних металів, гліцерин і порошок карбіду бору, при електролітному нагріві, який відрізняється тим, що борування здійснюють при щільності струму 0,5-1,8 А/см2, напрузі - 30-120 В в електроліті, який попередньо активовано шляхом пропусканням постійного електричного струму щільністю 1,2-2 А/см2 через електроліт при напрузі 30-70 В.
Текст
Спосіб борування алюмінію і його сплавів, що включає борування у електроліті, який містить водний розчин карбонату лужних металів, гліцерин і порошок карбіду бору, при електролітному нагріві, який відрізняється тим, що борування здійснюють при ЩІЛЬНОСТІ струму 0,5 - 1,8 а/см2, напрузі 30-120В, в електроліті, попередньо активованим пропусканням постійного електричного струму ЩІЛЬНІСТЮ 1 , 2 - 2 а/см2 через електроліт при напрузі ЗО - 70В Винахід відноситься до хіміко-термічної обробки (ХТО), зокрема, до поверхневого зміцнення боруванням алюмінію і його сплавів і може бути використаний для зміцнення деталей, що працюють в умовах інтенсивного зносу, високих температур, радіаційного випромінювання Заявлений спосіб дозволить одержувати не тільки зносостійке покриття, що підвищує МІЦНІСТЬ виробів, але й збільшити питомий опір алюмінієвих виробів у 3-7 рази Крім того, спосіб, що заявляється, економічний, бо процес насичення продовжується не більш 10-15 хвилин, не потребує великих витрат енергії, площ і екологічно безпечний ВІДОМІ способи поверхневої обробки алюмінію і його сплавів, у результаті застосування яких, на поверхні утворюються оксидні покриття Процес анодування здійснюється у кислому середовищі протягом 60-240 хвилин при ЩІЛЬНОСТІ струму від 1,8 до 2,5 А/см2, температурі електроліту не більше 40°С, де алюміній та його сплави є анодом Недоліками цих способів є шпаристість (5-20%) отриманих покриттів, більш низька твердість (450-550 кг/мм2) і опір зносу, тривалий час процесу електролізу, зменшення товщини оксидної плівки зі зростом температури [1] Відомий спосіб електролізного борування у розплавах, що містять сполуки бору, з температурою розплаву 800-900°С протягом 2-3 годин [2] Однак даний спосіб насичення не може бути використаним для насичення бором алюмінію, оскільки приводить до розплавлення останнього Крім того, він потребує тривалого часу насичення, не є економічним, екологічно небезпечний Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є спосіб борування в розчинах електроліту з використанням електролітного нагріву сплавів на основі заліза [3] Цей спосіб борування включає обробку поверхонь сталевих виробів в електроліті, до складу якого входить водний розчин карбонату лужних металів, гліцерину і порошку карбіду бора при ЩІЛЬНОСТІ струму 0,3-0,9 А/см , напрузі 180-220 В, температурі електроліту 5080°С, температурі поверхні зразка - 650-950°С У результаті пошуку встановлено, що у відомому способі електролізного борування [3] не здійснювалося борування легкоплавких металів і сплавів, зокрема, алюмінію і його сплавів Режим електролізу зазначених способів не придатний для обробки поверхні легкоплавких металів і сплавів, оскільки призводить до інтенсивної ерозії й оплавлення поверхні Задачею винаходу є одержання на поверхні алюмінію і його сплавах захисних покриттів, що містять бор, які мають підвищену твердість та опір зносу вш Поставлена задача вирішується тим, що в способі хіміко-термічної обробки алюмінію і його сплавів, що включає борування у водному розчині електроліту, який містить водний розчин карбонату лужних металів, гліцерин і порошок карбіду бора, при електролітному нагріві новим є те, що борування здійснюють при ЩІЛЬНОСТІ струму 0,5-1,8 А/см2, напрузі 30-120 В в електроліті, попередньо активованим пропусканням постійного електричного струму ЩІЛЬНІСТЮ 1,2-2 А/см2 через електроліт при напрузі 30-70 В 00 со 43482 ладається з водного розчину карбоната лужних металів, гліцерину, порошку карбіду бора Карбід бора є джерелом елементів, що насичують - атомів бора Гліцерин утворює пружне середовище, у якому карбід бора знаходиться в зваженому стані У способі борування, що заявляється, використовують електролггний нагрів, де анодом служить циліндр із нержавіючої сталі Х18Н10Т, а катодом - зразок з алюмінію і його сплавів Процес здійснюють у керамічному тиглі, в електролгп, що ск Вплив режимів борування та активації електроліту на властивості шару, що утворюються на поверхні алюмінію та його сплавів № Режим електролізу Щільність струму, А/см* 1 Режим активації Напру- Щільність га, В струму, А/см2 Товщина шару, мкм Мікротвердість, кг/мм2 Відносна зносостойкість, Примітки £ = Д Ш е т / ДГПзраз Напруга, В 1,11 Приклад 15 1,11 Приклад 1,14 Приклад 0,35 20 8-Ю 0,35 20 0,8 20 0,35 ЗО 20 20 1,8 60 23 380±24 1,17 Приклад 0,35 20 2 70 24 370±21 1,17 Приклад 0,35 20 2,5 150 26 387±18 1,18 Приклад 0,5 120 40±4 798±27 1,4 Приклад 0,5 120 0,8 20 42±7 805±24 1,4 Приклад 0,5 120 1,2 ЗО 43±9 911±15 1,9 Заявлено 0,5 120 1,8 60 60±14 911±14 1,95 Заявлено 0,5 120 2 70 62±12 912±14 1,9 Заявлено 0,5 3 1,2 0,35 2 20 350±14 120 2,5 150 50±17 875±21 1,4 Приклад 0,9 110 60±6 908±24 1,6 Приклад 1,65 Приклад 0,9 0,8 20 60±7 0,9 110 1,2 ЗО 68±4 941±34 2,1 Заявлено 0,9 110 1,8 60 67±6 943±24 110 2 70 68±3 945±27 2,1 2 Заявлено 0,9 0,9 110 2,5 150 62±6 909±29 17 Приклад 0,9 90 60±5 870±12 1,5 Приклад 0,9 90 0,8 20 65±4 987±24 2 Заявлено 0,9 90 1,2 ЗО 68±3 978±17 1,95 Заявлено 0,9 4 110 909±15 90 1,8 60 66±6 989±21 2 Заявлено Заявлено Заявлено 0,9 70 67±5 90 2,5 150 60±5 910±14 2,1 1,9 1,2 50 63±3 909±17 1,76 Приклад 1,2 50 0,8 20 62±4 909±15 1,77 Приклад 1,2 50 1,2 ЗО 67±5 1002±27 2,2 Заявлено 1,2 50 1,8 60 67±3 1006±13 2,1 Заявлено 1,2 50 2 70 68±5 1004±12 50 2,5 150 66±5 910±14 2,1 1,8 Заявлено 1,2 6 2 0,9 5 90 1007±23 1,8 ЗО 62±5 909±27 1,75 Приклад 1,8 ЗО 0,8 20 65±3 909±24 2,2 Приклад 1,8 ЗО 1,2 ЗО 68±5 1134±19 2,4 Заявлено 2,4 Заявлено Приклад Приклад 1,8 ЗО 1,8 60 67±4 1136±13 1,8 ЗО 2 70 68±7 1141±21 2,5 Заявлено 1,8 ЗО 2,5 150 63±8 909±19 1,9 Приклад 43482 Продовження таблиці № Режим електролізу Мікротвер2 дість, кг/мм Відносна зносостойкість, Примітки £ = Д Ш е т / ДШзраз 140 40±4 480±24 Приклад 2,1 140 0,8 20 45±6 497±17 2,1 140 ЗО 47±3 512±23 1,4 Приклад 2,1 140 1,8 60 48±5 540±17 1,4 Приклад 2,1 Анодований шар 2,1 "ю "ю Напруга, В 140 2 70 47±7 548±12 Приклад 2,1 2,5 140 2,5 150 42±3 490±23 65±9 500±50 "ел "ю "ел 7 Щільність струму, А/см* Товщина шару, мкм "to ЩільНапруність стга, В руму, 2 А/см Режим активації Водний розчин карбонату лужних металів створює лужне середовище, що виключає можливість окислювання поверхні деталі Крім того, із збільшенням концентрації карбонату лужних металів зростає електропровідність розчину Напругу при електролізі можна змінювати в межах 30-120 В, ЩІЛЬНІСТЬ струму - 0,5-1,8 А/см2 Напруга вище 120 В може призвести до небажаних наслідків, а саме ерозії металу й оплавленню окремих ділянок на поверхні катода Напруга нижче ЗО В сприяє утворенню шару малої товщини, оскільки при такій напрузі найчастіше утворюється товста шкірка навколо катоду зі злиплих частинок карбіду бора, що утруднює процес дифузії Поєднання малої напруги -30-50 В й більшої ЩІЛЬНОСТІ струму -0,9-1,8 А/см2, а також -80-120 В при ЩІЛЬНОСТІ струму -0,5-0,8 А/см2 є оптимальним варіантом при насиченні бором поверхні алюмінію і його сплавав Немаловажною особливістю способу, що заявляється, є активація електроліту, здійснювана пропусканням постійного електричного струму при напрузі 30-70 В й ЩІЛЬНОСТІ струму 1,2-2 А/см2 Після ЦІЄЇ операції спостерігається зміна спроможності до насичення електроліту Границі часу активації продиктовані технічними можливостями установки, на якій проводять борування У процесі борування алюмінієвих виробів відбувається розігрів поверхні і прилеглих до неї прошарків до температур порядку 250-500°С, що забезпечує загартування виробів Вивчення властивості покриттів, що містять бор, на поверхні алюмінію і його сплавів проводили за допомогою металографічного аналізу на приладах ПМТ-3 (мікротвердомір), Неофот-1 (мікроскоп) Фазовий склад покриття визначали за допомогою рентгеноструктурного аналізу на установці ДРОН-ЗМ Знос борованих зразків визначали на установці для випробування валкових та штампо Приклад Приклад [1] вих матеріалів з зусиллям притиску 200 кгс та швидкістю оберту 140-150 об/хвил У таблиці приведені порівняльні дані властивостей борованого шару в залежності від режиму активації електроліту і режиму електролізу Приклад Борування технічного алюмінію здійснювали у водному розчині електроліту, що містить водний розчин вуглекислого натрію, гліцерин і порошок карбіду бора, при електролітному нагріві і ЩІЛЬНОСТІ струму 1,2 А/см2, напрузі 40 В, протягом 12 хвилин в електроліті, попередньо активованим пропусканням постійного електричного струму ЩІЛЬНІСТЮ 2 А/см2 через електроліт при напрузі ЗО В протягом 15 хвилин У результаті на поверхні алюмінію отримано шар на основі боридів алюмінію А1Вю, АІВ12 глибиною порядку 67±5 мкм і мікротвердістю 1002±27 кг/мм2, відносною ЗНОСОСТІЙКІСТЮ - 2,2 разів Отримане по заявленому способу покриття має більшу твердість (від 911 ±14 до 1136±13 кг/мм2) і відносну ЗНОСОСТІЙКІСТЬ (від 1,9 до 2,5 ра зів) в порівнянні з покриттями, отриманими на алюмінії при анодуванні Заявлений спосіб дозволить одержати не тільки зносостійке покриття, що підвищує МІЦНІСТЬ виробів, але й збільшити питомий електричний опір алюмінієвих виробів у 3-7 рази Спосіб, що заявляється, економічний, бо процес насичення продовжується не більш 10-15 хвилин, не потребує великих витрат енергії, площ і екологічно безпечний 1 Голубев А И Анодное окисление алюминиевых сплавов М Издат АН СССР, институт физ химии -1961 -198 с 2 Ворошнин Л Г , Ляхович Л С Борирование стали М Металлургия, 1978, 239 с 3 Ляхович Л С , Бельский Е И , Косачевский Л Н Авт свид № 383768 - "Открытия, изобретения, промышленность, обработка, товарные знаки" 1973, №23 43482 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3 43482
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюA method for the boration of aluminium and alloys thereof
Автори англійськоюFedorenkova Liubov Ivanivna, Spyrydonova Iryna Mykhailivna, Piliaieva Svitlana Borysivna
Назва патенту російськоюСпособ борирования алюминия и его сплавов
Автори російськоюФедоренкова Любовь Ивановна, Спиридонова Ирина Михайловна, Пиляева Светлана Борисовна
МПК / Мітки
МПК: C23C 8/00
Мітки: борування, сплавів, алюмінію, спосіб
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/5-43482-sposib-boruvannya-alyuminiyu-ta-jjogo-splaviv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб борування алюмінію та його сплавів</a>
Попередній патент: Гібридні органо-неорганічні гелі для екстракції хімічних елементів, таких як лантаніди і актиніди, та способи одержання цих гелів
Наступний патент: Вічний календар
Випадковий патент: Маса для виготовлення монолітної футерівки металоприймальних ковшів