Спосіб обробки поверхні алюмінію та його сплавів

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности к обработке алюминия и его сплавов. Известен способ обработки поверхности алюминия и сплавов, включающий кратковременную выдержку а щелочном растворе на основе фосфата и карбоната натрия при температуре 75-85°С в течение 10 с, анодную обработку в том же растворе постоянным током плотностью 30 А/929 см 2 в течение 10-15 мин и после водной промывки нанесение защитного покрытия анодиро-ванием постоянным или переменным током плотностью 5 А/929 см 2 при температуре 20-50°С в течение 10-15 мин в 3-40 мас.% растворе бисульфата щелочного металла. Указанная совокупность приводит к повышенной отражательной способности и используется для получения зеркальной поверхности [1]. В качестве прототипа выбран способ обработки поверхности алюминия и его сплавов, включающий механическую шлифо вку, механическую полировку, обезжиривание в уайт-спирите и ОП-7, электрополирование на аноде в электролите при температуре 70-80°С, анодной плотности тока 10 А/дм 2, напряжении 12 В в течение 5-10 мин в растворе, содержащем, г/л: фосфорную кислоту - 1100-1300, хромовый ангидрид - 130-180, серную кислоту - 10-150, промывку в течение 30 с при температуре 80°С в растворе, содержащем, г/л; бихромат калия 10-15, соду кальцинированную - 15-20, анодирование в20% растворе серной кислоты при плотности тока 1 А/дм 2, напряжении 12-18 В, промывку в растворе жидкого стекла, сушк у при температуре 50-60°С [2]. Недостатками известной технологии является ее сложность - механическая шлифовка и полировка, раздельные операции осветления и консервации. Токсичность хромсодержащих растворов для полирования и консервации приводит к ухудшению условий труда. Небольшой срок сохранения полированной поверхности на воздухе не позволяет эксплуатировать изделия более 240 часов без ухудшения характеристик поверхности вследствие коррозионных процессов. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа обработки поверхности алюминия и его сплавов, в котором за счет изменения режимов технологического процесса и составов растворов для осуществления операций, составляющих процесс, чем обеспечивается исключение операции консервации и в результате -упрощение технологического процесса. Кроме того, исключение высокотоксичных хромсодержащих веществ из состава позволяет улучшить условия труда, а сокращение общего времени обработки и применение более низких плотностей тока приводит к сокращению энергозатрат. Поставленная задача решается тем, что в способе обработки поверхности алюминия и его сплавов, включающем подготовку поверхности, электрополирование в растворе, содержащем ортофосфорную и серную кислоты, и пассивирование в кислом растворе, согласно изобретению подготовку поверхности ведут при температуре 15-30°С в течение 1-5 минут в растворе, содержащем. мас.%: гидроксид натрия 3-4, трилон Б 2-3, воду 93-95, злектрополирование ведут при температуре 40-60°С, напряжении 8-15 В и анодной плотности тока 420-640 А/м 2 в течение 10-30 минут в растворе, дополнительно содержащем ортофосфорную кислоту 63,5-64,5, серную кислоту 24,6-24,7, ионы железа 0,015-0.03, воду 11,08-11,78, а пассивирование ведут при температуре 18-25°С в течение 1-6 минут в растворе, содержащем, мас.%: азотную кислоту 33,04-36,1, соль хлорной кислоты 1.4-7,76, воду 59,2-62,5. Повторная обработка после хранения или использования ранее обработанной таким способом поверхности включает ее подготовку и пассивирование, без непосредственно процесса ЭХП. Примеры конкретного выполнения. Пример 1. Приготовлен был для предварительной обработки раствор путем растворения в 950 мл воды 30 г гидроксида натрия и 20 г трилона Б. Раствор содержал (мас.%): гидроксид натрия 3 трилон Б 2 Вода 95 Поверхность алюминия (марка А8) обрабатывали 5 мин при 20°С, поверхность сплава Д16-5 мин при 30°С, поверхность сплава АМr6 - 5 мин при 15°С. После обработки поверхности имели светло-серый цвет. Приготовлен был полирующий раствор путем смешивания 300 мл ортофосфорной кислоты ( r = 171 г / см 3 ), , 100 мл серной кислоты ( r = 1 83 г / см 3 ), в котором было растворено 0,11 г оксида железа (III). Раствор имел , состав (мас.%): Ортофосфорная кислота 64,3 серная кислота 24,6 ионы железа 0,015 вода 11,095 Поверхности образцов полировали электрохимически (ЭХП) согласно таблице: Приготовлен был осветляющий раствор путем смешивания 100 мл 63%-ной азотной кислоты, 100 мл воды, в котором было растворено 3,3 г магния хлорнокислого. Раствор имел состав (мас.%): азотная кислота 36,1 магний хлорнокислый 1,4 вода 62,5 Режимы операций осветления и консервации осуществляли согласно таблице: Результаты оценки качества поверхности и испытаний приведены в таблице 1. После обработки поверхность не изменяла своих характеристик в течение 6 месяцев. После 7-месячного хранения образцов на воздухе их подвергли такой же обработке и обработке без ЭХП. Свойства поверхности восстановились. Пример 2. Приготовлен был для предварительной обработки раствор путем растворения в 940 мл воды 35 г гидроксида натрия и 25 г трилона Б. Раствор содержал (мас.%): гидроксид натрия 3,5 трилон Б 2,5 воду 94,0 Поверхность алюминия (марка А8) обрабатывали 3 мин при 20°С, поверхность сплава Д16 - 3 мин при 25°С, поверхность сплава АМr6 - 3 мин при 20°С. После обработки поверхности имели светло-серый цвет. Приготовлен был полирующий раствор путем смешивания 360 мл ортофосфорной кислоты ( r = 171 г / см 3 ), , 120 мл серной кислоты ( r = 1 83 г / см 3 ), в котором было растворено 0,43 г железного купороса. Раствор имел , состав (мас.%): Ортофосфорная кислота 63,5 серная кислота 24,7 ионы железа (II) 0,02 вода 11,87 Поверхности образцов подвергали ЭХП согласно таблице: Приготовлен был осветляющий раствор путем смешивания 150 мл 62%-ной азотной кислоты, 150 мл воды, в котором было растворено 15 г натрия хлорнокислого. Раствор имел состав (мас.%): азотная кислота 34,4 натрий хлорнокислый 4,0 вода 61,6 Режимы операций осветления и консервации воды в таблице: Результаты оценки качества поверхности и испытаний приведены в таблице 1. После обработки поверхность не изменяла своих характеристик в течение 6 меся-цев. После 9,5-месячного хранения образцов на воздухе их подвергли такой же обработке. Свойства поверхности восстановились. Пример 3. Приготовлен был для предварительной обработки раствор путем растворения в 930 мл воды 40 г гидроксида натрия и 30 г трилона Б. Раствор содержал (мас.%): гидроксид натрия 4,0 трилон Б 3,0 воду 93,0 Поверхность алюминия (марка А8) обрабатывали 1 мин при 20°С, поверхность сплава Д16-2 мин при 30°С, поверхность сплава АМr6-1,5 мин при 25°С. После обработки поверхности имели светло-серый цвет. Приготовлен был полирующий раствор путем смешивания 450 мл ортофосфорной кислоты ( r = 171 г / см 3 ) и , 150 мл серной кислоты ( r = 1 83 г / см 3 ), в котором было растворено 0,45 г оксида железа (III). Раствор имел , состав (мас.%): Ортофосфорная кислота 63,5 серная кислота 24,7 ионы железа (III) 0,03 вода 11,77 Поверхности образцов подвергали ЭХП согласно таблице: Приготовлен был осветляющий раствор путем смешивания 100 мл 62%-ной азотной кислоты, 100 мл воды, в котором было растворено 20 г калия хлорнокислого. Раствор имел состав (мас.%): азотная кислота 33,04 натрий хлорнокислый 7,76 вода 59,20 Режимы операций осветления и консервации даны в таблице: Результаты оценки качества поверхности и испытаний приведены в таблице 1. После обработки поверхность не изменяла своих характеристик в течение 6 месяцев. После 12-мясячного хранения образцов на воздухе их подвергли такой же обработке, но без ЭХП. Свойства поверхности восстановились. Пример 4. Приготовлен был для предварительной обработки раствор путем растворения в 940 мл воды 35 г гидроксида натрия и 25 г трилона Б. Раствор содержал (мас.%): гидроксид натрия 3,5 трилон Б 2,5 воду 94,0 Поверхности алюминия (марка А8) и алюминиевых сплавов Д16 и АМr6 обрабатывали каждую по 2 мин при 25°С. После обработки поверхности имели светло-серый цвет. Приготовлен был полирующий раствор путем смешивания 299,2 мл ортофосфорной кислоты ( r = 171 г / см 3 ), , 100 мл серной кислоты ( r = 1 83 г / см 3 ), в котором было растворено 0,20 г оксида железа (III). Раствор имел , состав (мас. %): Ортофосфорная кислота 64,25 серная кислота 24,65 ионы железа (II) 0,02 вода 11,08 Поверхности образцов полировали электрохимически согласно таблице: Приготовлен был осветляющий раствор путем смешивания 150 мл 62%-ной азотной кислоты 150 мл воды, в котором было растворено 15 г магния хлорнокислого. Раствор имел состав (мас.%): азотная кислота 34,4 магний хлорнокислый 4,0 вода 61,6 Режимы операций осветления и консервации даны в таблице: Результаты оценки качества поверхности и испытаний приведены в таблице 1. После обработки поверхность не изменяла своих характеристик в течение 6 месяцев. После 9-месячного хранения образцов на воздухе их подвергли такой же обработке, но без ЭХП. Свойства поверхности восстановились. Пример 5. Приготовлен был для предварительной обработки раствор путем растворения в 950 мл воды 50 г гидроксида натрия. Раствор содержал (мас.%): гидроксид натрия 5 вода 95,0 Поверхность сплава Д16 обрабатывали 5 мин при 20°С. После обработки поверхность имела светло-серый цвет и полосы вытравливания в виде серых бороздок в местах выделения водорода. Приготовлен был полирующий раствор путем смешивания 200 мл ортофосфорной кислоты ( r = 171 г / см 3 ), , 135,5 мл серной кислоты ( r = 1 83 г / см 3 ), 41,5 мл воды, в котором было растворено при 80°С 33,3 г хромового , ангидрида. Раствор имел состав, (мас.%): серная кислота 35 Ортофосфорная кислота 45 хромовый ангидрид 5 вода 15 Поверхность полировали при 75°С, напряжении 11 В и силе тока 2500 А/м 2 в течение 10 мин. После полировки на поверхности образовалась тонкая полупрозрачная пленка, снижавшая эффект полирования. Приготовлен был осветляющий раствор путем смешивания 286 мл 62%-ной азотной кислоты и 149,5 мл воды. Раствор имел состав (мас.%): азотная кислота 354 вода 65 Осветление проводили выдерживанием полированного образца в этом растворе при 20°С в течение 1,0 мин. Приготовлен был консервирующий раствор путем растворения 19,3 г хромового ангидрида в смеси 17,1 мл серной кислоты и 176,4 мл воды при 70°С. Раствор имел состав (мас.%): серная кислота 8 хромовый ангидрид 9 вода 83 Осветленный образец выдерживали в консервирующем растворе при 20°С в течение 24 часов. После обработки поверхность не изменяла своих характеристик в течение 10 дней. После 1-месячного хранения на воздухе образец был подвергнут повторной обработке. Свойства поверхности восстановились.