СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА СПЛАВАХ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

Название	СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА СПЛАВАХ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ
Разработчик (Авторы)	Малышев Владимир Николаевич, Вольхин Александр Михайлович, Гантимиров Багаудин Мухтарович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2527110
Дата регистрации	16.04.2013
Правообладатель	федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина"
Область применения (класс МПК)	C25D 11/18 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области обработки поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности.

Известен способ микродугового оксидирования (МДО) изделий из вентильных металлов в щелочных электролитах (RU 2046157, 1992).

Известен также способ получения покрытий на изделиях из металлов и сплавов, включающий анодно-катодное микродуговое оксидирование в щелочном электролите на основе жидкого стекла (RU 2077612, 1993).

Недостатком известных способов является то, что технологический процесс получения покрытия происходит при воздействии анодных и катодных импульсов сложной формы, включающих различные длительности с изменяющейся плотностью тока в пределах одного импульса и три стадии обработки: микродуговое оксидирование в двух электролитах, а также трудоемкую и дорогостоящую операцию шлифования для удаления внешнего рыхлого слоя и обеспечения требуемой шероховатости поверхности изделия. Шлифование, особенно при обработке изделий сложной геометрической формы, в ряде случаев произвести трудно или невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения композиционных покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов, включающий электролитическое оксидирование с последующим нанесением полимерной пленки путем механического натирания (RU 2068037, 1993).

Недостатком данного способа является то, что технологический процесс получения покрытия включает в себя электролитическое оксидирование в гальваностатическом режиме постоянным током, что не позволяет получить оксидированное покрытие с высокими механическими характеристиками и ограничивает промышленное применение данного способа. Кроме того, способом механического натирания полимерной фторопластовой пленки не обеспечивается достаточной толщины ее при дальнейшем механическом изнашивании в узлах трения.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения композиционных покрытий на сплавах вентильных металлов, обеспечивающего повышение качества обработки поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения композиционных покрытий на сплавах вентильных металлов, включающем микродуговое оксидирование изделия в щелочном электролите с последующим импрегнированием оксидированной поверхности полимерной пленкой, оплавлением верхнего слоя полимера и охлаждением, согласно изобретению, микродуговое оксидирование проводят в анодно-катодном режиме при значениях плотностей анодного и катодного токов 0,5-30 А/дм² и соотношении между ними I_к/I_а=1.1-1.2, а в качестве импрегната используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен. В частных случаях выполнения изобретения:

• импрегнирование сверхвысокомолекулярным полиэтиленом осуществляют шликерным способом,

• импрегнирование сверхвысокомолекулярным полиэтиленом осуществляют плазменным напылением,

• импрегнирование сверхвысокомолекулярным полиэтиленом осуществляют пневматическим распылением в кислородно-ацетиленовом пламени.

Достигаемый технический результат заключается в повышении износостойкости и снижении коэффициента трения за счет создания однородной структуры, а также в упрощении технологии за счет исключения операции дополнительного шлифования изделий.

Способ получения композиционных покрытий осуществляют следующим образом.

Изделие из алюминиевого сплава помещают в ванну из нержавеющей стали с электролитом из слабощелочного водного раствора. Подводят электрический ток к электродам, один из которых анод (на нем закреплено изделие), другой - катод - поверхность ванны. При взаимодействии электрического тока, электролита и материала обрабатываемого изделия происходит процесс анодно-катодного микродугового оксидирования и окисление его поверхности с образованием оксидного покрытия. В процессе оксидирования температура электролита поддерживается постоянной за счет охлаждения проточной водой через рубашку охлаждения ванны. Перемешивание раствора производится барботированием сжатым воздухом при помощи компрессора. После завершения процесса оксидирования, изделие извлекают из ванны, промывают, сушат. Затем производят процесс импрегнирования (нанесения) сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в виде порошка с размером частиц - 40-50 мкм на оксидированную поверхность одним из методов: либо шликерным, либо путем плазменного напыления, либо с использованием кислородно-ацетиленового пламени. Затем окончательно оплавляют верхний слой полимера до пленкообразования (спекания) и охлаждают при комнатной температуре. Оптимально полезная толщина наполняемого слоя СВМПЭ для узлов трения не более 50-70 мкм, так как при большей толщине этого слоя исключается участие твердой подложки из МДО-покрытия в процессе трения.

Анодно-катодное микродуговое оксидирование в щелочном электролите позволяет получить на изделии из алюминиевого сплава оксидированное покрытие с высокими механическими характеристиками - микротвердостью 16-25 ГПа, износостойкостью на уровне износостойкости твердых карбидов металлов. Заявленный диапазон плотностей анодного и катодного токов 0,5 - 30 А/дм² обусловлен тем, что при более высоких плотностях токов (>30А/дм²) выделяется слишком большая мощность на поверхности изделия (электролит может вскипеть), а на поверхности противоэлектрода (ванны) могут образоваться продукты окисления, которые быстро ухудшают качество раствора электролита. При плотностях токов, ниже заявленных (<0,5 А/дм²), необходимо слишком длительное время выхода на режим микродугового оксидирования, что значительно удорожает процесс оксидирования. Выбранное соотношение катодного и анодного токов I_к/I_а=1.1-1.2 обусловливает получение необходимой толщины покрытия микродугового оксидирования (70-120 мкм), достаточной для дальнейшего формирования композиционного покрытия.

При импрегнировании с использованием шликерного способа предварительно готовят шликер, состоящий из порошка СВМПЭ и глицерина. Для этого в необходимое количество порошка СВМПЭ добавляют глицерин до образования сметанообразной суспензии. После чего данную смесь шпателем или лопаткой равномерным слоем наносят на поверхность изделия, предварительно обработанную методом микродугового оксидирования. Затем изделие помещают в предварительно разогретую до температуры 240-250°C печь, выдерживают до полного расплавления и пленкообразования (спекания) полимерного слоя, после чего изделие выставляют на воздух, где происходит охлаждение и полимеризация полимерного слоя при комнатной температуре. Такой способ импрегнирования хорошо подходит для изделий, в которых необходимо выполнить композиционное покрытие на отдельных участках поверхности.

При импрегнировании с использованием плазменного напыления, порошок СВМПЭ вводят в струю низкотемпературной плазмы в соответствующем месте плазменной горелки так, чтобы обеспечивался нагрев подлетающего к изделию порошка полимера до температуры, при которой происходит его активация, плавление и полимеризация, но исключается сгорание в струе плазмы. Подобранные наиболее оптимальные параметры плазменного напыления порошка СВМПЭ следующие: плазмообразующий газ - аргон, напряжение дуги - 20-25B, рабочий ток - 350A, расстояние до изделия - 100 мм, расстояние от изделия до места ввода порошка - 120 мм.

При импрегнировании порошка СВМПЭ с использованием кислородно-ацетиленового пламени путем пневматического распыления его наносят на предварительно нагретое до температуры 300-320°C изделие с последующей активацией и плавлением кислородно-ацетиленовым пламенем, и последующим затем охлаждением полимерного слоя при комнатной температуре.

Повышение износостойкости и антифрикционности получаемых композиционных покрытий достигается за счет синергетического действия твердой основы МДО-покрытия, формируемого анодно-катодным методом при плотностях анодного и катодного токов 0,5-30 А/дм² и соотношении между ними I_к/I_а=1.1-1.2, и более мягкого сверхвысокомолекулярного полиэтилена, импрегнированного в поверхность МДО-покрытия и обладающего высокими антифрикционными свойствами (см. табл.1).

Формула изобретения

1. Способ получения композиционных покрытий на сплавах вентильных металлов, включающий микродуговое оксидирование изделия в щелочном электролите с последующим импрегнированием оксидированной поверхности полимером, оплавлением верхнего слоя полимера и охлаждением, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование проводят в анодно-катодном режиме при значениях плотностей анодного и катодного токов 0,5-30 А/дм² и соотношении между ними I_к/I_а=1.1-1.2, а в качестве полимера используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импрегнирование сверхвысокомолекулярным полиэтиленом осуществляют шликерным способом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что импрегнирование сверхвысокомолекулярным полиэтиленом осуществляют плазменным напылением.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что импрегнирование сверхвысокомолекулярным полиэтиленом осуществляют пневматическим распылением в кислородно-ацетиленовом пламени.

Изобретение "СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА СПЛАВАХ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ" (Малышев Владимир Николаевич, Вольхин Александр Михайлович, Гантимиров Багаудин Мухтарович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога