Способ обработки поверхности изделий из титана или его сплавов

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциалистическилреспублик 1 и 929739(51)М. Кл, С 23 Р 17/00 В 23 Р 1/18 с присоединением заявки Ле -4 Гвеударетваеыкемнтет СССР по делам нзебретеннйн открытийдата опубликования описания 26.05.82,Ъ 1Н. Д. Томашов, В, В, Красноярский, Т. Н, Ипат 6 ва,В. П, Ианохин и А, С. ДорофеевРСФ1Ордена Трудового Красного Знамени институт =, .физической химии АН СССР(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ,ИЗ ТИТАНА ИЛИ ЕГО СПЛАВОВИзобретение относится к обработкеметаллов и может быть использовано приизготовлении малорастворимых анодов наоснове титана для катодной защиты речных и морских гидротехнических сооружений,Известен способ обработки поверхности изделий из титана, реализованный приизготовлении малорастворимого анода натитановой основе для катодной зашиты,в котором поверхностный слой выполнениэ корроэионностойкого интерметалличес, кого соединения Т1 ч 111Однако этот способ включает в себявесьма трудоемкие технологические операции: приготовление слитка Т 1 М(, егоизмельчение и отбор определенной фракции приготовление на ее основе воднойсуспензии и ее многократное нанесениена основу титана с последующим закреплением Т 1 М 1 путем прокатки, напрессовки, спекания или плавления.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является способ обработки поверхности изделий иэ титана или его сплавов, включающий нанесение на поверхность никеля или его сплавов из расплава солей и термодиффузионную обработку. При реализации способа на поверхности изделия получают слой интерметаллического соединения титанас никелем Т,11 121Недостатком способа являются сравнительно низкие опорные характеристики модифицированной поверхности при использовании обработанного титана в качестве анода. Эксплутация таких изделий при высоких плотностях анодного тока 15(выше 100 Аlм 1) приводит к отслаиванию этого покрытия. Осуществление способа включает травление поверхности титановых изделий, получение покрытий из расплавов, требует сложной аппаратуры и дефицитных реактивов, т. е. процесс достаточно сложен,Бель изобретения - улучшение анодныхХарактеристик модифицированной поверхности и упрощение технологии процесса.. что согласно способу, включающему нанесение никеля илн его сплавов на иэдеуве из титана или его сплавов, преимущественно на титановые аноды, и термодвфузионную обработку, нанесение никеля или его сплавов осуществляют электроискровым легированием.При электроискровой обработке изделие из титана имеющее 5-8 кл. чистотыповерхности, служит катодом, а никельанодом, В качестве анода используют нетолько чистый никель, но и его сплавы,например, титан-никелевые сплавы. Электроискровую обработку проводят как навоздухе, так и в инертной среде, причемрежимы обработки (ток короткого замыкания и напряжение) в случае титана невыходят за пределы известных для обработки других металлов. Темродиффуэионный отжиг иэделия после электроискровойобработки для предотвращенйя окалинообразования целесообразно проводить ввакууме 10 - 10" торр в интервалетемператур 900 - 1100 С. Варьируяколичество никеля, наносимого на титановую основу, а также режим отжига(время и температуру), можно создаватьна поверхности изделий слой интерметаллиде требуемой толщины,Для получения интерметаллидногопокрытия согласно предлагаемому способу, во-первых, не требуется высокийкласс чистоты поверхности титановогоиэделия (достаточен 5 - 6 кл);во-втоззрых, не требуется предварительная обработка поверхности растворами кислот,и электроискровое нанесение никеля можно проводить на изделие из титана всостоянии поставки; в -третьих, полученное поверхностное покрытие имеет значительную степень шероховатости которое обычно оценивается 3 -5 кл чистотыповерхности;в-четвертых, модифицированная поверхность имеет очень развитую поверхность по сравнению с известной.Рентгенографически было установлено,что интерметаллидное покрытие изделийиз титана, полученных предлагаемымспособом, кроме фазы Т 1 М, дополнительно содержит фазу Т 4 %О, котораяотсутствует на иэделиях, полученныхсогласно известному способу. Более высокая плотность тока по выделению кислорода на единице истинной поверхности на иэделиях объясняется присутствием фазы Т 1 А М 1О. Основное преимушество предлагаемого способа состоит в том, что он позволяет получать аноды, с единицы геометрической поверхности которых в условиях 5вьшеления кислорода можно снимать анодные токи на порядок выше, по сравнениюс анодом, полученным согласно известному способу. Соответственно этомуснижается скорость коррозии анода, таккак при одинаковой токовой погрузкеанодов, плотность тока, рассчитаннаяна единицу истинной поверхности анода,будет приблизительно в 10 раз меньше.При токе 100 А/м скорость поверхностного интерметаллидного слоя, как былоустановлено, составляет 1,5 мм/год. Принанесении 30 мг/см никеля получаетсяслой интерметаллида 45 - 50 мкм, отсюда срок службы анода составит 240::360 ч, Обычно промышленные токи эксплуатации малорастворимых анодов в условиях катодной защиты составляют 20 А/мПри этом токе скорость растворения интерметаллидного покрытия составляет0,24 мм/год (240 мкм/год).В этомслучае срок службы анода по регенерации увеличится по 2000 ч.П р и м е р. Титановые пластины мар-ки,ВТ 1 О размером 100 х 10 Н 2 мм,обработанные до 6 и 8 кл. чистоты поверхности, обезжиривали ацетоном. Длямодификации поверхности пластины применяли никель марки НП. Нанесение никелевого покрытия проводили электроискровым способом на воздухе с помощьювращающейся никелевой щетки, котораяв процессе нанесения служила анодом, а титановая пластина - катодом, Никелевая щетка представляла собой два металлических диска (диаметром 75 мм и тол 40шиной 2 мм) с втулкой из эбонита (диаметром 25 мм и длиной 30 мм), междукоторыми с помощью болтов были зажаты полоски никелевой фольги шириной5 мм, Концы фольги выступали за пределы дисков на 20 мм, Щетка с помощьювтулки закреплялась в токарный станоки вращалась с скоростью 100 об/мин.При нанесении никеля ток короткого замыкания не превышал 10 А, а среднийо ток нанесения составлял 5 А. Никельнаносили из расчета 30 мг/см 1, что соответствует толщине никелевого слоя45-50 мкм и времени нанесения 2 мин,После нанесения никеля изделие отжигали ввакууме 10торр при 990 С в течение 6 ч.Былй получены две пластины с модифицированной поверхностью 3-4 и 4-5 кл.чистоты,5 9297Полученное изделие было подвергнуто злектрохимическим испытаниям.lДля определения эффективности работы анода и скорости его растворения проводили гальваностатические испытания анода в синтетической речной воде состава, мг/л: УНСО 300; СаС 150; Мсо 50 при нагружении токами 100, 290, 300, 400 А/м, а также была оп 7. Время до пробоя, ч Предельная плотность тока, А/м по выделению киспорода факторшероховатос Класс чистоты поверхности Плотность тока, А/м 100 200 300400 ти по от Способ ношению к 14 кл. на единицу ге метри- ческой а единицуистинно чистоты поверхности поверхности поверхности 2750 40 70 Предлагаемый 1 3-4 1000 40 280 87200 30 20 44 35- ц - 2 4-5 Пробой Известный товленный согласно предлагаемому спо 300 собу, не обладает указанными недостатками, что цозволит широко использовать такие аноды для катодйой защиты. З 5 формула изобретения Способ обработки поверхности иэделийиз титана или его сплавов, преимущеспвеннб титановых анодов, включающий наф 0 несение на поверхность изделия никеляили его сплавов и термодиффузионную обработку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения анодных характеристик изделий и упрощения тех нологии процесса, нанесение никеля илиего сплавов осуществляют электроискровым легированием. Источники информации,50 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 505751, кл. С 23 г 13/00, 1976,2. Патент Японии % 49-25095,кл. 12 А 212, 1974. ВНИИПИ Заказ 3419/36 Тираж 1049 Подписное Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Предлагаемый способ модификации для получения анодов на основе титана для катодной защиты речных и морских гидротехнических сооружений прост, экономичен, не требует разработки специаль. ного оборудования и обладает более высокими анодными характеристиками.Сравнение технических характеристик изделий, полученных согласно изобретению, с применяемыми в промьпцленности графитовыми, ферросилидовыми и платинированными анодами выявило, что графитовые аноды обладают тем недостатком, что подвергают-я разрушению с образованием СО и СО (имеет место так называемое "холодное горение"). ферросилидовые аноды имеют низкие физико-механические и технологические свойства (высокая хрупность), в результате чего их невозможно подвергать механической обработке. Платинированный титан и сплав титана с палладием обладают хорошими электрохимическими и коррозионными свойствами, но такие аноды дороги и дефицитны, что ограничивает их широкое применение, Анод, изго 39 4ределена предельная плотность тока по выполнению кислорода. За критерий эффективности работы анода было взято время до пробоя титановой основы (6-7 В относительно нормального водородного, электрода) при данной плотности анодного тока.Сравнительные данные испытаний приведены в таблице.