Способ алюминидирования ванадия

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Респубпик(51) М. Кл. С 25 Гостдарственный номнтетСовета Мнннстров СССРоо делам наобрвтвннйн отнрытнй ЛК, 821 . 357, 7бюллетень Ю 5пиСания 04,027 2) Авторы изобретения екавцев, Б. Н. Кабан и Н. М. Матвеева Г. Киселева 71) Заявитель Институт электрохимии АН ССС 4) СПОСОБ АЛЮМИНИДИРОВАНИЯ ВАНАДИЯ(61) Дополнительное к ав (22) Заявлено 06,03.75 (21) присоединением заявки3) Приоритет 43) Опубликовано 05 Р 2.7 45) Дата опубликования Изобретение относится к способу электролитического получения сплавов, в частности к получению сплава алюминия и ванадия, путем катод- ного внедрения алюминия в поверхностный слой ванадия (алюминидирование) .Ванадий является перспективным.конструкционным материалом, обладающим .ценными свойствами в частности высокими прочностными и пластическими характеристиками, Применению этого металла препятствует его низкая жаростойкость: при нагревании на воздухе до 500 С он интенсивнооокисляется, образуя легкоплавкую пятиокись ванадия. Известно, что улучшение коррозионных свойств ванадия достигается путем сплавления его с алюминием, которое производится в электродуговой печи с неоднократной переплавкой и отжигом для получения гомогенного сплава.Для повышения. жаростойкости и оррозионной стойкости ванадия достаточно получения слоя сплава на.го поверхности. Это позволяет, сохраняя присущие ванадию ценные свойства, обрабатывать готовые изделия из этого металла, а не выделывать их из заранее приготовленно ва.Известен способ галпокрытия алюминия в ратого алюминия в ксилолОднако процесс катодалюминия в ванадий протличается от нанесеникого покрытия.Под катодным внедрением понимается не осаждение металла на поверхности с последующей его диффузией в глубь электрода, а образование интерметаллида непосредственно в акте электрохимического разряда. Термическая диффузия алюминия в ванадий в данном случае практически отс ет и алюминид, следовательно, зуется непосредственно электроческим путем )2,31Что же касается электроосаждения металлического алюминия, уо в данном случае оно является нежпательным побочным процессом.Теоретически катодное внедрени алюминия в ванадий должно ямев место и в некоторой области потенциалов положительнее потенциала выделения алюминия. Поэтому возможно вести процесс так, чтобы выделния25 фазы металлического алюминия не происходило, Однако в этом случае обраэование интерметаппида происходит смалой скоростью. Удобнее проводитьпроцесс при более отрицательныхпотенциалах, когда скорость катодного внедрения возрастает, допускаяпри этом протекание побочного процесса - выделение Фазы метаппического алюминия. 10Этот процесс нежелателен, поскопьку защитные свойства алюминияпревосходят свойства алюминиевогопокрытия, Поэтому образующийсяметаллический алюминий необходимополностью удалить с поверхности ванадия.Известен способ апюминидированияванадия в неводном электролите 14).Недостатки этого способа заключаются в использовании расплава,содержащего фториды щелочных ищепочноземепьных металлов и апюминия, ведении процесса лри высокихотемпературах (600 С), необходимости слециапьного дорогостоящегооборудования вниду химическойагрессивности расплавленных фторидов, трудности н обращении с рас -плавленными фторидами и их ядови -30тости, необходимости тщательнойочистки от кислорода даже в видеследов влаги нпи окислов металлов.Предлагаемый способ отличаетсяот известного тем, что, с цельюупрощения процесса, повышения жаростойкости и коррозионной стойкостиванадия, в качестве неводного эпектропита берут 20-30 раствор бромистого алюминия в ксипопе с последующей анодной обработкой в том же фрастворе лри плотности тока 0,01 -0,1 А/дм в течение 0,2-2 час.1Катодное внедрение алюминия проводят лри температуре 18-25 С, катодной плотности тока 0,5-5 А/дм 2 45и продолжительности 4-40 час. Величины плотности тока и лродопжитепьности сочетаются таким образом,чтобы количество пропущенного эпектричества составило 20-40 А час/дм , 50Необходимо особо отметить, что присутствие и рабочем эпектропите соединения внедряющегося металла является успонием необходимым , но недостаточным.Бып исследован ряд,эпектропитов,предстанпяющих собой растворы разпичных солей алюминия в разпичных растворитепях, а именно: 25-ный раствор бромистого алюминия в ксипопе, 30-ныйраствор сернокиспого алюминия в воде,насыщенный при 25 С раствор сернокислого алюминия в этиповом спирте инасыщенный при 25 С раствор хлористогоалюминия в диметипФормамидеОбразование слоя апюминида на поверхности образца обнаруживают методом хронопотенциометрии по поянпению задержки спада потевциапа.На чертеже показаны анодные хронопотенциограммы, полученные после 2-х часовой катодной попяризации ванадия в различных электролитах.Площадки на хронопотенциограмме, свидетельствующие о наличии апюминидон нанадия, наблюдаются только после поляризации ванадия н растворе бромистого алюминия в ксипопе (кривая 1), Во всех остальных случаях потенциал электрода быстро смещается до стационарного потенциапа ванадия (кривые 2-4) . Отсутствие площадки на хронолотенциограмме указывает на отсутствие апюминнда.Испытания на жаростойкость и коррозионную стойкость показали, что н том случае, когда катодная обработка образца лринодит к образованию в их поверхности слоя апюминида (в растворе бромистого алюминия и ксипопе), их жаростойкость лонышается в 2 раза,. а коррозионная стойкость - в 1,5 раза.После обработки н других растворах, не приводящей к образованию апюминидон, жаростойкость и коррозионная стойкость образцов не отпичается от такового для чистого ванадия. П р и м е р . Образец ванадияпредставляет собой цилиндр диаметром .4 мм и высотой 17 мм. Преднаритепьная обработка поверхности образца состоит н эпектропитическойполировке его в смеси 10 мп хлорнойкислоты и 90 мп ледяной уксуснойкислоты анодным током плотностью20 А/дмгн течение 1-2 мин,Поспе лопнровки образец промываютн большом количестве дистилпированной волы, Последующее катодноеапюминилирование производят нстеклянной эпектрохимической ячейке.Электролитом служит 25%-раствор бромистого алюминия н ксипопе. Объемраствора - 75 мп. В качестве анодовиспользуют дна алюминиевых стержнядиаметром 5 мм, расположенных ло обестороны катода, и постепенно растворявшихся в ходе электролиза.Апюминидирование осуществляют притемпературе 25 С, катодной плотноститока 1 А/дм в течение 40 часов.Затем удаляют образовавшийся на катоде слой металлического алюминия,дпя чего образец, не вынимаяиз ячейки, подвергают аноднойобработке при плотности тока0,1 А/дм до тех пор, пока, потен 2циап образца не достигнет потевциапа на 15 мВ положительнее эна,032 0,1 О,Объемны плав ванаия с 5% 0,083 0,05 алюми ни я й с остью е роал ной по длагаем способу 039 0,013 0,0 00 0,5 чения потенциала металлического алюминия (70 мин).Этим способом получают сплав алюминия и ванадия толщиной порядка 1 мм.5В табл. 1 представлены данные о скорости внедрения алюминия и скорости роста слоя алюминида.В табл. 2 приведены данные о жаростойкости и коррозионной стойкос. ти поверхности ванадия. Из табл, 2 видно, что алюминидированный ванадий превосходит необработанный в 1,5-8 раз по коррозионной стойкости и, что особенноважно, в два раза по жаростойкости,а кроме того слой алюминида толщиной в 1000 мкм, позволяя сохранитьнеизменными объемные. свойства,защищает ванадий не хуже, чемвведение 15 алюминия в объем ванадия,591532 формула изобретенияагю 4й Пд Врепя, вас Состаивтель В. Бобокедактор С. Снегирева Техред Э.фанта Корректор С. Ямалов Тираж 738 рственного комит елам изобретенийосква, Ж, Ра аз 542/24ЦНИИПИ Подписное ета Совета Министров и открытий ушская наб., д, 4/5судпо35,Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная Способ алюминидирования ванадия в неводном электролите, о т л и ч а. ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса, повышения жаростойкости у коррозионной стойкости ванадия, в качестве неводного электролита берут 20-30 раствор бромистого алюминия в ксилоле с последующей анодной обработкой в том же растворе при плотности тока 0,01-0,1 А/дм в течение 0,2- 2 часов.Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе: 1 . Симанавичус Л. Э., Левинскене А. М. Ксилольный электролит алюминидирования. Новые достижения отечественной гальванотехники.ЛДНТП, 1967, ч. 1, с. 18-19.2. Кабанов Б. Н. и др. Электро- химическое внедрение элементов в электроды, Электрохимия, 1972, том. 8, выпуск 7, с. 955-971.3. Теплицкая Г. Л., Астахов П. П. Исследование катодного внедрения с помощью химического анализа.Электрохимия, 1972, том 8, выпуск 8, с. 1199-1202.4.Патент Великобритании Р 119335, кл. С 7 В, 1970.