Способ оксидирования алюминия и его сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСОУБЛИК И 9) 01) 23 С 22/ 151 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ специческое од а" фосфатиноР983,а 9 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Симферопольское головноеальное конструкторско-технолобюро пневмооборудования Произвенного объединения "Пневмати(56) Грилихес С.Я. Оксидные иные покрытия металлов. Л.: Мастроение, 1978, с. 27-29,Авторское свидетельство ССУ 1148897, кл. С 23 С 22/67,Заявка Японии 6 48-41137,кл. С 23 Р 7/06, 1973.(54) СПОСОБ ОКСИДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ ИЕГО СПЛАВОВ(57) Изобретение относится к техникезащиты металлов от коррозии посредством химической обработки поверхности Изобретение относится к защите металлов от коррозии посредством химической обработки поверхности металлов, в частности к способу химического оксидирования алюминия и его сплавов, и может быть использовано в ма шиностроении, приЬоростроении, автомобилестроении и других отраслях народного хозяйства.Известны способы химического оксидирования алюминия и его сплавов, наиболее распространенными из которых являются способы оксидирования, включающие обезжиривание, промывку, нейметаллов и может быть использовано в машиностроении, приЬоростроении, автомоЬилестроении и других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения- упрощение технологического процесса за счет сокращения числа операций, повышение коррозионной стойкости окисной пленки эа счет увеличения адгезионной прочности покрытия, уменьшения токсичности применяемых растворов и экономии реактивов для оксидирования, Способ включает обезжиривание поверхности в растворе сульфонпла, промывку, травление, промывку, нейтрализацию, промывку, обработку поверхности в растворе, содержащем 3-9 г/л гидроперита и водорастворимые красители, выбранные из группы, содержащей молибденовокислый аммоний и сернокислый никель, при температуре 80-100 С в теО чение 10-20 мин, промывку и сушку.1 э,п, ф-лы, 1 табл.1 тралиэацию, промывку и оксидирование в слабощелочном водном растворе хроматов, в водном растворе, содержащем наряду с хроматами фосфорную кислоту и соединения фтора, и в хроматнофторидных водных растворах, содержащих эти соли в малых концентрациях,Недостатками известных способов химического оксидирования алюминия и его сплавов являются низкая коррозионная стойкость иэ-за недостаточной толщины получаемой пленки (1-3 мкм), низкое качество покрытия металлов из-за невысокой прочности сцепления1705405 45 50 55 покрытия с основой. Кроме того, использование вредных веществ (хроматов, фторитов, кислот и щелочей) загрязняет окружающую среду.Известен способ химического оксидирования алюминия и его сплавов,включающий подготовку поверхности иоксидирование в растворе, содержащемхромовый ангидрид, фторосодержащеесоединение - фтористоводородную кислоту и двуокись титана,Недостатком этого способа являетсянизкая коррозионная стойкость обработанного металла из-за стирающейсяпленки, толщина которой составляет1-3 мкм. Кроме того, способ предусматривает применение в качестве основных реактивов вредные для окружающейсреды и людей вещества - фтористоводородную кислоту и хромовый ангидрид,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ оксидирования алюминия и его сплавов, включающий обеэжиривание поверхности в растворе суль фонола и промывку, травление, промывку, нейтрализацию, промывку и обработку в перекисьсодержащем растворе,последующую промывку и сушку, Способоксидирования при этом осуществляютло следующей схеме: опытный образец - обезжиривание -промывка водой травление - промывка водой - нейтрализация - промывкаводой - химическая обработка -35-промывка водой - сушка. С целью защиты поверхности алюминия предусматривается покрытие водорастворимой смолистой краской акрилового ряда, затем осуществляется горячая сушкаХимическая оксидная пленка получается при погружении алюминия или алюминиевого сплава в смешанный водный раствор, состоящий иэ перекиси водорода и фтористого калия, или в раствор, который изготавливают следующим образом: в главный раствор, представляющий собой смешанный водный раствор из перекиси водорода и фтористого калия, добавляют один, два и более вспомогательных реактивов, которыми являются хроматы, разнообразные соли аммония, комплексные соли, йодистый калий, глюконат натрия, комплексообразователь (агент, образующий хелатное соединение), борная кислота. Недостатками данного способа являются относительно низкая коррозионная стойкость из-за рыхлости пленки и низкая адгезионная прочность покрытия из-за слабой прочности сцепления с основой, большая длительность технологического процесса, применение вредных веществ.Целью изобретения является сокращение длительности технологического процесса за счет уменьшения числа операций, повышение коррозионной стойкости окисной пленки за счет увеличения адгезионной прочности покрытия, снижение токсичности применяемых растворов и экономия реактивов для оксидирования.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оксидирования алюминия и его сплавов, включающему обезжиривание поверхности в растворе сульфонола и промывку, травление, промывку, нейтрализацию, промывку, обработку в перекисьсодержащем растворе, последующую промывку и сушку, операции травления, нейтрализации с поочередными промывками и обработку поверхности в перекисьсодержащем растворе проводят в растворе, содержао щем 3-9 г/л гидроперита при 80-100 С в течение 10-20 мин, после чего производят промывку и сушку. Для улучшения декоративного вида иэделий,обработку поверхности производят в растворе гидроперита, дополнительно содержащем водорастворимые красители, выбранные из группы, содержащей молибденовокислый аммоний, сернокислый никель в количестве 3-5 г/л; Раствор для химического оксидирования алюминия и его сплавов содержит окислитель и замедлитель в одном ве" ществе - гидроперите, при разложении которого в определенном соотношении получают в растворе разрыхлитель окисной пленки на поверхности металла перекись водорода и замедлитель реакции оксидирования - мочевину, Сокращается длительность технологическогоцикла за счет подготовки поверхностиэа 2 операции - обезжиривания в растворе сульфонола и промывки в проточной холодной воде, вместо 6 операций по прототипу. В предлагаемом способе не применяются вредные вещества. Сульфонол игидроперит - экологически чистые ве170540 щества. В качестве добавок также применяют безвредные вещества.Но прототипу для травления применяют щелочь, для нейтрализации - кислоту (НЮ, относится к 5 группе сильно действующих ядовитых веществ,Одним из основных компонентов раствора оксидирования алюминия и егосплавов является вредное для окружающей среды вещество - фторид калия(предельно допустимая концентрация впроизводственных помещениях составляет 1 мг/мз), а в качестве добавокядовитые цианистые препараты (2-я 15группа по классификации сильно действующих ядовитых веществ) и вредныехромовые соединения (предельно допустимая концентрация в производственных помещениях 0,1 мг/мз),20П р и м е р. Проводили химическоеоксидирование деталей из алюминиевого литейного сплава АК 12 М 2 по ОСТ48-178-80 и Д 16 Т. Поверхность деталей обезжиривали в растворе сульфонола с последующей промывкой водой.Раствор для химического оксидирования готовили в следующей последовательности; в дистиллированной водерастворяли гидроперит в количестве ЗО3-9 г/л. Для улучшения декоративного вида изделий добавляли молибденовокислый аммоний в количестве 35 г/л, раствор перемешивали до полного растворения вещества, затем добавляли сернокислый никель в количестве 3-5 г/л. Процесс оксидированияпроводили при 80-100 С в течение 1020 мин. После оксидирования деталисушили на воздухе или в сушильной ван-щне.Для получения сравнительных данных и экспериментального обоснованияконцентрации гидроперита в. растворе,температуры раствора, продолжительности реакции оксидироваиия, концентраций красителей параллельно прово"дили химическое оксидирование деталей с различной концентрацией гидро"перита, при разной температуре Раст"вора, с различной продолжительностьюобработки и неодинаковым содержаниемкрасителей в растворе (см. таблицу,примеры 1-18).Результаты опытов пРедставлены втаблице.Иэ таблицы видно, что оптимальнаяконцентрация гидроперита в растворесоставляет 3-9 г/л, так как при кон 56центрации меньше 3 г/л (пример 1) и больше 9 г/л (пример 5) толщина оксидной пленки 6 мкм (пример 1) из-эа низкой скорости реакции и 1 О мкм (пример 2) из-за увеличения скорости реакции раэрыхления пленкиОптимальная температура раствора 80-100 С, При температуре раствора менее 80 С (примеры 6, 7) скорость реакции оксидирования очень мала, так как гидроперит начинает интенсивно разлагаться только при температуре более 80 С.о Повышение температуры свыше 100 С нецелесообразно, так как для этого необходимо создать специальные условия.Продолжительность реакции оксидирования составляет 10-20 мин, так как при проведении процесса менее 10 мин (пример 9) пленка получаетсл недостаточной толщины, а проведение процесса свыше 30 мин нецелесообразно, так как роста оксидной пленки практически не происходит (примеры 11 и 12).Оптимальные концентрации солей никеля и молибденовой кислоты составляют 3-5 г/л. При концентрации солей менее 3 г/л (пример 13) цвет пленки получается более светлый, а при концентрации свыше 5 г/л (пример 16) изменения цвета не происходит.Коррозионные испытания деталей проводили в камере КВТ-155 по ГОСТ 15151-69 (исполнение 04) для проверки воздействия влажности воздуха на оксидированные детали.Коррозионные испытания показали, что оксидированные детали по предлагаемому способу (примеры 1-18) испытания выдержали.Примеры 19 и 20 осуществляли по прототипу.Подготовку поверхности проводили следующим образом: обезжирили в раст" воре сульфонола, промыли водой, прове. ли травление в растворе едкого натра, промыли водой, нейтрализовали в растворе азотной кислоты, промыли водой.Раствор готовили в следующей последовательности: к дистиллированной воде добавляли расчетное количество перекиси водорода, затем фтористый калий. В последовательности, указанной в таблице, вводили добавки этилендиаминотетрауксусной кислоты, бромата калия, кислого фтористого аммония и йодистого калия.Оксидирование проводили при 40- 50 С в течение ,10 мин. Коррозионныео17051105 испытания детали, оксидированные поспособу-прототипу не выдержали, Уменьшение массы пленки после коррозионных испытаний на деталях, оксидированных по известному способу значительнобольше, цем на деталях, оксидированных по предлагаемому способу. Следовательно, коррозионная стойкость покрытия на деталях, оксилированных попредлагаемому способу значительно выше,чем по известному,Использование предлагаемого способа оксидирования алюминия и его сплавов по сравнению с прототипом позволяет сократить продолжительность технологического процесса эа счет уменьшения числа операций с 9 до 5, таккак операции травления,нейтрализации, двух промывок и оксидированияпроводят одновременно в растворе,содержащем гидроперит,Кроме того, повышается коррозионная стойкость за счет увеличенияадгезионной прочности покрытия, атакже предотвращается загрязнениеокружающей среды эа счет снижениятоксичности применяемых растворов,т.е. исключения применения фтористыхи хромовых соединений для оксидирования и.исключения применения щелочейи кислот для травления и нейтрализации, что, кроме того, может дать зкономию реактивов. Способ по прииераи 4 5 6 1 В 9 10Покаэатели 1 г Вооо Еооо Оооо Вооо Ваоо 6 о-уо уо-Во Воо Вооо Вооо Вооо зо 15 15 15 1 а 1 О 1 О 1 О 1 О 14 1 О 1 г 1,г 1,З 1,о 1,о В б г 1,8 1,о 1,г Серая, прочно сцепленная с основой, иатовая, глэлкаэ ки Компоненты раство.ра для оксидирования г/лГидроперитИолибденовокислыйаммоннй.Сернокислый никельПерекись водорода,смэ/лфтористый калийЗтилендиаминотетрауксусная кислота Броиат калияКислый фтористыйаиионийИодистый калийТемпература раствора, СПродолшительностьобработки, минТолщина полученнойпленки, икмУменьшение массыпленки после корроэионных испытаний, игВнешний вид пленформула и э о б р е т е н и я 1. Способ оксидирования алюминия 5и его сплавов включающий обезжириФвание поверхности в растворе сульфонола, промывку, травление, промывку,нейтрализацию, промывку, обработкув перекисьсодержащем растворе, последующую промывку и сушку, о т л и ц аю щ и й с я тем, цто, с целью упрощения технологического процесса засчет сокращения числа операций, повышения коррозионной стойкости окиснойпленки за счет увеличения адгеэионной прочности покрытия, уменьшениятоксичности применяемых растворов иэкономии реактивов для оксидирования, операции травления, нейтрализации с пооцередными промывками и обработку поверхности в перекисьсодержащем растворе проводят в растворе,содержащем 3-9 г/л гидроперита при80-100 С в течение 10-20 мин, после 25 чего производят промывку и сушку,2. Способ по и. 1, о т л и ц аю щ и й с я тем, что, с целью улучшения декоративного вида иэделий, обработку поверхности производят в растворе гидроперита, дополнительно со-,держащем водорастворимые красители,выбранные из группы, содержащей молибденовокислый аммоний, сернокислый никель в количестве 3-5 гл.1 О 1705405 Продолаение таблицы1. 1. Показатели Способ по примерам17 18 19 20 6 6 6 6 6 6 6 5 7 5 7 3 3 е 2 230020 30020 0,4 2,0 1,0 0,2 15 15 13 12 10 1 О 15 15 15 13 12 12 60 15 14 12 18 1 О 1,0 1,0 12 13 1,0 0,9 0,9 1,0 1,0 Таино-серая,блес тюряпрочно сцепленная с осно"вой Сераямануцаясяплохосцепленнаяс ос"новой СераяслегканазВумаяся,сцепленнаяя сОСНОВОЙ Темно-серая, прибпияапцаяся к черной, блестяцая прочно сцепленная с основой Серая темнеечем по 112,бпестяцая проч.мо сцепленнаяс основой Составитель Н.Калганова Редактор Т,Лазоренко Техред Корректор А. Обручарвивааееатееееиввееттеаееавеее тативеттааааа татт е Заказ 173 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5иет е а ие и ееаПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 Компоненты раствора для оксидирования г/лГидроперитяолибдеиовокислыйаимонийСернокислый никельПерекись водорода,смт/лФтористый калийЭтилендиаминотетрауксусная кислотаБроиат калияКислый ФтористыйаммонийКодистый калийТемпература раствора, СПродолаительностьобработки, минТолцина полученнойпленки, мкмУменьвеиие массыпленки после корРоаионных испытавй мгОкеаний вмд пленки 80-100 80-100 80- 100 80- 100 80-100 80-100 80-100 45-50 40-50