close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12698

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.12.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 25D 11/02
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ НА
УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ МЕТОДОМ МИКРОПЛАЗМЕННОГО
АНОДИРОВАНИЯ
(21) Номер заявки: a 20081171
(22) 2008.09.12
(43) 2009.04.30
(71) Заявитель: Белорусский государственный университет (BY)
(72) Авторы: Карпушенков Сергей Александрович; Кулак Анатолий Иосифович; Щукин Георгий Лукич; Беланович Анатолий Леонидович (BY)
BY 12698 C1 2009.12.30
BY (11) 12698
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Белорусский государственный университет (BY)
(56) КАРПУШЕНКОВ С.А. и др. Свиридовские чтения, 2005.- Вып. 2.- С. 168-173.
КАРПУШЕНКОВ С.А. и др. Весцi
НАН Беларусi. Сер. хiм. навук, 2004,
№ 3.- С. 57-60.
US 3293158, 1966.
JP 2000-282296 A.
JP 01149996 A, 1989.
SU 51488, 1937.
(57)
Способ получения антикоррозионного покрытия на углеродистой стали методом микроплазменного анодирования, включающий обработку в водном электролите, содержащем
алюминат натрия и гидроксид натрия, при напряжении формирования покрытия 320 В, отличающийся тем, что используют электролит, дополнительно содержащий дисперсию
порошка полиэтилена при следующем соотношении компонентов, г/л:
алюминат натрия
4-12
гидроксид натрия
0,5-5,0
порошок полиэтилена
4-10
вода
остальное,
а обработку проводят при плотности тока 0,05-2,00 А/см2 в течение 1-10 мин.
Фиг. 1
BY 12698 C1 2009.12.30
Изобретение относится к электрохимической обработке углеродистой стали и получению на ее поверхности антикоррозионного покрытия и может найти применение в качестве подслоя под лакокрасочные покрытия для защиты изделий от коррозии.
Одним из известных направлений в технологии нанесения защитных покрытий на металлы является микроплазменное анодирование (МПА). Особенность этого метода заключается в использовании высоких анодных напряжений, при которых на поверхности
металла возникают микроплазменные разряды. Температура в этих разрядах достигает
2000-10000 °С [1], что позволяет получить оксидные покрытия с уникальными физикохимическими свойствами, в том числе и из-за оплавления оксидов.
Известные способы нанесения коррозионно-стойких защитных покрытий методом
микроплазменного анодирования [2-4] применяются для защиты легких металлов типа
алюминия, титана, магния и их сплавов. Возможность получения МПА-покрытий на этих
металлах напрямую связана с их "вентильными" свойствами, заключающимися в образовании оксидного барьерного слоя.
Известны также отдельные примеры получения МПА-покрытий на металлах, не обладающих вентильными свойствами, в частности на железе [5-8].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является микроплазменное анодирование в вольтстатических условиях углеродистой стали в растворе алюмината натрия, содержащем 8,2 г/л NaAlO2 и 2 г/л NaOH [8], при 320 В и плотности тока 2,5-0,5 А/см2 в
течение 1-30 мин образуются твердые пористые покрытия толщиной до 15 мкм. Однако
из-за высокой сквозной пористости они имеют низкую коррозионную стойкость. Кроме
того, из-за высокой начальной плотности тока происходит разогрев электролита, что увеличивает расход электрической энергии.
Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего повышение коррозионной стойкости покрытий на углеродистой стали.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения антикоррозионного покрытия на углеродистой стали методом микроплазменного анодирования, включающем
обработку в водном электролите, содержащем алюминат натрия и гидроксид натрия, при
напряжении формирования покрытия 320 В, используют электролит, дополнительно содержащий дисперсию порошка полиэтилена при следующем соотношении компонентов,
г/л:
алюминат натрия
4-12
гидроксид натрия
0,5-5,0
порошок полиэтилена
1-10
вода
остальное,
а обработку проводят при плотности тока 0,05-2,00 А/см в течение 1-10 мин.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что методом микроплазменного анодирования в условиях низкотемпературной плазмы на поверхность углеродистой
стали в водном растворе алюмината натрия и гидроксида натрия, содержащем дисперсию
полиэтилена, наносится покрытие из оксидно-гидроксидной матрицы, модифицированное
полиэтиленом. Электролит готовят, растворяя поочередно гидроксид и алюминат натрия
при интенсивном перемешивании, затем в раствор вводят порошок полиэтилена. Подготовленное стальное изделие погружают в ванну с электролитом, катодом служит пластина
из стали. Изделие и катод подключают к источнику постоянного тока с областью задаваемых напряжений до 400 В. Микроплазменное анодирование изделия проводят при постоянном напряжении 320 В. Продолжительность анодирования составляет 0,2-30 мин.
Температуру электролита поддерживают в интервале от 15 до 25 °С.
Способ получения антикоррозионного покрытия на поверхности изделий из углеродистой стали методом микроплазменного анодирования включает погружение изделия в щелочной водный электролит на основе алюмината натрия, содержащий 4-12 г/л NaAlO2
(ГОСТ ТУ 6-09-01-727-87), 0,25-5,0 г/л NaOH (ГОСТ 9656-75) и 1-10 г/л порошка поли2
BY 12698 C1 2009.12.30
этилена (ПЭНД 273-83, ГОСТ 16338-85), и проведение микроплазменного анодирования.
Процесс ведут в условиях постоянного напряжения 320 В. Плотность тока во время анодирования по мере роста толщины покрытия снижается от первоначальных 0,2-2,0 до
0,05-1,0 А/см2. Полученные покрытия, по данным рентгеноструктурного анализа, как правило, являются рентгеноаморфными. Согласно данным, приведенным в табл. 1, полученным с помощью микрозондового элементного анализа, покрытия, полученные при
времени анодирования 0,2-30 мин, являются плотными светло-серого цвета и состоят преимущественно из углерода. С увеличением времени МПА до 30 мин содержание углерода
в покрытиях значительно уменьшается, а содержание алюминия и кислорода увеличивается. При дальнейшем протекании МПА с течением времени начинает преобладать осаждение оксидно-гидроксидных соединений алюминия.
Оптимальная концентрация электролита и напряжение анодирования составляют:
8 г/л NaAlO2, 2 г/л NaOH.
Таблица 1
Характеристика покрытий, полученных на поверхности углеродистой стали
Время анодиро- Содержание элементов, ат. % Средняя толщина,
вания, мин
мкм
Аl
О
С
По изобретению
0,2
1,8
16,6
80,8
По изобретению
1
2,3
17,8
79,9
20
По изобретению
10
8,6
33,3
57,6
120
По изобретению
30
16,5
57,4
25,6
104
Прототип
30
42,9
49,6
15
Полученные покрытия были испытаны на коррозионную стойкость электрохимическим способом в соответствии с ГОСТ 9.506-87.
Коррозионную стойкость покрытий на стали оценивали по потенциодинамическим
кривым, которые были получены в 3 % водном растворе NaCl при комнатной температуре
с помощью потенциостата марки ПИ-50-1.1, снабженного программатором ПР-8 и двухкоординатным самописцем Endim 620.00. Электрохимическая ячейка состояла из стеклянного стакана, термостатированного при 25±1 °С, с использованием платинового
противоэлектрода, насыщенного хлорсеребряного электрода и исследуемого электрода с
площадью рабочей поверхности 0,5 см2. Скорость развертки потенциала составляла 2 мВ/с
в диапазоне потенциалов -1,5 - +1,5 В. Время выдержки покрытия в коррозионной среде
до начала развертки потенциала составляло 10 мин, чтобы изменение потенциала погружения не превышало 2-3 мВ/мин. Полученные кривые в катодной и анодной областях были переведены в полулогарифмические координаты для дальнейшего количественного
определения тока коррозии и потенциала коррозии (табл. 2).
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 приведены зависимости
плотности тока от времени МПА, а на фиг. 2 представлены анодные потенциодинамические кривые, полученные на образцах углеродистой стали в 3 % растворе NaCl.
На фиг. 1 представлены кривые зависимости плотности тока от времени МПА углеродистой стали с содержанием полиэтилена 1-10 г/л по изобретению и без содержания полиэтилена по прототипу.
Из приведенных кривых на фиг. 1 следует, что в случае примеров по изобретению в
электролите, содержащем полиэтилен, наблюдается резкое снижение плотности тока в начальный момент времени, причем установившееся (стационарное) значение тока уменьшается при увеличении содержания полиэтилена. Такое уменьшение плотности тока для
суспензий с содержанием полиэтилена 5-10 г/л положительно сказывается на температуре
электролита во время проведения МПА, поскольку она остается практически постоянной
(20±5) °С. В то же время при меньшем содержании полиэтилена (1 г/л), как и по прототипу, электролит разогревается до 60-80 °С.
3
BY 12698 C1 2009.12.30
Покрытие указанным методом может быть нанесено на поверхность стали, включая
Ст.3, а также чистого железа, чугуна и низколегированных сталей.
Таблица 2
Изобретение проиллюстрировано следующими примерами
КонценВремя Начальная
ПотенКонценКонценТок кортрация
анодиро- плотность
циал
Примеры трация
трация
розии,
полиэтивания,
тока,
корро2
NaAlO2, г/л NaOH, г/л
мА/дм
лена, г/л
мин
А/см2
зии, В
Пример 1
4,0
2,0
5,0
10
1,0
2,92
-0,67
Пример 2
8,0
2,0
5,0
10
0,7
0,10
-0,35
Пример 3
12,0
2,0
5,0
10
0,8
1,02
-0,50
Пример 4
8,0
0,5
5,0
10
0,6
0,62
-0,49
Пример 5
8,0
5,0
5,0
10
1,5
0,83
-0,50
Пример 6
8,0
2,0
1,0
10
2,0
3,22
-0,54
Пример 7
8,0
2,0
4,0
10
0,8
0,42
-0,45
Пример 8
8,0
2,0
10,0
10
0,2
0,20
-0,41
Пример 9
8,0
2,0
5,0
1
0,7
0,55
-0,51
Пример
8,0
2,0
5,0
5
0,7
0,31
-0,46
10
Пример
8,0
2,0
5,0
0,2
0,7
5,44
-0,69
11
Пример
8,0
2,0
5,0
30
0,7
5,48
-0,72
12
Прототип
8,2
2,0
30
2,5
4,86
-0,66
Пример 1.
Образец из стали Ст.3 в виде пластины размером 2×4×0,1 см анодировали в водном
электролите, содержащем 4 г/л NaAlO2, 2 г/л NaOH и 5 г/л дисперсии полиэтилена (ПЭНД
273-83), при напряжении 320 В в течение 10 мин.
Было получено покрытие светло-серого цвета. Начальная плотность тока 1,0 А/см2.
Пример 2.
Образец получали аналогично примеру 1, только содержание NaAlO2 составило 8 г/л.
Начальная плотность тока 0,7 А/см2. Было получено светло-серое однородное покрытие.
Пример 3.
Образец получали аналогично примеру 1, только содержание NaAlO2 составило 12 г/л.
Начальная плотность тока 0,8 А/см2. Было получено светло-серое покрытие, частично покрытое белыми вкраплениями.
Пример 4.
Образец получали аналогично примеру 2, только содержание NaOH составило 0,5 г/л.
Начальная плотность тока 0,6 А/см2. Было получено светло-серое однородное покрытие с
единичными белыми вкраплениями.
Пример 5.
Образец получали аналогично примеру 2, только содержание NaOH составило 5 г/л.
Начальная плотность тока 1,5 А/см2. Было получено светло-серое покрытие с единичными
белыми вкраплениями.
Пример 6.
Образец получали аналогично примеру 2, только содержание дисперсии полиэтилена
составило 1 г/л. Начальная плотность тока 2,0 А/см2. Было получено серое покрытие с белыми вкраплениями на поверхности.
4
BY 12698 C1 2009.12.30
Пример 7.
Образец получали аналогично примеру 2, только содержание дисперсии полиэтилена
составило 4 г/л. Начальная плотность тока 0,8 А/см2. Было получено светло-серое однородное покрытие.
Пример 8.
Образец получали аналогично примеру 2, только содержание дисперсии полиэтилена
составило 10 г/л. Начальная плотность тока 0,2 А/см2. Было получено светло-серое покрытие с беловатыми наростами в виде вкраплений.
Пример 9.
Образец получали аналогично примеру 2, только время анодирования составило
1 мин. Начальная плотность тока 0,7 А/см2. Было получено серое покрытие.
Пример 10.
Образец получали аналогично примеру 2, только время анодирования составило
5 мин. Начальная плотность тока 0,7 А/см2. Было получено светло-серое однородное покрытие.
Пример 11.
Образец получали аналогично примеру 2, только время анодирования составило
0,2 мин. Начальная плотность тока 0,7 А/см2. Было получено едва видимое прозрачное покрытие с белесым оттенком.
Пример 12.
Образец получали аналогично примеру 2, только время анодирования составило
30 мин. Начальная плотность тока 0,7 А/см2. Было получено светло-серое покрытие с отчетливо различимыми светло-серыми наростами сфероидальной формы.
На фиг. 2 представлены анодные потенциодинамические кривые покрытий, полученных в алюминатном электролите с содержанием дисперсии полиэтилена 1-10 г/л по изобретению и без содержания дисперсии полиэтилена по прототипу.
Из приведенных кривых на фиг. 2 следует, что покрытия, полученные по изобретению
на поверхности стали с низкой концентрацией дисперсии полиэтилена 1 г/л (кривая 6), по
коррозионной стойкости сравнимы с прототипом (кривая прот.). С увеличением концентрации дисперсии полиэтилена от 4 до 5 г/л коррозионная устойчивость полученных покрытий по изобретению (кривые 7 и 2) резко возрастает, затем, при содержании
полиэтилена 10 г/л (кривая 8), коррозионная стойкость даже незначительно снижается.
Следовательно, использование растворов МПА с содержанием дисперсии полиэтилена
более 5 г/л не рационально. Увеличение времени анодирования до 30 мин приводит, а
также его уменьшение до 0,2 мин отрицательно сказывается на коррозионной стойкости
покрытий даже в отношении прототипа (кривые 11 и 12). Все данные, визуально наблюдаемые в виде анодных кривых на фиг. 2., подтверждаются количественными значениями
тока коррозии, представленными в табл. 2.
Таким образом, предлагаемый способ получения антикоррозионного покрытия на углеродистой стали методом микроплазменного анодирования позволяет значительно повысить его коррозионную стойкость, уменьшить время анодирования и, следовательно,
приводит к снижению энергозатрат на проведение процесса.
Источники информации:
1. Черненко В.И., Снежко Л.А., Папанова И.И. Получение покрытий анодно - искровым электролизом. - Л.: Химия, 1991. - 128 с.
2. Патент России 2112087, МПК С 25D 11/06, 1998.
3. Патент России 2263163, МПК С 25D 11/02, 2005.
4. Hongfei Guo at et. Microarc oxidation of corrosion resistant ceramic coating on a magnesium alloy. Materials Letters, 2006. - V. 60. - P. 1538-1541.
5
BY 12698 C1 2009.12.30
5. Патент США 3293158, МПК С 25D 9/06, С 25 D 11/02, 1966.
6. Ragalevicius R., Giraitis R. A study of Fe anodizing process transition into sparking stage
// Chemija (Vilnius). - 1999. - V. 10. - No 3. - P. 182-187.
7. Карпушенков С.А., Щукин Г.Л., Беланович А.Л., Савенко В.П. , Свиридов Д.В.
Формирование оксидных покрытий на поверхности малоуглеродистой стали в условиях
микродугового анодирования в растворе алюмината натрия. Весцi НАН Беларусi. Сер.
хiм. навук. - 2004. - № 3. - С. 57-60.
8. Карпушенков С.А., Щукин Г.Л., Беланович А.Л., Савенко В.П. Формирование керамикоподобных оксидных покрытий на поверхности углеродистой стали с помощью микроплазменного анодирования в растворе алюмината натрия. Свиридовские чтения: Сб. ст.
Вып. 2. - Минск, 2005. - С. 168-173.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
117 Кб
Теги
by12698, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа