close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY17481

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 17481
(13) C1
(19)
C 23C 22/10
(2006.01)
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ В ВИДЕ ОКСИДНОЙ
ПЛЕНКИ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
(21) Номер заявки: a 20100085
(22) 2010.01.23
(43) 2011.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и
массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Гринчик Николай Николаевич; Жданок Виталий Александрович; Лапко Тамара Михайловна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) JP 2001123274 A, 2001.
ШРЕЙДЕР А.В. Оксидирование алюминия и его сплавов. - М.: Металлургиздат, 1960. - С. 32-34, 39-52.
RU 2043425 C1, 1995.
JP 2001172774 A, 2001.
DE 4031710 A1, 1992.
BY 17481 C1 2013.08.30
(57)
Способ формирования покрытия в виде оксидной пленки на металлической поверхности, заключающийся в том, что поверхность чистят, обезжиривают, обрабатывают ее слабокислым, с pH не более 5,0, водным раствором KMnO4 концентрацией 0,1-10,0 %,
выдерживают 20 мин при 20 °С и относительной влажности воздуха не более 70 %, смывают водой продукты реакции, наносят 3 %-ную перекись водорода и промывают.
Изобретение относится к химической обработке поверхности, в частности к обработке
металлических поверхностей путем химической конверсии с использованием водных растворов, и может найти применение в химической промышленности, металлургии для защиты от коррозии деталей из алюминиевых сплавов и придания адгезии краске, а также
других металлических поверхностей, включая холоднокатаную сталь, цинковые сплавы, а
также при необходимости повторной окраски поверхностей после смывки старой краски.
Как правило, химические конверсионные покрытия формируют химически, заставляя
поверхность металла конвертироваться в сильно прилипающее покрытие, которое целиком или частично состоит из окисленной формы металла подложки. Химические конверсионные покрытия обеспечивают высокое коррозионное сопротивление, а также сильную
адгезию к краске. Индустриальное нанесение краски (органической окончательной отделки) на металлы обычно требует химического конверсионного покрытия, особенно тогда,
когда производственные требования высоки.
Хотя алюминий защищает себя от коррозии, формируя естественное оксидное покрытие, защита не является полной. В присутствии влажности и электролитов, алюминиевые
сплавы с высоким содержанием меди подвергаются коррозии еще быстрее, чем чистый
алюминий.
Для того, чтобы сформировать конверсионное покрытие, обладающее преимуществами, существует два типа способов для обработки алюминия.
BY 17481 C1 2013.08.30
Первый тип способов - это анодное окисление (анодирование), при котором алюминиевый компонент погружают в химическую ванну на основе хромовой или серной кислоты и
пропускают электрический ток через алюминиевый компонент в химическую ванну. Результирующее конверсионное покрытие на поверхности алюминиевого компонента обеспечивает сопротивление коррозии и связывает органическое окончательное покрытие.
Второй тип способов - химическое создание конверсионного покрытия, которое обычно упоминают как химическое конверсионное покрытие, при котором подвергают алюминиевый компонент действию химически активного раствора, например раствора хромовой
кислоты, но без использования электрического тока. Химический раствор наносится путем
погружения, вручную или путем распыления. Результирующее конверсионное покрытие
на поверхности алюминиевого компонента обеспечивает сопротивление коррозии и связывает органическое окончательное покрытие.
Большое количество алюминиевых структурных деталей, также как и деталей с Cd
гальваническим покрытием, с Zn гальваническим покрытием, Zn-Ni гальваническим покрытием и стальных деталей повсюду в аэро- и космической промышленности в настоящее
время обрабатывают используя технологию на основе хромовой кислоты. Конверсионные
покрытия, сформированные на алюминиевых подложках на основе хромовой кислоты,
удовлетворяют критерию сопротивления коррозии, но они прежде всего служат как поверхность подложки для адгезии краски. Из-за относительной тонкости и низких весов покрытия они не вызывают усталостного сокращения срока службы алюминиевой структуры.
Однако относящиеся к окружающей среде инструкции в разных странах значительно
уменьшают дозволенные уровни соединений шестивалентного хрома в стоках и отходах
процесса отделки поверхности металла. Поэтому способ химического получения конверсионного покрытия, использующий соединения шестивалентного хрома, экологически не
безопасен.
Известно составное нехромистое конверсионное покрытие для детали из алюминиевого
сплава и способ его формирования (варианты) [1], в котором покрытие формируют посредством получения первого раствора, содержащего вещества типа анодных ингибиторов, получения второго раствора, содержащего вещества типа катодных ингибиторов
коррозии, и погружения детали, предназначенной для нанесения покрытия, в первый из
указанных первого и второго растворов, а затем во второй из указанных первого и второго
растворов. Подходящие вещества типа анодных ингибиторов включают в себя вольфраматы, перманганаты, ванадаты, молибдаты и их смеси. Подходящие вещества типа катодных
ингибиторов коррозии включают в себя кобальт, церий, другие лантанидные элементы и
их смеси. Согласно одному варианту воплощения изобретения, конверсионное покрытие
формируют с использованием раствора, содержащего церий, и раствора, содержащего
вольфрамат.
Известен состав концентрата для получения водного раствора для нанесения покрытия
для обработки металлических поверхностей, водный раствор для нанесения фосфатного
покрытия кристаллической структуры на металлическую поверхность, способ фосфатирования металлической поверхности и пополняющий состав для добавления к раствору для
нанесения покрытия [2]. Состав концентрата включает фосфат ионы, ионы цинка, никеля,
марганца, гидроксиламиновый ускоритель и воду. Наполняющий состав для добавления к
раствору для нанесения покрытий помимо указанных компонентов может дополнительно
содержать карбонат или бикарбонат аммония или гидроксид аммония в количестве, обеспечивающем сохранение уровня кислотности раствора. Способ фосфатирования металлической поверхности осуществляют кислотным водным раствором фосфата.
Известен способ получения марганцевого фосфатирующего концентрата [3], заключающийся в получении марганцевого фосфатирующего концентрата, включающем растворение металлического марганца в фосфорной кислоте, подаваемой порциями со
скоростью подачи 50-100 л/мин, с последующей выдержкой продукта в течение 12-24 ч.
2
BY 17481 C1 2013.08.30
Полученный фосфат марганца перекачивают в реактор, где в него при перемешивании
загружают 10-15 кг окиси цинка, 30-50 кг никеля сернокислого шестиводного и подают
130-160 л азотной кислоты. Продукт перемешивают 1,5-2 ч при следующем соотношении
компонентов: Mn:Zn:PO4=(0,95-1,05):(0,13-0,2):(3,85-4,73).
Недостатками вышеперечисленных покрытий является то, что они не обеспечивают
требования по коррозионной стойкости и сцепление с органической краской.
Наиболее близким к данному техническому решению (прототип) является способ
формирования покрытия из оксидной пленки конверсионного кобальта (способ формирования покрытия на металлических поверхностях) [4]. Способ включает получение раствора конверсионного кобальта для формирования оксидной пленки, содержащего
растворимый гексакоординационный комплекс кобальта-III в форме Mem[Co(R)6]n, где Me
представляет один из элементов группы, состоящей из Na, Li, K, Ca, Zn, Mg и Mn, и где m
равно 2 или 3; n равно 1 или 2, R является карбоксилатом, и контакт подложки (металлической поверхности) с водным реакционным раствором в течение времени, достаточного
для окисления металлической поверхности, посредством чего формируют покрытие из
оксидной пленки конверсионного кобальта.
Недостатком данного способа является низкая его эффективность из-за необходимости в предварительной тщательной подготовке поверхности для удаления различных органических загрязнений.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа за
счет совмещения предварительной очистки поверхности с частичным оксидированием
поверхности, а также повышение коррозионной стойкости покрытия.
Задача решается следующим образом.
Способ формирования покрытия в виде оксидной пленки на металлической поверхности, заключающийся в том, что поверхность чистят, обезжиривают, обрабатывают ее слабокислым, с pH не более 5,0, водным раствором KMnO4 концентрацией 0,1-10,0 %,
выдерживают 20 мин при 20 °С и относительной влажности воздуха не более 70 %, смывают водой продукты реакции, наносят 3 %-ную перекись водорода и промывают.
В результате обработки металлической поверхности слабокислым водным раствором
KMnO4 концентрацией 0,1-10,0 % происходит окисление углеводородов, которые концентрируются в микро- и наношероховатостях, то есть фактически их выгорание, при этом на
алюминиевой подложке формируется покрытие в виде оксидной пленки за счет реакций
окисления.
В кислой среде, например фосфорной, серной кислоте, реакции окисления протекают
более интенсивно, чем в нейтральной среде, поэтому такая предварительная обработка
особенно необходима после смыва старой краски перед нанесением новой краски.
Сущность заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример 1.
После очистки алюминиевой подложки и обезжиривания ее обрабатывают слабокислым, с pH не более 5,0, водным раствором KMnO4 концентрацией 0,1 %, выдерживают
20 мин при 20 °С и относительной влажности воздуха не более 70 %, смывают водой продукты реакции, наносят 3 %-ную перекись водорода и промывают.
Пример 2.
После очистки алюминиевой подложки и обезжиривания ее обрабатывают слабокислым,
с pH не более 5,0, водным раствором KMnO4 концентрацией 5,0 %, выдерживают 20 мин
при 20 °С и относительной влажности воздуха не более 70 %, смывают водой продукты
реакции, наносят 3 %-ную перекись водорода и промывают.
Пример 3.
После очистки алюминиевой подложки и обезжиривания ее обрабатывают слабокислым, с pH не более 5,0, водным раствором KMnO4 концентрацией 10,0 %, выдерживают
3
BY 17481 C1 2013.08.30
20 мин при 20 °С и относительной влажности воздуха не более 70 %, смывают водой продукты реакции, наносят 3 %-ную перекись водорода и промывают.
В некоторых местах подложки имеются бурые пятна, которые показывают на взаимодействие окислителя с органическим загрязнителем. Бурые пятна легко удаляют 3 %-ной
перекисью водорода с дальнейшей промывкой щелочной или мыльной водой.
Обрабатываемые данным способом алюминиевые сплавы серии 2000, типа сплава
2024-ТЗ, содержащие медь, улучшают коррозионную стойкость в 5-10 раз. В 2-3 раза
меньше выделяется пузырьков в щелочной среде - 10 %-ном растворе NaOH, в 5-6 раз
меньше выделяется пузырьков в 10 %-ном водном растворе H2SO4.
Данный способ можно использовать для формирования покрытия в виде оксидной
пленки на большой по площади металлической поверхности, например на поверхности
крыльев самолета, так как раствор легко наносить распылением.
Возможности использования предлагаемого изобретения не ограничиваются данными
примерами и могут быть реализованы в другой форме. Параметры температуры, влажности, pH раствора неоднократно проверены на практике и являются оптимальными для реализации. Водные растворы не содержат легколетучие окислители, например азотную
кислоту. Во всех случаях при формировании покрытия в виде оксидной пленки на алюминиевой поверхности желательно, чтобы в первую очередь испарялась вода, то есть ее давление паров должно быть больше давления паров окислителя. Согласно предлагаемому
способу, сгущение опасных окислителей типа HNO3 происходит лишь в молекулярных
пленках и микрокапиллярах. Известно, что для концентрации HNO3 49,94 % ее парциальное давление паров составляет только 47,91 Па, соответственно для воды - 1030,75 Па, но
для концентрации HNO3 69,7 % - 38304 и 388,36 Па, для 96,48-ного 5531,47 и 14,6 Па соответственно. Следовательно, повышение окислителя до 40 % в микропорах за счет испарения воды вполне реально. Высокая концентрация HNO3 в молекулярных пленках и
капиллярах не окажет сильного влияния на предельно допустимую концентрацию в рабочей зоне.
Источники информации:
1. Патент РФ 2224820, МПК C23C 22/05, 2007.
2. Патент РФ 2109845, МПК C23C 22/36,1998.
3. Патент РФ 2149829, МПК C01B 25/45, C23C 22/18, 2000.
4. Патент РФ 2135637, МПК C23C 22/68, 1999 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
85 Кб
Теги
патент, by17481
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа