Электрохимические и химические методы декоративной обработки алюминия и его сплавов (стр. 8 )

Пример. Образцы из алюминиевого сплава АД1 площадью 0,06 дм2 с исходной поверхностью 7 класса шероховатости полировали в термостатированной ячейке объемом 100 мл в электролите состава, приведенного в таблице 6.4.2.

Таблица 6.4.2.

Раствор доводят до уровня 100 мл дистиллированной водой. Анодная плотность тока 7 А/дм2, температура электролита 75˚С, продолжительность процесса полировки 10 минут. Катоды – из нержавеющей стали.

Экспериментальные данные приведены в таблице. Для сравнения проведено полирование образцов из сплава А6Н в электролите-прототипе (состав электролита: сода кальцинированная 200 … 250 г/л, тринатрийфосфат 100 … 120 г/л, квасцы алюмокалиевые 15 … 15 г/л) (пример 8). Результаты приведены в таблице 6.4.3.

Таблица 6.4.3.

Описанный электролит имеет следующие технико-экономические преимущества по сравнению с электролитом-прототипом: позволяет полировать кроме чистого алюминия ряд его сплавов АД0, АД1, Д16, АМц, А6Н, АМг; увеличивается относительное сглаживание поверхности полируемых образцов в 1,8 раза (с 37 до 66 … 71%) с повышением чистоты поверхности на 1 … 2 класса; возрастает отражательная способность поверхности полируемых образцов в 1,7 … 2,0 раза (с 35 до 56 … 90%).

6.5. Раствор для химического полирования

профилированных изделий из алюминия и его сплавов

Предлагаемый раствор предназначен для химической полировки в протоке внутренней поверхности крупных профилированных изделий, например труб большой длины, сложного профиля и переменного сечения из алюминия и его сплавов.

Раствор отличается от известных тем, что, с целью равномерного съема металла и повышения чистоты обрабатываемой поверхности, он содержит азотнокислую медь в количестве 5 на один литр раствора.

На внутренней поверхности труб бывают дефекты: налипы, задиры, риски и т. п. Механической обработкой устранить эти дефекты очень трудно.

При химическом полировании в проточном растворе выявляются скрытые дефекты в поверхностных слоях металла и повышается чистота поверхности. Наиболее качественная химическая полировка достигается в проточном растворе следующего состава (таблица 6.5.1).

Таблица 6.5.1.

Оптимальная температура раствора 90 … 95˚С. Содержание азотной кислоты должно составлять 4 … 7%; максимальное содержание алюминия в растворе 40 … 50 г/л.

7. Цветное анодирование алюминия

7.1. Анодирование алюминия и его сплавов в широкую гамму цветов

Большинство электролитов анодирования алюминия содержат смеси органических и неорганических кислот. Получаемые в таких электролитах анодные пленки имеют узкую гамму цветов. Более широкую гамму цветов получают в электролитах на основе соединений некоторых металлов, таких как ванвдвты, молибдаты и манганаты.

Так, в патенте Японии 2 содержится описание электролита для цветного анодирования алюминия, в состав которого входят вольфрамат и щавелевая кислота. При анодировании в этом электролите получают анодные пленки с довольно узкой гаммой цветов – серые с желтым или коричневым оттенком. Во время анодирования в этом электролите алюминий частично растворяется с образованием щавелевокислого алюминия, при концентрации которого примерно 3% электролит анодирования приходит в негодность.

Изобретение по АС 907090 преследует цель повышения стабильности электролита. Эта цель достигается тем, что электролит, включающий органическую кислоту и ванадат и/или вольфрамат, дополнительно содержит перекись водорода, а в качестве органической кислоты – муравьиную кислоту при следующем соотношении компонентов (таблица 7.1.1).

Таблица 7.1.1.

Электролит позволяет получать анодные пленки с широкой гаммой цветов, не меняющихся в процессе использования электролита.

Цветное анодирование в этом электролите производится при постоянном напряжении от 30 до 150 В в течение от 2 минут до достижения пленкой желаемого цвета. Электролит должен перемешиваться сжатым воздухом.

Предотвращение образования коллоидов и осадков, а также постоянство содержания ванадатов, вольфраматов и молибдатов в начальном валентном состоянии обеспечивается наличием в электролите перекиси водорода. Постоянная концентрация муравьиной кислоты поддерживается по определенному значению рН электролита.

Таким образом, электролит можно использовать практически неограниченное время, а получаемые при одинаковых условиях анодные пленки будут иметь одинаковый цвет.

Вследствие замены серной кислоты на муравьиную описываемый электролит не требует предварительной проработки, а интенсивно окрашенные пленки получаются уже через 2 … 3 минуты.

Получаемые пленки показали высокую коррозионную стойкость при шестимесячной выдержке в промышленной атмосфере и на судне в тропических условиях. Изменений цвета и следов коррозии не обнаружено.

Способ анодирования иллюстрируется несколькими примерами, представленными в таблице 7.1.2.

Таблица 7.1.2.

Испытания проводились на алюминиевых образцах марки АД-1 (технически чистый) и АМг-5 (93% Al) размером 2,5х2 см. Перед анодированием образцы травились в 5%-ном растворе едкого натра при температуре 40˚С в течение 2 … 3 минут, промывались в воде и осветлялись а разбавленной азотной кислоте (1:1). Как видно из таблицы, получаемые анодные пленки имеют широкий интервал цветов.

В таблице 7.1.3 показаны изменения в известном (1,2) и описываемом (3 … 5) электролитах во время анодирования.

Таблица 7.1.3.

Как видно из таблицы, состав известного электролита во время анодирования меняется с образованием коллоидов и выпадением осадка, а описываемый электролит отличается высокой стабильностью, что обеспечивает его продолжительную работоспособность.

В таблице 7.1.4 приведена зависимость цвета анодных пленок от степени использования электролита.

Таблица 7.1.4.

Примечание: Составы электролитов в табл. 7.1.2.

Аммоний молибденовокислый 66 г/л, серная кислота 5 г/л, щавелевая кислота 45 г/л.

Аммоний молибденовокислый 72,7 г/л, серная кислота 8 г/л, щавелевая кислота 45 г/л.

Натрий ванадиевокислый 0,25 моль/л, муравьиная кислота 0,6 моль/л, перекись водорода 0,01 моль/л.

Натрий молибденовокислый 0,125 моль/л, муравьиная кислота 0,6 моль/л, перекись водорода 0,002 моль/л.

Натрий вольфрамовокислый 0,1 моль/л, муравьиная кислота 0,225 моль/л, перекись водорода 0,05 моль/л.

Результаты эксперимента показывают, что цвет анодных пленок, получаемых в электролите, не зависит от степени использования электролита. Таким образом, описанный электролит позволяет получать окрашенные оксидные пленки непосредственно в процессе анодирования с широкой гаммой цветов, обладающих высокой цветостойкостью (получение постоянного цвета независимо от степени использования электролита).

Кроме того, наряду с хорошим декоративным видом, анодные пленки отличаются высокой коррозионной стойкостью и износостойкостью, что позволяет расширить область применения алюминия и его сплавов.

7.2. Способ микроплазменного оксидирования алюминия

для получения оптически черных покрытий

Изобретение относится к электрохимическому нанесению защитно-декоративных окрашенных покрытий на вентильные металлы и их сплавы, преимущественно на алюминий и его сплавы, и может быть использовано в разных отраслях народного хозяйства для отделки приборов, изготовления панелей, радиаторов, солнечных батарей, в производстве декоративных украшений, строительной индустрии и т. д.

Недостатками способа являются наличие высокой плотности тока, обусловливающей значительную энергоемкость процесса, необходимость постоянного контроля концентрации комплексообразователя для получения качественных покрытий.

Задача, решаемая изобретением, заключается в снижении энергозатрат процесса формирования покрытия, повышении работоспособности электролита.

Решение поставленной задачи обеспечивается предлагаемым изобретением за счет того, что оптически черные защитно-декоративные покрытия на алюминии и его сплавах и титане и его сплавах получают в условиях микроплазменных разрядов в гальваностатическом режиме при плотности постоянного тока 3 … 10 А/дм2 в течение 5 … 20 мин в водном электролите, содержащем дигидрофосфат натрия, ферроцианид калия и вольфрамат либо молибден натрия при соотношении компонентов, приведенном в таблице 7.2.1.

Таблица 7.2.1.

Способ осуществляют следующим образом. Деталь, обезжиренную в случае необходимости (для сохранения чистоты электролита), погружают в электролит и проводят оксидирование при плотности постоянного тока 3 … 10 А/дм2 в условиях микроплазменных разрядов в течение 5 … 20 мин. Конечное напряжение формирования составляет 90 … 150 В для алюминия и его сплавов и 60 … 100 В для титана и его сплавов.

Обрабатываемая деталь является анодом, в качестве катода могут быть использованы сплавы никеля, титана, нержавеющая сталь.

Электролит готовят путем последовательного растворения в воде отдельных компонентов при комнатной температуре, pH свежеприготовленного элекролита 5,8 … 5,9.