RU2622466C1 - Способ антикоррозионной обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов - Google Patents
Способ антикоррозионной обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622466C1 RU2622466C1 RU2016134376A RU2016134376A RU2622466C1 RU 2622466 C1 RU2622466 C1 RU 2622466C1 RU 2016134376 A RU2016134376 A RU 2016134376A RU 2016134376 A RU2016134376 A RU 2016134376A RU 2622466 C1 RU2622466 C1 RU 2622466C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- laser
- corrosion
- aluminium
- pulse
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 title description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 34
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 14
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005542 laser surface treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- -1 that is Inorganic materials 0.000 description 2
- 102220491117 Putative postmeiotic segregation increased 2-like protein 1_C23F_mutation Human genes 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000441 X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M aluminum;oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Al+3] VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- GTKRFUAGOKINCA-UHFFFAOYSA-M chlorosilver;silver Chemical class [Ag].[Ag]Cl GTKRFUAGOKINCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004508 fractional distillation Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/18—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам антикоррозионной обработки поверхности изделий из алюминия или алюминиевых сплавов. Поверхность изделия подвергают импульсному энергетическому воздействию излучением импульсного оптоволоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,065 мкм при удельной мощности излучения 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20…40 кГц и скорости сканирования поверхности лазерным излучением 250…700 мм/с. Технический результат заключается в получении на поверхности изделия из алюминия или алюминиевого сплава плотной непроницаемой пассивной пленки оксида алюминия, эффективно защищающей металл от коррозии. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 11 пр.
Description
Область техники
Изобретение относится к способам защиты металлов от коррозии, а более конкретно - к способам антикоррозионной обработки поверхности изделий из алюминия или алюминиевых сплавов. Заявляемый способ может быть использован для защиты поверхности алюминиевых трубопроводов, емкостей, конструктивных элементов и декоративных изделий из алюминия или алюминиевых сплавов, то есть сплавов, количественно преобладающим компонентом которых является алюминий.
Уровень техники
Известны способы повышения коррозионной стойкости металлических поверхностей методом высокоэнергетического воздействия, например, лазерным переплавом, лазерным «выжиганием» неметаллических включений, лазерным выглаживанием поверхности [1, 2]. В то же время, известно, что наиболее эффективное снижение коррозии металлических материалов наблюдается при переходе их в пассивное состояние [3].
Алюминий и его сплавы, несмотря на высокую химическую активность чистого алюминия, являются достаточно коррозионно-стойкими. Это связано с самопроизвольным образованием защитной оксидно-гидроксидной пленки. Известно [4, 5], что эта пленка, хотя и обеспечивает антикоррозионную защиту, однако имеет поры и другие дефекты. Эти дефекты возникают преимущественно в местах локализации гидроксидной составляющей. При термическом воздействии гидроксид алюминия отщепляет воду и переходит в более устойчивый оксид алюминия Al2O3.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату, принимаемым за прототип, является способ обработки поверхности стали [6], включающий очистку поверхности от окалины и обработку лазерным лучом. При этом лазерную обработку поверхности проводят импульсной генерацией лазерного излучения с длиной волны 0,8…1,2 мкм, мощностью излучения 105…107 Вт/см2, частотой импульсов 28…35 кГц и скоростью сканирования лазером поверхности в зоне обработки 8…12 см/с. В частном случае осуществления изобретения лазерную обработку поверхности проводят на глубину поверхности 10…40 нм в вакууме, в среде инертного газа или на воздухе. Технический результат заключается в повышении коррозионной стойкости стали.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение коррозионной стойкости изделий из алюминия или алюминиевых сплавов.
Техническим результатом, который достигается заявляемым изобретением, является получение на поверхности алюминия или алюминиевых сплавов плотной непроницаемой пассивной пленки оксида алюминия, эффективно защищающей металл от коррозии.
Технический результат достигается тем, что в процессе обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов импульсному энергетическому воздействию подвергают предварительно сформированный защитный поверхностный слой оксида и гидроксида алюминия. Импульсное энергетическое воздействие осуществляют излучением импульсного оптоволоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,065 мкм при удельной мощности излучения 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20…40 кГц, скорости сканирования поверхности лазерным лучом 250…700 мм/с.
В частном случае осуществления заявляемого изобретения импульсную обработку ведут в контролируемой газовой атмосфере.
В частном случае осуществления заявляемого изобретения в качестве контролируемой газовой атмосферы используют смесь состава: аргон - 99 об.%; воздух - 1 об.%.
В частном случае осуществления заявляемого изобретения импульсную обработку ведут в вакууме при остаточном давлении воздуха 0,1…1 мм рт.ст.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлены анодные поляризационные кривые образцов алюминия (99,9% Al), полученные при электрохимической поляризации образцов в трехэлектродной ячейке, в среде боратного буферного раствора с рН=7.4. Поляризацию проводили от стационарного потенциала коррозии образцов в данной среде до положительного потенциала, обеспечивающего пробой пассивной пленки, со скоростью развертки потенциала 2 мВ/с. Использованы следующие обозначения: ϕ - потенциал алюминиевого образца относительно стандартного насыщенного хлорсеребряного электрода (Ag|AgCl|KClнас.), мВ; i a - плотность анодного тока, мкА/см2. Кривая 1 относится к образцу алюминия в исходном состоянии, кривая 2 - к образцу, обработанному на воздухе, а кривая 3 - к образцу, обработанному в контролируемой газовой среде (об.%: аргон - 99, воздух - 1).
На фиг. 2 представлены анодные поляризационные кривые образцов алюминия (99,9% Al), полученные при прочих равных условиях, но поляризацию проводили от потенциала образца - 900 мВ до положительного потенциала, обеспечивающего пробой пассивной пленки, со скоростью развертки потенциала 2 мВ/с. Использованы те же обозначения, что и на фиг. 1.
На фиг. 3 представлены рентгеноэлектронные спектры поверхности образцов в области энергий связи, отвечающих Al2p-уровню. Использованы следующие обозначения: Ев - энергия связи электрона, эВ; Аlох - спектральная линия, соответствующая атомам алюминия в составе оксида Al2O3; Almet - спектральная линия, соответствующая атомам алюминия в металлическом состоянии. Спектры а получены после 1 мин травления поверхности ионами аргона (глубина травления около 1 нм); спектры б - после 10 мин травления (глубина травления около 10 нм). Спектрограмма 1 относится к образцу алюминия в исходном состоянии, кривая 2 - к образцу, обработанному в контролируемой газовой атмосфере (об.%: Ar 99, воздух 1), кривая 3 - к необработанному образцу, выдержанному в среде электролита.
Осуществление изобретения
Осуществление заявляемого изобретения иллюстрируется описанными ниже примерами.
Пример 1. Исследовали образцы алюминия марки Ал-1 (99,9% Al) размерами 10×10×2 мм. Одну из граней 10×10 мм обрабатывали импульсным лазерным излучением. Для обработки использовали оптоволоконный иттербиевый лазер с длиной волны 1,065 мкм. Обработку вели в атмосфере воздуха при удельной мощности лазерного излучения 4,539⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20 кГц, скорости сканирования поверхности лучом 400 мм/с. Затем необработанные грани изолировали цапонлаком.
В результате действия коротких импульсов с высокой плотностью мощности происходит быстрый нагрев тонких поверхностных слоев до температуры свыше 3000°С. При таких температурах происходит дегидратация естественно образованного на воздухе оксидно-гидроксидного слоя алюминия, плавление оксида алюминия Al2O3, его диспергирование в тонком поверхностном слое и растворение оксида алюминия в металлической (алюминиевой) матрице, что и приводит к улучшению его защитных свойств. В результате высокоскоростного охлаждения система не успевает перейти к равновесному состоянию и формируется ряд твердых растворов оксидов алюминия в металлическом алюминии. В результате формируется градиентная по составу тонкая и плотная наноструктурная пленка толщиной до 30 нм, которая характеризуется сильно неравновесным структурным состоянием, отсутствием крупных кристаллов ингредиентов (алюминия и его оксида), высокой сплошностью, а также хорошим сцеплением с основным металлом.
Коррозионную стойкость обработанных образцов контролировали электрохимическим методом в потенциодинамическом режиме на потенциостате EcoLab 2А-100 в трехэлектродной электрохимической ячейке при комнатной температуре (20±2°С) в условиях естественной аэрации. В качестве фонового электролита использовали боратный буферный раствор (ББР) с рН=7,4. В качестве электрода сравнения использовали насыщенный хлорсеребряный электрод, вспомогательного - платиновый электрод. Все потенциалы приведены относительно насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения.
Электрохимические исследования проводили двумя способами. В первом случае электрод выдерживали в ячейке до установления стационарного потенциала примерно 30 мин. После выдержки задавался стационарный потенциал и включалась анодная поляризация при скорости развертки - 2 мВ/с. Кривые снимали до потенциала перепассивации. Во втором случае электрод выдерживался при катодном потенциале - 1500 мВ в течение 15 мин. После этого измерения проводились со скоростью развертки 2 мВ/с от катодного потенциала до потенциала перепассивации. Значения тока коррозии при потенциале образца 500 мВ и значения потенциала перепассивации показали хорошую сходимость при первом и втором способах измерения. Эти величины и принимали за количественные показатели коррозионной стойкости поверхности образцов. В данном примере ток коррозии при потенциале образца 500 мВ составил 33,35 мкА/см2, а потенциал перепассивации - 1670 мВ (табл. 1).
Примеры 2-8. Обработку и испытания образцов проводили аналогично примеру 1, варьируя удельную мощность лазерного излучения в интервале 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2, частоту следования импульсов 20…50 кГц, скорость сканирования поверхности лучом 250…700 мм/с, в атмосфере воздуха.
При удельной мощности лазерного излучения ниже 4,539⋅1010 Вт/см2 эффект обработки поверхности оказывается недостаточным, что проявляется в значительной величине тока коррозии и недостаточно высоком потенциале перепассивации. В интервале удельной мощности 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2 достигаются приемлемые для практики показатели коррозионной стойкости. При величине удельной мощности излучения свыше 8,536⋅10 Вт/см2 возрастает расход энергии на обработку и возникают трудности с охлаждением обрабатываемого изделия, показатели же коррозионной стойкости при этом не возрастают и даже несколько снижаются (вероятно, из-за растрескивания образующейся защитной пленки).
При частоте следования импульсов ниже 20 кГц нарушается сплошность защитной пленки, что приводит к повышению тока коррозии и снижению потенциала перепассивации. Частота импульсов 50 кГц и выше также приводит к повышению тока коррозии из-за перегрева и растрескивания защитного слоя.
При скорости сканирования поверхности лазерным лучом менее 250 мм/с резко возрастают затраты времени на обработку поверхности, поверхность подвергается перегреву, что ухудшает защитные свойства получаемой пленки. При скорости сканирования лучом свыше 700 мм/с время воздействия луча на отдельные участки поверхности оказывается недостаточным, что приводит к снижению коррозионной стойкости.
Наилучшие показатели коррозионной стойкости достигнуты в примере 5, при удельной мощности излучения 6,595⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 40 кГц и скорости сканирования 400 см/с.
Пример 9. Обработку и испытания образцов проводят аналогично примеру 5, при удельной мощности излучения 6,595⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 40 кГц и скорости сканирования 400 см/с, в контролируемой газовой атмосфере (об.%: аргон - 99, воздух - 1).
Сравнение анодных поляризационных кривых с исходным необработанным алюминием и с алюминием, обработанным по примеру 5 (в атмосфере воздуха), приведено в графической форме на фиг. 1 и 2. Анодные поляризационные кривые в обоих случаях показывают, что лазерная обработка алюминия на воздухе (кривая 2) приводит к повышению потенциала перепассивации в сравнении с необработанным образцом (кривая 1), но ток коррозии несколько возрастает из-за получения недостаточно плотного защитного слоя. Обработка в контролируемой газовой атмосфере (кривая 3) приводит к снижению тока коррозии, но не дает значительного повышения потенциала перепассивации из-за того, что формируемый оксидный слой оказывается в этих условиях более тонким. Таким образом, в зависимости от желаемых показателей коррозионной стойкости можно использовать различные частные случаи осуществления заявляемого изобретения.
Пример 10. Образцы дюралюминия марки Д16Т размерами 10×10×2 мм подготовили так же, как образцы алюминия в примерах 1-9. Обработку вели в атмосфере воздуха при удельной мощности лазерного излучения 6,595⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20 кГц, скорости сканирования поверхности лучом 400 мм/с.
Пример 11. Образцы дюралюминия марки Д16Т обрабатывали лазерным лучом в контролируемой газовой атмосфере (об.%: аргон - 99, воздух - 1) при удельной мощности лазерного излучения 6,595⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20 кГц, скорости сканирования поверхности лучом 400 мм/с.
Полученные в примерах 10, 11 показатели коррозионной стойкости (табл. 1) не уступают показателям, достигнутым на образцах из алюминия в тех же условиях. Это подтверждает применимость заявляемого способа для обработки алюминиевых сплавов.
Контроль состава поверхности образцов методом рентгеноэлектронной спектроскопии (фиг. 3) показал, что на поверхности исходного, не обработанного алюминия (кривые 1 на полях а и б) имеется самопроизвольно образованный оксидный слой толщиной до 10 нм. На глубине около 1 нм (поле а) практически весь алюминий окислен до оксида Al2O3. В то же время на глубине 10 нм (поле б) содержание окисленного алюминия намного ниже, чем свободного металла. Таким образом, алюминий в исходном состоянии имеет тонкий защитный оксидный слой, имеющий резкую границу с массивом металла. По этой границе возможно отслоение и разрушение оксидного слоя. После обработки по заявляемому способу (кривые 2 на полях а и б) оксидная пленка имеет толщину до 20 нм. По мере углубления в массив металла отношение содержания оксида алюминия к содержанию металлического алюминия плавно уменьшается. Это свидетельствует о нестехиометрическом составе поверхностного слоя, состав которого плавно (градиентно) меняется от поверхности к глубине. Это обеспечивает более прочное сцепление защитного слоя с массивом металла.
Промышленная применимость
Заявляемый способ обработки поверхности алюминия и алюминиевых сплавов имеет ясное предназначение, может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения - повышает коррозионную стойкость алюминия или его сплавов.
Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу изобретения на основании описания, известен материальный эквивалент. Алюминий и его сплавы хорошо известны в металлургии, массово выпускаются и широко применяются в промышленности. Коррозионная стойкость поверхности алюминия и его сплавов является объективно измеримым показателем по таким параметрам, как анодный ток растворения металла и потенциал перепассивации (электрического пробоя защитной пленки). Защитный поверхностный слой оксида и гидроксида алюминия самопроизвольно формируется на поверхности металла при контакте с воздухом и(или) влагой. Импульсное энергетическое воздействие лазерным излучением может быть осуществлено с помощью известного и выпускаемого оборудования, а именно с помощью импульсного оптоволоконного иттербиевого лазера. Способы создания контролируемой газовой атмосферы и обработки материалов в ней хорошо известны в промышленности. В частности, известен и массово применяется такой защитный газ, как аргон, получаемый непосредственно из воздуха фракционной перегонкой.
Примеры осуществления заявляемого способа раскрыты в описании настолько подробно, что их осуществление доступно специалисту в области химии или металлургии. Проведенные электрохимические коррозионные испытания показывают, что при осуществлении изобретения по любому варианту, охватываемому формулой изобретения, достигается указанный технический результат и реализуется заявленное назначение - повышение коррозионной стойкости алюминия или его сплавов.
Список источников, принятых во внимание при составлении заявки
1. Колотыркин В.М., Янов Л.А., Княжева В.М. Высокоэнергетические способы обработки поверхности для защиты металлов от коррозии // Коррозия и защита от коррозии. Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР, 1986, т. 12, с. 185-287.
2. Колотыркин В.М., Княжева В.М. Возможности высокоэнергетических методов обработки поверхности металлов для защиты от коррозии // Защита металлов. 1991, т. 27, №2, с. 184-186.
3. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии / под редакцией Семеновой И.В. - М.: Физматлит, 2002. - 336 с.
4. Синявский B.C., Вальков В.Д., Будов Г.М. Коррозия и защита алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1979. - 223 с.
5. Калужина С.А., Минакова Т.А. Пассивация и локальная активация алюминия. - Lambert Academic Publishing, Saarbrueken, 2015. - 142 с.
6. Патент РФ №2514233. Способ обработки поверхности стали. МПК C23F 15/00, B23K 26/34. Опубл. 27.04.2014. Бюлл. №12. / Решетников С.М., Харанжевский Е.В., Кривилев М.Д., Садиоков Э.Е., Гильмутдинов Ф.З., Писарева Т.А, Анкудинов В.Е.
Claims (3)
1. Способ антикоррозионной обработки поверхности изделия из алюминия или алюминиевого сплава, включающий импульсно-энергетическое воздействие излучением лазера на предварительно сформированный на изделии защитный поверхностный слой, отличающийся тем, что защитный слой формируют из оксида и гидроксида алюминия, при этом импульсно-энергетическое воздействие осуществляют излучением импульсного оптоволоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,065 мкм, удельной мощностью 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2 при частоте следования импульсов 20...40 кГц и скорости сканирования поверхности лазерным излучением 250…700 мм/с.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импульсно-энергетическое воздействие осуществляют в контролируемой газовой атмосфере.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве контролируемой газовой атмосферы используют смесь состава: аргон - 99 об.%, воздух - 1 об.%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016134376A RU2622466C1 (ru) | 2016-08-22 | 2016-08-22 | Способ антикоррозионной обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016134376A RU2622466C1 (ru) | 2016-08-22 | 2016-08-22 | Способ антикоррозионной обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2622466C1 true RU2622466C1 (ru) | 2017-06-15 |
Family
ID=59068503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016134376A RU2622466C1 (ru) | 2016-08-22 | 2016-08-22 | Способ антикоррозионной обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2622466C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2693278C2 (ru) * | 2017-11-30 | 2019-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Способ антикоррозионной обработки поверхности алюминия |
| CN115198226A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-10-18 | 中国人民解放军空军工程大学 | 基于飞秒激光诱导表面氧化层提升金属抗腐蚀性能的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4732778A (en) * | 1985-08-30 | 1988-03-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for forming composite layer by laser irradiation upon aluminum alloy substrate surface of powder mixture containing metal carbide ceramic particles, silicon, and metal element forming inter metallic compound with silicon |
| SU1680471A1 (ru) * | 1989-01-12 | 1991-09-30 | Физико-технический институт АН БССР | Способ лазерной химико-термической обработки деталей из сплавов на основе алюмини |
| US7323230B2 (en) * | 2004-08-02 | 2008-01-29 | Applied Materials, Inc. | Coating for aluminum component |
| RU2006127742A (ru) * | 2006-07-31 | 2008-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" (RU) | Способ модификации поверхностного слоя алюминия, меди и никеля |
| EP2290135A1 (en) * | 2000-06-28 | 2011-03-02 | Cree, Inc. | Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect densitity) on free-standing (aluminum, indium, gallium) nitride ((Al, In, Ga)N) substrates for opto-electronic and electronic devices |
| RU2522874C1 (ru) * | 2013-04-05 | 2014-07-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ защиты поверхности алюминия от коррозии |
-
2016
- 2016-08-22 RU RU2016134376A patent/RU2622466C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4732778A (en) * | 1985-08-30 | 1988-03-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for forming composite layer by laser irradiation upon aluminum alloy substrate surface of powder mixture containing metal carbide ceramic particles, silicon, and metal element forming inter metallic compound with silicon |
| SU1680471A1 (ru) * | 1989-01-12 | 1991-09-30 | Физико-технический институт АН БССР | Способ лазерной химико-термической обработки деталей из сплавов на основе алюмини |
| EP2290135A1 (en) * | 2000-06-28 | 2011-03-02 | Cree, Inc. | Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect densitity) on free-standing (aluminum, indium, gallium) nitride ((Al, In, Ga)N) substrates for opto-electronic and electronic devices |
| US7323230B2 (en) * | 2004-08-02 | 2008-01-29 | Applied Materials, Inc. | Coating for aluminum component |
| RU2006127742A (ru) * | 2006-07-31 | 2008-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" (RU) | Способ модификации поверхностного слоя алюминия, меди и никеля |
| RU2522874C1 (ru) * | 2013-04-05 | 2014-07-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ защиты поверхности алюминия от коррозии |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2693278C2 (ru) * | 2017-11-30 | 2019-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Способ антикоррозионной обработки поверхности алюминия |
| CN115198226A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-10-18 | 中国人民解放军空军工程大学 | 基于飞秒激光诱导表面氧化层提升金属抗腐蚀性能的方法 |
| CN115198226B (zh) * | 2022-08-16 | 2023-08-22 | 中国人民解放军空军工程大学 | 基于飞秒激光诱导表面氧化层提升金属抗腐蚀性能的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Corrosion behaviour of laser-cleaned AA7024 aluminium alloy | |
| Larsen et al. | Effect of excess silicon and small copper content on intergranular corrosion of 6000-series aluminum alloys | |
| Walker et al. | The effect of large-area pulsed electron beam melting on the corrosion and microstructure of a Ti6Al4V alloy | |
| Cui et al. | The corrosion and nickel release behavior of laser surface-melted NiTi shape memory alloy in Hanks' solution | |
| Fintová et al. | Improvement of electrochemical corrosion characteristics of AZ61 magnesium alloy with unconventional fluoride conversion coatings | |
| Liu et al. | Characterization of AZ31 magnesium alloy by duplex process combining laser surface melting and plasma electrolytic oxidation | |
| Ramirez et al. | Tartaric-sulphuric acid anodized clad AA2024-T3 post-treated in Ce-containing solutions at different temperatures: Corrosion behaviour and Ce ions distribution | |
| Razavi et al. | Corrosion behaviour of laser gas nitrided Ti–6Al–4V in HCl solution | |
| He et al. | Ceramic oxide coating formed on beryllium by micro-arc oxidation | |
| Ng et al. | Corrosion and wear properties of laser surface modified NiTi with Mo and ZrO2 | |
| Kusmanov et al. | Plasma electrolytic modification of the VT1-0 titanium alloy surface | |
| Bononi et al. | Hard anodizing of AA2099-T8 aluminum‑lithium‑copper alloy: Influence of electric cycle, electrolytic bath composition and temperature | |
| RU2622466C1 (ru) | Способ антикоррозионной обработки поверхности алюминия или алюминиевых сплавов | |
| Wu et al. | Effect of Na2SiO3 concentration on microstructure and corrosion resistance of MAO coatings prepared on Al-Mg-Sc alloys | |
| Gupta et al. | Corrosion study on laser shock peened 316L stainless steel in simulated body fluid and chloride medium | |
| Razavi et al. | Corrosion behaviour of laser gas-nitrided Ti–6Al–4V alloy in nitric acid solution | |
| Siva Prasad et al. | Improving the corrosion properties of magnesium AZ31 alloy GTA weld metal using microarc oxidation process | |
| Zhang et al. | Corrosion resistance of micro-arc oxidation coatings formed on aluminum alloy with addition of Al2O3 | |
| Razab et al. | Identification of optimum operatives parameters for Pulse Nd: YAG laser in paint removal on different types of car coated substrate | |
| Sakairi et al. | Repassivation behavior of titanium in artificial saliva investigated with a photon rupture method | |
| Zhukova et al. | Kinetic regularities and mechanism of formation of nanosize passive films on titanium alloys for medical application and their electrochemical behavior in simulated physiological media | |
| Barson et al. | Corrosion protection of titanium by pulsed plasma deposition of palladium | |
| Khanmohammadi et al. | Microstructural, corrosion and mechanical behavior of two-step plasma electrolyte oxidation ceramic coatings | |
| Sinyavskii | Pitting and stress corrosions of aluminum alloys; correlation between them | |
| Kajanek et al. | EFFECT OF APPLIED CURRENT DENSITY OF PLASMA ELECTROLYTIC OXIDATION PROCESS ON CORROSION RESISTANCE OF AZ31 MAGNESIUM ALLOY. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190823 |