RU2756672C1 - Method for processing titanium and its alloys in order to increase its corrosion resistance and electrolyte for micro-arc oxidation of titanium and its alloys in order to increase corrosion resistance - Google Patents
Method for processing titanium and its alloys in order to increase its corrosion resistance and electrolyte for micro-arc oxidation of titanium and its alloys in order to increase corrosion resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756672C1 RU2756672C1 RU2021104772A RU2021104772A RU2756672C1 RU 2756672 C1 RU2756672 C1 RU 2756672C1 RU 2021104772 A RU2021104772 A RU 2021104772A RU 2021104772 A RU2021104772 A RU 2021104772A RU 2756672 C1 RU2756672 C1 RU 2756672C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- alloys
- corrosion resistance
- electrolyte
- increase
- Prior art date
Links
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title abstract description 36
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title abstract description 36
- OGKAGKFVPCOHQW-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O OGKAGKFVPCOHQW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 5
- 241000080590 Niso Species 0.000 claims description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 32
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 18
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 14
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 14
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229940053662 nickel sulfate Drugs 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- NLLZTRMHNHVXJJ-UHFFFAOYSA-J titanium tetraiodide Chemical compound I[Ti](I)(I)I NLLZTRMHNHVXJJ-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000406 trisodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019801 trisodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения защитных коррозионностойких покрытий на титане и его сплавах путем микродуговой обработки в электролите с известными добавками и сульфатом никеля и может быть использовано в различных областях техники, а также в химической промышленности и электрохимических производствах.The invention relates to the field of obtaining protective corrosion-resistant coatings on titanium and its alloys by microarc treatment in an electrolyte with known additives and nickel sulfate and can be used in various fields of technology, as well as in the chemical industry and electrochemical industries.
В настоящее время известны работы по введению различных добавок в электролит для микродугового оксидирования (МДО), которые встраиваются в оксидное покрытие. Легирование оксидного покрытия компонентами из электролита позволяет получать покрытия с повышенными потребительскими свойствами, такими как износостойкость, теплоизоляция, электроизоляция, в том числе и коррозионная стойкость др. Это могут быть как твердые добавки в виде мелкодисперсных (нанодисперсных частиц) порошков [1, 2] ,так и растворимые добавки, например, в виде солей металлов [3]. Например, в работе [1] было выявлено влияние введенного в силикатный электролит для МДО твердого порошка диоксида кремния на морфологию и структуру сформированного оксидного покрытия на алюминиевом сплаве.Currently, there are works on the introduction of various additives into the electrolyte for microarc oxidation (MAO), which are built into the oxide coating. Alloying the oxide coating with electrolyte components makes it possible to obtain coatings with increased consumer properties, such as wear resistance, thermal insulation, electrical insulation, including corrosion resistance, etc. These can be solid additives in the form of fine (nanodispersed particles) powders [1, 2], and soluble additives, for example, in the form of metal salts [3]. For example, in [1], the effect of solid silicon dioxide powder introduced into the silicate electrolyte for MAO on the morphology and structure of the formed oxide coating on an aluminum alloy was revealed.
В работе [3] в электролит для МДО были введены оксиды ванадия, молибдена, циркония и вольфрама как в виде диспергированных оксидов, так и растворимых солей и изучен состав, морфологии и коррозионная стойкость полученных покрытий. Следует особо отметить, что покрытия были получены на сплавах титана. При формировании оксидных слоев в растворах на основе диспергированных оксидов редких металлов получены равномерные низкопористые покрытия с содержанием легирующих компонентов не более 3% масс., тогда как из растворов их оксоанионов были получены покрытия с высоким содержанием легирующего компонента (более 10% масс.).In [3], oxides of vanadium, molybdenum, zirconium, and tungsten were introduced into the electrolyte for MAO, both in the form of dispersed oxides and soluble salts, and the composition, morphology, and corrosion resistance of the resulting coatings were studied. It should be especially noted that the coatings were obtained on titanium alloys. During the formation of oxide layers in solutions based on dispersed oxides of rare metals, uniform low-porosity coatings with a content of alloying components of no more than 3 wt% were obtained, while coatings with a high content of an alloying component (more than 10 wt%) were obtained from solutions of their oxoanions.
Существует множество заявок, посвященных МДО обработке титана и его сплавов. В основном они посвящены повышению микротвердости и износостойкости титановой поверхности [4].There are many applications for MAO processing of titanium and its alloys. They are mainly devoted to increasing the microhardness and wear resistance of the titanium surface [4].
Известен способ плазменно-электролитического оксидирования вентильных металлов и их сплавов [5], преимущественно алюминия и титана. Способ дает возможность модифицировать поверхность титана, позволяет управлять процессом модифицирования поверхности и формировать слои равномерной толщины и структуры.The known method of plasma electrolytic oxidation of valve metals and their alloys [5], mainly aluminum and titanium. The method makes it possible to modify the titanium surface, to control the surface modification process and to form layers of uniform thickness and structure.
Существенными признаками данного прототипа являются:The essential features of this prototype are:
- обработка титана в водном электролите, содержащем тринатрийфосфат 12-водный - 20-120 г/л, тетраборат натрия 10-водный - 10-80 г/л, вольфрамат натрия 2-водный - 1-12 г/л;- treatment of titanium in an aqueous electrolyte containing 12-aqueous trisodium phosphate - 20-120 g / l, sodium tetraborate 10-aqueous - 10-80 g / l, sodium 2-aqueous tungstate - 1-12 g / l;
- электролиз при переменной анодно-катодной поляризации;- electrolysis with variable anodic-cathodic polarization;
- длительность импульсов 0,0033-0,1 с и эффективная плотность тока 0,01-0,3 А/см2.- pulse duration 0.0033-0.1 s and effective current density 0.01-0.3 A / cm 2 .
Существенным признаком, общим с заявляемым изобретением, является обработка в электролитной плазме, то есть микродуговое оксидирование.An essential feature common to the claimed invention is treatment in an electrolytic plasma, that is, microarc oxidation.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что этот способ не позволяет получить покрытие с высокой коррозионной стойкостью.The reason that impedes the achievement of the technical result is that this method does not allow obtaining a coating with high corrosion resistance.
Известно, что объемное легирование титана повышает его коррозионной стойкости в агрессивных кислотах. Например, в изобретении [6] предложено увеличить коррозионную стойкость титана в неокислительных кислотах путем введения в его состав вес. %: молибдена 23-25%, ниобия 13-15%, ванадия 10-12%. К недостаткам следует отнести высокое содержание легирующих добавок и, следовательно, высокую стоимость получаемых сплавов, а также сложности при металлургической выплавке таких сплавов, таких как, например, получение равномерного состава по толщине сплава.It is known that bulk alloying of titanium increases its corrosion resistance in aggressive acids. For example, in the invention [6] it is proposed to increase the corrosion resistance of titanium in non-oxidizing acids by introducing weight into its composition. %: molybdenum 23-25%, niobium 13-15%, vanadium 10-12%. The disadvantages include the high content of alloying additives and, consequently, the high cost of the resulting alloys, as well as difficulties in the metallurgical smelting of such alloys, such as, for example, obtaining a uniform composition over the thickness of the alloy.
В работе [7] было обнаружено повышение коррозионной стойкости титана в кислотах за счет перехода потенциала коррозии в область значений, соответствующих пассивному состоянию, после его объемного легирования "катодными" добавками: палладием, рутением, платиной и т.п. Было установлено, что в первые минуты коррозии происходит избирательное растворение основы, титана, и существенное обогащение поверхности "катодной" добавкой, и как следствие, увеличение эффективности катодного процесса, что приводит к смещению потенциала коррозии из области активного растворения в область значений потенциала, соответствующих пассивному состоянии. В результате этого происходит существенное снижение скорости растворения основного металла, титана. К недостаткам следует отнести сложность металлургического легирования дорогостоящими металлами, а также высокую стоимость применяемых катодных добавок.In [7], an increase in the corrosion resistance of titanium in acids was found due to the transition of the corrosion potential to the range of values corresponding to the passive state after its bulk alloying with "cathodic" additives: palladium, ruthenium, platinum, etc. It was found that in the first minutes of corrosion there is a selective dissolution of the base, titanium, and a significant enrichment of the surface with a "cathodic" additive, and, as a consequence, an increase in the efficiency of the cathodic process, which leads to a shift of the corrosion potential from the region of active dissolution to the region of potential values corresponding to the passive condition. As a result, there is a significant decrease in the rate of dissolution of the base metal, titanium. The disadvantages include the complexity of metallurgical alloying with expensive metals, as well as the high cost of the used cathode additives.
Наиболее близким к изобретению является патент [8], где титан либо содержит катодные добавки редких драгоценных металлов, платину, палладий и др., либо они нанесены на поверхность титана в результате "металлизации, сварки сопротивлением, сварки плавлением или осаждением из паров с целью непосредственного покрытия незначительной части поверхности титанового изделия". К недостаткам данного изобретения следует отнести дороговизну драгоценных металлов и технологические сложности при нанесении на поверхность титана редких металлов и главное получения электрического контакта с основным металлом титаном.The closest to the invention is the patent [8], where titanium either contains cathode additives of rare precious metals, platinum, palladium, etc., or they are deposited on the titanium surface as a result of "metallization, resistance welding, fusion welding or vapor deposition for the purpose of direct covering an insignificant part of the surface of a titanium product ". The disadvantages of this invention include the high cost of precious metals and technological difficulties when depositing rare metals on the titanium surface and, most importantly, obtaining electrical contact with the titanium base metal.
Титан может быть использован и используется в химической промышленности. Однако, несмотря на высокую коррозионную стойкость в широком диапазоне сред титан растворяется в 35% серной кислоте с достаточно высокой скоростью. Данные по скорости коррозии могут отличаться в зависимости от некоторых различий в структуре и составах (иодидный титан, технически чистый и т.д.) исследуемых образцов титана и составляют 4÷7 г/м2ч. В заявке была исследована скорость коррозии технически чистого титана ВТ1-0.Titanium can be and is used in the chemical industry. However, despite its high corrosion resistance in a wide range of media, titanium dissolves in 35% sulfuric acid at a fairly high rate. The data on the corrosion rate may differ depending on some differences in the structure and composition (iodide titanium, commercially pure, etc.) of the studied titanium samples and amount to 4 ÷ 7 g / m 2 h. In the application, the corrosion rate of commercially pure titanium was investigated VT1-0.
Табл. 1 Состав исследуемого сплава ВТ1-0 в массовых процентах.Tab. 1 Composition of the investigated alloy VT1-0 in mass percent.
Максимум скорости коррозии титана в зависимости от концентрации серной кислоты приходится на 40%. В связи с этим данная заявка посвящена повышению коррозионной стойкости титана в кислых средах, а именно неокислительных кислотах.The maximum corrosion rate of titanium, depending on the concentration of sulfuric acid, is 40%. In this regard, this application is devoted to increasing the corrosion resistance of titanium in acidic environments, namely non-oxidative acids.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение коррозионной стойкости титана и его сплавов при минимальных затратах. Преимуществом предлагаемого покрытия является дешевизна (не требуется объемного легирования и поверхностного легирования титана), относительная простота получения и низкие энергозатраты ввиду малого времени нанесения.The technical result of the claimed invention is to increase the corrosion resistance of titanium and its alloys at minimal cost. The advantage of the proposed coating is its low cost (no volume alloying and surface alloying of titanium is required), relative ease of production, and low energy consumption due to the short deposition time.
Технический результат достигается тем, что предложен способ обработки титана и его сплавов с целью повышения его коррозионной стойкости, включающий микродуговое оксидирование в растворе щелочи при напряжении формовки 500-550 В, анодно-катодном режиме с частотой 50 ГЦ при равенстве анодного и катодного токов, плотности тока 45 Ад/м2, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование проводят в электролите состава: семиводный сульфат никеля NiSO4 7H2O в концентрации 1-5 г/л и щелочь 3 г/л.The technical result is achieved by the fact that the proposed method for processing titanium and its alloys in order to increase its corrosion resistance, including microarc oxidation in an alkali solution at a forming voltage of 500-550 V, anodic-cathodic mode with a frequency of 50 Hz with equal anodic and cathodic currents, density current 45 A / m2, characterized in that microarc oxidation is carried out in an electrolyte of the composition: heptahydrate nickel sulfate NiSO4 7H2O in a concentration of 1-5 g / l and alkali 3 g / l.
Для микродугового оксидирования титана был выбран электролит на основе щелочи и сульфата никеля состава: 3 г/л KOH и 1÷5 г/л NiSO4⋅7H2O. Составы электролитов для МДО, время обработки и потенциалы коррозии приведены в таблице 1.For microarc oxidation of titanium, an electrolyte based on alkali and nickel sulfate was selected with the composition: 3 g / l KOH and 1 ÷ 5 g / l NiSO 4 ⋅7H 2 O. The compositions of electrolytes for MAO, processing time and corrosion potentials are given in Table 1.
Водоохлаждаемая электролитная ванна для микродугового оксидирования была изготовлена из нержавеющей стали и служила противоэлектродом по отношению к обрабатываемому образцу. Непрерывное перемешивание электролита осуществлялось с помощью мешалки. Температура электролита в процессе МДО не поднималась выше 25°С.A water-cooled electrolyte bath for microarc oxidation was made of stainless steel and served as a counter electrode with respect to the sample being processed. Continuous stirring of the electrolyte was carried out using a stirrer. The electrolyte temperature during MAO did not rise above 25 ° C.
Оксидирование проводили в анодно-катодном режиме от источника питания переменного тока 50 Гц. Величина анодного формовочного напряжения составляла UA=500-550 В. Соотношение катодной и анодной составляющих напряжения было 1:1, плотность тока равнялась 45 Ад/м2.Oxidation was carried out in the anodic-cathodic mode from a 50 Hz AC power source. The value of the anodic forming voltage was U A = 500-550 V. The ratio of the cathodic and anode voltage components was 1: 1, the current density was 45 A / m 2 .
Экспериментальным образом установлено, что значения плотности тока менее 45 Ад/м2 не позволяют выйти на микродуговой режим, а при больших значениях происходят очень большие энергозатраты.It has been experimentally established that current density values less than 45 A / m 2 do not allow reaching the microarc mode, and at high values, very high energy consumption occurs.
Как видно из таблицы 2, наиболее положительным значениям потенциала коррозии соответствует щелочной электролит с добавками сульфата никеля и времени обработки 10 минут (№3 табл. 2). Токи на анодных поляризационных кривых коррелируют со значениями потенциалов коррозии. То есть наименьшие токи показал образец, полученный в электролите состава 3 г/л KOH+2 г/л NiSO4⋅7H2O и времени обработки 10 минут. Наибольшие токи были получены для титана без МДО обработки.As can be seen from Table 2, the most positive values of the corrosion potential correspond to an alkaline electrolyte with additions of nickel sulfate and a processing time of 10 minutes (No. 3 of Table 2). The currents on the anodic polarization curves correlate with the values of the corrosion potentials. That is, the smallest currents were shown by a sample obtained in an electrolyte with a composition of 3 g / L KOH + 2 g / L NiSO 4 ⋅7H 2 O and a processing time of 10 minutes. The highest currents were obtained for titanium without MAO treatment.
Было установлено, что существенной увеличение времени нанесения покрытия не приводит к повышению коррозионной стойкости. Время микродугового оксидирования может быть увеличено с целью повышения других свойств покрытия, например, таких как электроизоляционные, повышение напряжения пробоя, и износостойкость.It has been found that a significant increase in the coating time does not lead to an increase in corrosion resistance. The microarc oxidation time can be increased in order to improve other properties of the coating, such as electrical insulation, increased breakdown voltage, and wear resistance.
Как показали поперечные шлифы, толщина покрытий, полученных в электролите с сульфатом никеля составляет 1, 3 и 7 мкм для времени обработки 3, 5 и 10 минут соответственно.As shown by cross-sectional sections, the thickness of the coatings obtained in the electrolyte with nickel sulfate is 1, 3, and 7 μm for processing times of 3, 5, and 10 minutes, respectively.
По данным рентгеноспектрального микроанализа покрытия состоят только из диоксида титана для времени обработки 3 и 5 минут, а в составе 10 минутного покрытия появляется никель в составе 1 вес. %. Эти значения никеля могут быть занижены, так как, вероятно, из малой толщины покрытия "просвечивает" основа, титан.According to X-ray spectral microanalysis, the coatings consist only of titanium dioxide for processing times of 3 and 5 minutes, and nickel appears in the composition of a 10-minute coating in the composition of 1 wt. %. These values of nickel can be underestimated, since, probably, the base, titanium, "shines through" from the small thickness of the coating.
Как показали данные анализа составов покрытий после разрушения в серной кислоте (3 и 5 минут) они состоят только из диоксида титана и никеля в них не обнаружено.As shown by the data of the analysis of the compositions of the coatings after destruction in sulfuric acid (3 and 5 minutes), they consist only of titanium dioxide and nickel was not found in them.
Коррозионную стойкость покрытий определяли по времени до их разрушения в результате коррозии в серной кислоте. Как показали коррозионные испытания в 35% серной кислоте (табл. 3) при температуре 25°С, происходит разрушение покрытий за исключением покрытия, полученного в никель-сульфатном растворе за 10 минут обработки. Так покрытие для времени обработки 3 минуты было разрушено в кислоте за 5 дней, 5 минут - 7 дней. Покрытия, полученные за 10 минут МДО обработки простояли 1,5 года в 35% серной кислоте без разрушения. Наиболее коррозионно-стойким показало себя покрытие под номером 3 (табл. 3).The corrosion resistance of the coatings was determined by the time until their destruction as a result of corrosion in sulfuric acid. As shown by corrosion tests in 35% sulfuric acid (Table 3) at a temperature of 25 ° C, the destruction of coatings occurs, with the exception of the coating obtained in a nickel-sulfate solution for 10 minutes of treatment. So the coating for a treatment time of 3 minutes was destroyed in acid in 5 days, 5 minutes - 7 days. The coatings obtained in 10 minutes of MAO treatment stood for 1.5 years in 35% sulfuric acid without destruction. The most corrosion-resistant coating proved to be number 3 (Table 3).
Для сравнения было получено также покрытие при тех же условиях, но вместо сульфата никеля был введен в электролит NaAlO2 (15 г/л), а время обработки составило 25 минут. Разрушение данного покрытия в результате коррозии произошло через 12 дней коррозионных испытаний.For comparison, a coating was also obtained under the same conditions, but instead of nickel sulfate, NaAlO 2 (15 g / l) was introduced into the electrolyte, and the processing time was 25 minutes. The destruction of this coating due to corrosion occurred after 12 days of corrosion tests.
Следует отметить, что разрушение покрытий происходит не сразу и, вероятно, в первые дни они находятся в пассивном состоянии. С течением времени происходит "активация" основы и, как следствие, из-за высоких скоростей коррозии отслаивается и разрушается покрытие. Потенциал коррозии при этом смещается из пассивной области, в данном случае это область положительных значений (табл. 2, правая графа) в область более отрицательных значений.It should be noted that the destruction of coatings does not occur immediately and, probably, in the first days they are in a passive state. In the course of time, the substrate becomes "activated" and, as a consequence, due to high corrosion rates, the coating exfoliates and breaks down. In this case, the corrosion potential shifts from the passive region, in this case it is the region of positive values (Table 2, right column) to the region of more negative values.
Таким образом, наилучшей коррозионной стойкостью обладает покрытие под номером 3 (табл. 3).Thus, coating number 3 has the best corrosion resistance (Table 3).
Экспериментальным образом было установлено, что в электролите состава более 5 г/л сульфата никеля поднятие напряжения формовки до 400 В, где появляются микродуговые разряды, затруднено. А при содержании сульфата никеля менее 1 г/л в электролите для МДО содержание никеля в покрытии крайне мало.It was experimentally found that in an electrolyte with a composition of more than 5 g / l of nickel sulfate, raising the forming voltage to 400 V, where micro-arc discharges appear, is difficult. And when the content of nickel sulfate is less than 1 g / L in the electrolyte for MAO, the content of nickel in the coating is extremely low.
Предлагаемый электролит является простым, дешевым и не содержит много компонентов, что упрощает его приготовление. Сочетание малого времени обработки, что экономит электроэнергию (МДО является высокоэнергозатратным способом обработки металлов), а также простота и дешевизна электролита, обеспечивающего высокую степень защиты титана от коррозии в неокислительной кислоте, делает его удобным, полезным и эффективным для МДО обработки титана и его сплавов.The proposed electrolyte is simple, cheap and does not contain many components, which simplifies its preparation. The combination of short processing time, which saves electricity (MAO is a high-energy-consuming method of metal processing), as well as the simplicity and low cost of the electrolyte, which provides a high degree of protection of titanium against corrosion in non-oxidizing acid, makes it convenient, useful, and effective for MAO processing of titanium and its alloys.
Табл. 2. Режимы МДО обработки и свойства образцовTab. 2. Modes of MAO processing and properties of samples
в 35% H2SO4
мВ (с.в.э)Current potential
in 35% H 2 SO 4
mV (r.m.s.)
3 г/л KOH
2 г/л NiSO4⋅7H2OTitan VT 1-0
3 g / l KOH
2 g / l NiSO 4 ⋅7H 2 O
Табл. 3 Время до разрушения покрытий в 35% HSO4 Tab. 3 Time to failure of coatings in 35% HSO 4
ЛитератураLiterature
1. Криштал М.М., Ивашин П.В., Растегаев И.А., Полунин А.В. Боргардт Е.Д. Влияние добавки в электролит наноразмерного диоксида кремния на характеристики оксидных слоев, сформированных микродуговым оксидированием на Al-Si сплаве АК9ПЧ. Тольятти, Вектор науки ТГУ, 2014. С. 48-52.1. Krishtal M.M., Ivashin P.V., Rastegaev I.A., Polunin A.V. Borgardt E.D. Influence of adding nanosized silicon dioxide to the electrolyte on the characteristics of oxide layers formed by microarc oxidation on the AK9PCh Al-Si alloy. Togliatti, Vector of Science TSU, 2014, pp. 48-52.
2. Суминов И.В., Белкин П.Н., Эпельфельд А.В. и др. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов / Ред. Суминов И.В. В 2-х томах. Т. 2. М.: Техносфера, 2011. 512 с.2. Suminov I.V., Belkin P.N., Epelfeld A.V. et al. Plasma-electrolytic modification of the surface of metals and alloys / Ed. Suminov I.V. In 2 volumes. T. 2.M .: Technosphere, 2011.512 p.
3. Сахненко Н.Д., Ведь М.В., Майба М.В., Ярошок Т.П. Формирование покрытий оксидами редких металлов на сплавах титана в микродуговом режиме. Коррозия: Материалы, Защита. 2013, N8, С. 34-37.3. Sakhnenko N.D., After all, M.V., Mayba M.V., Yaroshok T.P. Formation of coatings with rare metal oxides on titanium alloys in the microarc mode. Corrosion: Materials, Protection. 2013, N8, S. 34-37.
4. Гордиенко П.С., Хрисанфова О.А., Коркош С.В. Электролит для микродугового оксидирования титана и его сплавов. АС №1788793. 1996 г.4. Gordienko P.S., Khrisanfova O.A., Korkosh S.V. Electrolyte for microarc oxidation of titanium and its alloys. AS No. 1788793. 1996 year
5. Патент РФ №2263163, МКИ C25D 11/02, опубл. 27.10.2005.5. RF patent No. 2263163, MKI C25D 11/02, publ. October 27, 2005.
6. Михеев В.С., Томашов Н.Д., Казарин В.С. Сплав на основе титана. АС №578357 1977 г. Б.И. №40.6. Mikheev V.S., Tomashov N.D., Kazarin V.S. Titanium based alloy. AS No. 578357 1977 B.I. No. 40.
7. Томашов Н.Д.. Титан и коррозионностойкие сплавы на его основе. Москва. Металлургия. - 1985. - 80 С.7. Tomashov ND .. Titanium and corrosion-resistant alloys on its basis. Moscow. Metallurgy. - 1985 .-- 80 S.
8. Граумэн Джеймс С., Миллер Джеймс Дж., Эдамс Рой И. Титановое изделие с повышенной коррозионной стойкостью. Патент №2336366. 2003 г.8. Grauman James S., Miller James J., Adams Roy I. Titanium product with increased corrosion resistance. Patent No. 2336366. 2003 r.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104772A RU2756672C1 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method for processing titanium and its alloys in order to increase its corrosion resistance and electrolyte for micro-arc oxidation of titanium and its alloys in order to increase corrosion resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021104772A RU2756672C1 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method for processing titanium and its alloys in order to increase its corrosion resistance and electrolyte for micro-arc oxidation of titanium and its alloys in order to increase corrosion resistance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2756672C1 true RU2756672C1 (en) | 2021-10-04 |
Family
ID=78000165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021104772A RU2756672C1 (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Method for processing titanium and its alloys in order to increase its corrosion resistance and electrolyte for micro-arc oxidation of titanium and its alloys in order to increase corrosion resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2756672C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115044874A (en) * | 2022-07-11 | 2022-09-13 | 西安文理学院 | A kind of high temperature resistant and wear resistant composite coating and preparation method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1788793A1 (en) * | 1988-12-15 | 1996-05-27 | Институт Химии Дальневосточного Отделения Ан Ссср | Electrolyte for microarc oxidation of titanium and its alloys |
| RU2336366C2 (en) * | 2002-09-25 | 2008-10-20 | Титаниум Металс Корпорейшн | Titanium product of upgraded corrosive resistance |
| CN103233260B (en) * | 2013-05-10 | 2016-04-06 | 中国石油大学(华东) | One prepares the anti-fouling ceramic membrane electrolyte of titanium alloy surface and differential arc oxidation method |
-
2021
- 2021-02-25 RU RU2021104772A patent/RU2756672C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1788793A1 (en) * | 1988-12-15 | 1996-05-27 | Институт Химии Дальневосточного Отделения Ан Ссср | Electrolyte for microarc oxidation of titanium and its alloys |
| RU2336366C2 (en) * | 2002-09-25 | 2008-10-20 | Титаниум Металс Корпорейшн | Titanium product of upgraded corrosive resistance |
| CN103233260B (en) * | 2013-05-10 | 2016-04-06 | 中国石油大学(华东) | One prepares the anti-fouling ceramic membrane electrolyte of titanium alloy surface and differential arc oxidation method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115044874A (en) * | 2022-07-11 | 2022-09-13 | 西安文理学院 | A kind of high temperature resistant and wear resistant composite coating and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11757101B2 (en) | Metal porous body and method for producing metal porous body | |
| US4033837A (en) | Plated metallic cathode | |
| US4543265A (en) | Method for production of a cathode for use in electrolysis | |
| Cheng et al. | A systematic study of the role of cathodic polarization and new findings on the soft sparking phenomenon from plasma electrolytic oxidation of an Al-Cu-Li alloy | |
| US4484999A (en) | Electrolytic electrodes having high durability | |
| Bogdashkina et al. | Influence of nickel sulfate additives to electrolytes subjected to microarc oxidation on the structure, composition, and properties of coatings formed on titanium | |
| US4770949A (en) | Surface activated amorphous and supersaturated solid solution alloys for electrodes in the electrolysis of solutions and the method for their surface activation | |
| RU2756672C1 (en) | Method for processing titanium and its alloys in order to increase its corrosion resistance and electrolyte for micro-arc oxidation of titanium and its alloys in order to increase corrosion resistance | |
| US4589969A (en) | Electrode for electrolysis of solutions of electrolytes and process for producing same | |
| Shekhanov et al. | Electrodeposition of tin–nickel alloys from oxalate–sulfate and fluoride–chloride electrolytes | |
| Feng et al. | Effect of ultrasonication on Ni–Mo coatings produced by DC electroformation | |
| Coving Jr et al. | Corrosion of titanium diboride | |
| Yan et al. | Effect of heat treatment of titanium substrates on the properties of IrO2-Ta2O5 coated anodes | |
| US5061358A (en) | Insoluble anodes for producing manganese dioxide consisting essentially of a titanium-nickel alloy | |
| Pylypenko et al. | Studying the Insulating Properties of Oxide Films Obtained on the Ti6A14V Alloy in Tartaric Acid Solutions Using the Method of Electrochemical Decoration by Copper | |
| JPH04365828A (en) | Titanium alloy for anode | |
| RU2813428C1 (en) | Method of processing titanium and its alloys | |
| JP3406403B2 (en) | Electrode for strong acid water | |
| RU2538492C1 (en) | Method of manufacturing of cathode plate of tantalum capacitor with porous anode | |
| JP6200882B2 (en) | Electrode for producing hydrogen water and production method | |
| Ceriani et al. | Study of microparticles incorporation in coatings on titanium produced by plasma electrolytic oxidation (PEO) | |
| RU2097449C1 (en) | Anode material for electrochemically preparing manganese dioxide | |
| Khoroshev et al. | STUDYING THE INSULATING PROPERTIES OF OXIDE FILMS OBTAINED ON THE TI6A14V ALLOY IN TARTARIC ACID SOLUTIONS USING THE METHOD OF ELECTROCHEMICAL DECORATION BY COPPER | |
| Pieretti et al. | Electrochemical Behavior of Nb2O5 Films Produced by Magnetron Sputtering | |
| Ivanova et al. | The electrochemical behavior of nanostructured binary systems based on transition metals |