способ обработки поверхности магниевых сплавов

Формула изобретения

Способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, отличающийся тем, что электрохимическое полирование ведут при плотности тока 15-25 А/дм² и напряжении 3-7 В в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ортофосфорная кислота	35-45
уксусная кислота	2-10
этиловый спирт	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлических изделий, в частности к электрохимическому полированию поверхности из магниевых сплавов, таких как кронштейны, поковки, штамповки, крышки, диски автомобильных колес, корпуса ноутбуков, мобильных телефонов, и может быть использовано в ракетно-космической технике, автомобилестроении, электронной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Магниевые сплавы, относящиеся к группе наиболее легких металлических конструкционных материалов, обладают пониженной коррозионной стойкостью, поэтому при эксплуатации магниевых узлов и деталей необходимо подвергать их поверхность обработке для последующего нанесения защитных антикоррозионных покрытий.

Известен способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве катода, в раствор для электрохимического полирования, установку анода из стальных пластин и электрохимическое полирование при температуре 80-90°С, напряжении 4-6 В, выдержке в течение 3-4 мин. Раствор для электрохимического полирования имеет следующий химический состав, г/л:

Na3PO4·12H2O	12-30
Na 2CO3	30

или

Na2CO3	9
NaOH	16

Далее изделие промывают в воде и сушат. (М.А.Тимонова «Защита от коррозии магниевых сплавов», М., «Металлургия», 1977 г., с.40-42).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить высокий класс чистоты поверхности (свыше 7), т.е. показатель параметров шероховатости Rz (высота неровностей профиля по десяти точкам) не менее Rz=6,3 мкм по ГОСТ 2789.

Известен способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования при поддержании первоначального напряжения, обеспечивающего плотность тока (1,5-2,5) А/дм ², затем постоянно увеличивают напряжение до (240-330) В для сохранения первоначальной плотности тока, время выдержки 5-30 мин. Водный раствор для электрохимического полирования используется при температуре (20-40)°С, имеет рН=7-10 при следующем соотношении компонентов:

пентаоксид ниобия	0,01-0,04 мол/л
плавиковая кислота	20-50 мл/л
фторид циркония	до 0,041 мол/л
ортофосфорная кислота	50-70 г/л
борная кислота	30-70 г/л
28% водный р-р аммиака	остальное

для сохранения рН=7 -10 (Патент США № 7094327)

Недостатками известного способа являются высокая энергоемкость процесса и наличие в растворе для электрохимического полирования токсичной плавиковой кислоты.

Известен способ обработки металлических изделий, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования при плотности тока 2 А/дм², напряжении 8-24 В, в котором раствор для электрохимического полирования, имеет следующий химический состав, масс.%:

ортофосфорная кислота	55-85
уксусная кислота	10-40
глицерин	5-30

(а.с. № 779453)

Недостатком известного способа является пониженный класс чистоты поверхности металлических изделий.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования при плотности тока 2 А/дм², напряжении 8-17 В, в котором раствор для электрохимического полирования, имеет следующий химический состав, масс.%:

ортофосфорная кислота	65-75
уксусная кислота	10-25
глицерин	5-15
серная кислота	5-10

(Патент РФ № 2023767)

Недостатками прототипа являются возможность получения на поверхности изделия пор и различных дефектов, понижение класса чистоты и увеличение значения Rz, что вызвано воздействием на поверхность электрохимического раствора с высокой концентрацией активных веществ, в том числе токсичной серной кислоты.

Технической задачей изобретения является разработка способа обработки поверхности магниевых сплавов, позволяющего повысить класс чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снизить значения Rz до ~0,2-0,4 мкм и исключить токсичные компоненты.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, в котором электрохимическое полирование ведут при плотности тока - 15-25 А/дм², напряжении 3-7 В, в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, масс.%:

ортофосфорная кислота	35-45
уксусная кислота	2-10
этиловый спирт	остальное

Установлено, что заявленные содержание и соотношение компонентов в растворе для электрохимического полирования поверхности магниевых сплавов при заявленных плотности тока, напряжении и времени выдержки предотвращают образование шлама, не допускают потерь самого металла в процессе электрохимического полирования поверхности. При этом предлагаемый способ способствует равномерному стравливанию шероховатостей на поверхности изделия, а образование на поверхности нерастворимых гидрофосфатов металлов предотвращает последующее растравливание поверхности.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает повышение класса чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снижение значений Rz до ~0,2-0,4 мкм, при этом позволит применить нетоксичные компоненты.

Примеры осуществления

Изделие выполнено из сплава МА14 (кронштейн).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА14 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н₃РО₄ (удельной плотности не менее 1,75 г/см³) - 35, ледяная уксусная кислота СН₃ СООН - 2, остальное - этиловый спирт С₂Н₅ ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА14, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Обработку поверхности изделия из магниевого сплава МА14 проводили при плотности тока 15 А/дм², напряжении 3 В в течение 10 с.

После полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили.

Примеры 2, 3 осуществляли аналогично примеру 1. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА14 и способа-прототипа (пример 4), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Изделие выполнено из сплава МА20 (подлокотник кресла).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА20 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н₃РO₄ (удельной плотности не менее 1,75 г/см³) - 45, ледяная уксусная кислота СН₃СООН - 10, остальное - этиловый спирт С₂ Н₅ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА20, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Электрохимическое полирование поверхности изделия из магниевого сплава МА20 проводили при плотности тока 25 А/дм², напряжении 7 В в течение 180 с. После электрохимического полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили (пример 5).

Примеры 6, 7 осуществляли аналогично примеру 5. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА20 и способа-прототипа (пример 8), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Изделие выполнено из сплава МА2-1 (приборная панель).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА2-1 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н₃РO₄ (удельной плотности не менее 1,75 г/см³) - 40, ледяная уксусная кислота СН₃СООН - 6, остальное - этиловый спирт С₂Н₅ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА2-1, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Обработку поверхности изделия из сплава МА2-1 проводили при плотности тока 20 А/дм², напряжении 5 В в течение 10 с. После полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили (пример 9).

Примеры 10, 11 осуществляли аналогично примеру 9. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА2-1 и способа-прототипа (пример 12), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Как следует из анализа результатов, представленных в таблице 1, предлагаемый способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов позволяет повысить класс чистоты поверхности до 11-12, т.е. снизить значение Rz до ~0,2-0,4 мкм, при этом в предлагаемом способе используются нетоксичные компоненты.

Высокая эффективность и безопасность предлагаемого способа обработки поверхности магниевых сплавов, возможность использования обработанной поверхности для последующего нанесения защитных покрытий и окончательной обработки повышает ресурс и надежность изделий из магниевых сплавов.

Таблица 1
Пример осуществления	Сплав	Состав электролитического раствора, масс.%	Режим обработки	Класс шероховатости ГОСТ 2789
№	Способ		Н3 РO4	СН 3СООН	C2H5OH	Плотность тока, А/дм2	Напряжение, В	Время выдер- жки, с	Класс шероховатости	Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм
										до полиров./после полирования
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Предлагае- мый способ		35	2	63	15	3	10	8/11	3,2/0,4
2		40	6	54	25	7	95	7/12	6,3/0,2
3		45	10	45	20	5	180	8/11	3,2/0,4
4	способ-прототип	МА14	65-75	10-25	глицерин	серная кислота	1,5-3	8-24	60	7/8	6,3/3,2
					5-15	5-10

Таблица 1. Продолжение
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
5	Предлагае- мый способ		45	10	45	15	3	180	7/12	6,3/0,2
6		35	2	63	25	7	95	8/11	3,2/0,4
7		40	6	54	20	5	10	7/12	6,3/0,2
8	способ-прототип	МА20	65-75	10-25	глицерин	Серная кислота	1,5-3	8-24	120	7/9	6,3/1,6
				5-15	5-10
9	Предлагае- мый способ		45	10	45	15	3	10	7/12	6,3/0,2
10	МА2-1	35	2	63	25	7	180	8/11	3,2/0,4
11		40	6	54	20	5	95	8/11	3,2/0,4
12	Способ-прототип		65-75	10-25	глицерин	Серная кислота	1,5-3	8-24	120	7/9	6,3/1,6
				5-15	5-10