專利名稱：通過微電弧氧化在閥門金屬零件上產(chǎn)生高粘附力的厚保護(hù)涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)，特別是陽極氧化處理由閥門金屬如鋁、鈦、鉭等及其合金制造的零件，并且可用于生產(chǎn)適用于機(jī)械工程的固態(tài)耐熱和耐磨涂層。
背景技術(shù)：
已知作為原型的閥門合金的微電弧氧化方法(見Новиков A.H“由鋁及其合金構(gòu)造的零件的檢修”，奧勒爾，奧勒爾國立農(nóng)科院，1997年，32～33頁)，它包括把導(dǎo)電支架上的零件安放到電解質(zhì)中；在所述零件和所述電解質(zhì)之間產(chǎn)生工作電壓；升高電壓直到零件表面上產(chǎn)生微電弧放電。為了避免在所述零件和不應(yīng)被氧化的懸掛部分上生成保護(hù)膜，制作專用的可移除氟塑料或卡普隆護(hù)罩，在施用涂層時把它們蓋住。
這個已知的微電弧氧化方法可得到極限厚度最高達(dá)6O～70mcm的優(yōu)質(zhì)涂層。
本已知方法的主要缺點(diǎn)是可得到的涂層不夠厚，涂層對基體材料的粘附力低。這是由于所述涂層的厚度隨電壓升高線性增加，且達(dá)到一定的厚度之后(在所舉的實例中為60～70mcm)，膜生長速度開始急劇減小(小于5mcm/h)。在這樣的膜生長速度下，在現(xiàn)實允許的時間內(nèi)實際上不能得到厚的涂層，這種現(xiàn)象與在空氣-電解質(zhì)界面處零件由于導(dǎo)電的蒸汽和氣體相(空氣中電解質(zhì)蒸汽)的零件的分流有關(guān)。
此外，零件上的保護(hù)膜的進(jìn)一步慢速增長并不同時提高膜對基體材料的粘附力。其原因是隨電流強(qiáng)度減小，零件表面發(fā)生的、并在保護(hù)膜整個厚度加熱保護(hù)膜本身和零件材料淺表層的微電弧放電減弱。淺表層的這些局部微加熱導(dǎo)致產(chǎn)生“微弧坑”，然后，它們被氧化膜掩蓋，而且保護(hù)涂層與所述零件基體材料的粘附力顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是通過微電弧氧化在由閥門金屬或其合金的零件上產(chǎn)生高硬度、低磨擦系數(shù)及與基體材料有高粘附力的厚保護(hù)涂層，從而可在用于磨擦副(pair)時無需潤滑。
通過微電弧氧化在閥門金屬或其合金的零件上產(chǎn)生具有高粘附力的厚保護(hù)涂層的方法中，所述技術(shù)任務(wù)的解決辦法包括把位于具有絕緣材料涂層的導(dǎo)電支架上的零件放入電解質(zhì)中、在所述零件和所述電解質(zhì)之間產(chǎn)生工作電壓、升高電壓直到零件表面上出現(xiàn)微電弧放電，假定空氣-電解質(zhì)界面處的零件支架外部涂有電絕緣材料。
在空氣-電解質(zhì)界面處的零件支架外部涂上電絕緣材料可消除蒸汽和氣體相的影響，或具體而言避免零件分流和通過零件減小電流量，從而創(chuàng)造進(jìn)一步升高電壓的條件，因此可創(chuàng)造保護(hù)涂層厚度進(jìn)一步快速生長的條件。通過針對確定涂層對零件基體材料粘附力而進(jìn)行對比機(jī)械試驗發(fā)現(xiàn)，在按本申請方法涂覆的零件上，基體材料上出現(xiàn)部分表面分離，但不像原型那樣在保護(hù)膜的下部邊界上。本申請方法可顯著增加由閥門合金制造的零件上可得到的涂層的厚度，并提高涂層對基體材料的粘附力。
附圖的簡要說明

圖1顯示了說明實現(xiàn)本申請方法的裝置。通過微電弧氧化在由閥門合金及其合金制成的零件上產(chǎn)生保護(hù)涂層的裝置包括裝有電解質(zhì)(2)的金屬槽(1)，在槽(1)中將零件(5)固定在空氣-電解質(zhì)界面處涂有電絕緣涂層(4)的導(dǎo)電支架(3)上，所述零件與電源(6)的一個接線端相連接，電源的另一個接線端與金屬槽(1)連接。
具體實施例方式
裝置按如下方式工作由電源(6)向零件(5)施加正電壓(或交變偏壓)。進(jìn)行一般的陽極氧化工藝，其中產(chǎn)生氧化物膜，電壓繼續(xù)升高到某一數(shù)值(約100V)，在達(dá)到此值時，在零件表面創(chuàng)造出產(chǎn)生擊穿陽極氧化物膜的微電弧放電需要的條件，以在擊穿處形成新的較厚保護(hù)膜。隨著微電弧放電的發(fā)生，電流開始增加，但隨保護(hù)涂層厚度的增長而減小。如果不增加電源(6)的電壓，則膜增長的過程將在一定的水平上停止。為了進(jìn)一步增加保護(hù)涂層的厚度，必須增加電源的電壓。但是，這時觀察到如下的負(fù)面現(xiàn)象。在未浸入電解質(zhì)溶液中的支架(3)部分上，在空氣-電解質(zhì)過渡處(由于在空氣中存在電解質(zhì)蒸汽)，形成多孔的保護(hù)涂層，來自電源(6)的主要電流通過此涂層，它實際上是分流了電源。如果該過程不停止，則支架材料將快速變成多孔節(jié)疤(outgrowth)，因而，材料消耗并分裂。由于在電解質(zhì)-空氣部分存在電絕緣4，可成功地防止所述多孔節(jié)疤的生成，因而除去了電源(6)的寄生分流，從而顯著提高了零件上的電壓，這將促進(jìn)保護(hù)涂層厚度進(jìn)一步增厚。
技術(shù)應(yīng)用性為了對依照原型和依照本申請方法可得到的涂層進(jìn)行實際的比較，進(jìn)行了幾個實驗。涂層的結(jié)果列于實施例1和2中。
實施例1在含有2g/l KOH(苛性鉀)和9g/l水玻璃的電解質(zhì)中，向D16等級的鋁合金施用涂層，涂覆時間為20分鐘，電解質(zhì)溫度為20℃，電流密度為20A/dm2，支架為鋁線。
所得涂層的厚度為—對未保護(hù)支架為22mcm；—對受保護(hù)支架為47mcm。
實施例2在含有2g/lKOH(苛性鉀)和9g/l水玻璃的電解質(zhì)中，向D16等級的鋁合金施用涂層，涂覆時間為150分鐘，電解質(zhì)溫度為20℃，電流密度為20A/dm3，支架為鋁線。
所得涂層的厚度為—對未保護(hù)支架為108mcm；—對受保護(hù)支架為223mcm。
因此，本申請方法可顯著提高零件支架上的電壓，并將可得到的涂層的厚度提高兩倍以上。檢查涂層對基體材料的粘附力時發(fā)現(xiàn)，涂層分離未像在原型中那樣發(fā)生在保護(hù)膜的下部邊界，而是在基體材料上。
權(quán)利要求
1.通過微電弧氧化在由閥門金屬或其合金制造的零件上產(chǎn)生具有高粘附力的厚保護(hù)涂層的方法，其包括用涂有絕緣材料的導(dǎo)電支架把零件放入電解質(zhì)中，在所述零件和所述電解質(zhì)之間建立工作電壓，升高該電壓直到出現(xiàn)微電弧放電，其特征在于，在空氣-電解質(zhì)界面處用電絕緣材料外涂覆零件的支架。
全文摘要
本發(fā)明涉及電化學(xué)，特別是陽極氧化處理由閥門金屬如鋁、鈦、鉭等及其合金制造的零件，并且可用于產(chǎn)生適用于機(jī)械工程的堅固的耐熱和耐磨的涂層。該方法包括使用涂覆有絕緣材料的導(dǎo)電支架把零件放入電解質(zhì)中，在零件和電解質(zhì)之間建立工作電壓，升高電壓直到零件表面出現(xiàn)微電弧。零件支架在空氣－電解質(zhì)界面處外涂覆有電絕緣材料。本發(fā)明的技術(shù)結(jié)果是通過微電弧氧化在由閥門合金或其合金制造的零件上具有高硬度、低摩擦系數(shù)并且與基體材料具有高粘附力的厚保護(hù)涂層。
文檔編號C25D11/02GK1954100SQ200480040288
公開日2007年4月25日 申請日期2004年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月12日
發(fā)明者阿列克謝·亞歷山德羅維奇·尼基福羅夫 申請人:阿列克謝·亞歷山德羅維奇·尼基福羅夫