专利名称：通过微电弧氧化在阀门金属零件上产生高粘附力的厚保护涂层的方法
技术领域：
本发明涉及电化学，特别是阳极氧化处理由阀门金属如铝、钛、钽等及其合金制造的零件，并且可用于生产适用于机械工程的固态耐热和耐磨涂层。
背景技术：
已知作为原型的阀门合金的微电弧氧化方法(见Новиков A.H“由铝及其合金构造的零件的检修”，奥勒尔，奥勒尔国立农科院，1997年，32～33页)，它包括把导电支架上的零件安放到电解质中；在所述零件和所述电解质之间产生工作电压；升高电压直到零件表面上产生微电弧放电。为了避免在所述零件和不应被氧化的悬挂部分上生成保护膜，制作专用的可移除氟塑料或卡普隆护罩，在施用涂层时把它们盖住。
这个已知的微电弧氧化方法可得到极限厚度最高达6O～70mcm的优质涂层。
本已知方法的主要缺点是可得到的涂层不够厚，涂层对基体材料的粘附力低。这是由于所述涂层的厚度随电压升高线性增加，且达到一定的厚度之后(在所举的实例中为60～70mcm)，膜生长速度开始急剧减小(小于5mcm/h)。在这样的膜生长速度下，在现实允许的时间内实际上不能得到厚的涂层，这种现象与在空气-电解质界面处零件由于导电的蒸汽和气体相(空气中电解质蒸汽)的零件的分流有关。
此外，零件上的保护膜的进一步慢速增长并不同时提高膜对基体材料的粘附力。其原因是随电流强度减小，零件表面发生的、并在保护膜整个厚度加热保护膜本身和零件材料浅表层的微电弧放电减弱。浅表层的这些局部微加热导致产生“微弧坑”，然后，它们被氧化膜掩盖，而且保护涂层与所述零件基体材料的粘附力显著提高。
发明内容
本发明的技术任务是通过微电弧氧化在由阀门金属或其合金的零件上产生高硬度、低磨擦系数及与基体材料有高粘附力的厚保护涂层，从而可在用于磨擦副(pair)时无需润滑。
通过微电弧氧化在阀门金属或其合金的零件上产生具有高粘附力的厚保护涂层的方法中，所述技术任务的解决办法包括把位于具有绝缘材料涂层的导电支架上的零件放入电解质中、在所述零件和所述电解质之间产生工作电压、升高电压直到零件表面上出现微电弧放电，假定空气-电解质界面处的零件支架外部涂有电绝缘材料。
在空气-电解质界面处的零件支架外部涂上电绝缘材料可消除蒸汽和气体相的影响，或具体而言避免零件分流和通过零件减小电流量，从而创造进一步升高电压的条件，因此可创造保护涂层厚度进一步快速生长的条件。通过针对确定涂层对零件基体材料粘附力而进行对比机械试验发现，在按本申请方法涂覆的零件上，基体材料上出现部分表面分离，但不像原型那样在保护膜的下部边界上。本申请方法可显著增加由阀门合金制造的零件上可得到的涂层的厚度，并提高涂层对基体材料的粘附力。
附图的简要说明
图1显示了说明实现本申请方法的装置。通过微电弧氧化在由阀门合金及其合金制成的零件上产生保护涂层的装置包括装有电解质(2)的金属槽(1)，在槽(1)中将零件(5)固定在空气-电解质界面处涂有电绝缘涂层(4)的导电支架(3)上，所述零件与电源(6)的一个接线端相连接，电源的另一个接线端与金属槽(1)连接。
具体实施例方式
装置按如下方式工作由电源(6)向零件(5)施加正电压(或交变偏压)。进行一般的阳极氧化工艺，其中产生氧化物膜，电压继续升高到某一数值(约100V)，在达到此值时，在零件表面创造出产生击穿阳极氧化物膜的微电弧放电需要的条件，以在击穿处形成新的较厚保护膜。随着微电弧放电的发生，电流开始增加，但随保护涂层厚度的增长而减小。如果不增加电源(6)的电压，则膜增长的过程将在一定的水平上停止。为了进一步增加保护涂层的厚度，必须增加电源的电压。但是，这时观察到如下的负面现象。在未浸入电解质溶液中的支架(3)部分上，在空气-电解质过渡处(由于在空气中存在电解质蒸汽)，形成多孔的保护涂层，来自电源(6)的主要电流通过此涂层，它实际上是分流了电源。如果该过程不停止，则支架材料将快速变成多孔节疤(outgrowth)，因而，材料消耗并分裂。由于在电解质-空气部分存在电绝缘4，可成功地防止所述多孔节疤的生成，因而除去了电源(6)的寄生分流，从而显著提高了零件上的电压，这将促进保护涂层厚度进一步增厚。
技术应用性为了对依照原型和依照本申请方法可得到的涂层进行实际的比较，进行了几个实验。涂层的结果列于实施例1和2中。
实施例1在含有2g/l KOH(苛性钾)和9g/l水玻璃的电解质中，向D16等级的铝合金施用涂层，涂覆时间为20分钟，电解质温度为20℃，电流密度为20A/dm2，支架为铝线。
所得涂层的厚度为—对未保护支架为22mcm；—对受保护支架为47mcm。
实施例2在含有2g/lKOH(苛性钾)和9g/l水玻璃的电解质中，向D16等级的铝合金施用涂层，涂覆时间为150分钟，电解质温度为20℃，电流密度为20A/dm3，支架为铝线。
所得涂层的厚度为—对未保护支架为108mcm；—对受保护支架为223mcm。
因此，本申请方法可显著提高零件支架上的电压，并将可得到的涂层的厚度提高两倍以上。检查涂层对基体材料的粘附力时发现，涂层分离未像在原型中那样发生在保护膜的下部边界，而是在基体材料上。
权利要求
1.通过微电弧氧化在由阀门金属或其合金制造的零件上产生具有高粘附力的厚保护涂层的方法，其包括用涂有绝缘材料的导电支架把零件放入电解质中，在所述零件和所述电解质之间建立工作电压，升高该电压直到出现微电弧放电，其特征在于，在空气-电解质界面处用电绝缘材料外涂覆零件的支架。
全文摘要
本发明涉及电化学，特别是阳极氧化处理由阀门金属如铝、钛、钽等及其合金制造的零件，并且可用于产生适用于机械工程的坚固的耐热和耐磨的涂层。该方法包括使用涂覆有绝缘材料的导电支架把零件放入电解质中，在零件和电解质之间建立工作电压，升高电压直到零件表面出现微电弧。零件支架在空气－电解质界面处外涂覆有电绝缘材料。本发明的技术结果是通过微电弧氧化在由阀门合金或其合金制造的零件上具有高硬度、低摩擦系数并且与基体材料具有高粘附力的厚保护涂层。
文档编号C25D11/02GK1954100SQ200480040288
公开日2007年4月25日 申请日期2004年1月12日 优先权日2004年1月12日
发明者阿列克谢·亚历山德罗维奇·尼基福罗夫 申请人:阿列克谢·亚历山德罗维奇·尼基福罗夫