6

Эфхмо тхом Лекция 10

5. Электролитическое и химическое оксидирование и фосфатирование поверхности металлов

5.1. Оксидные покрытия лёгких металлов

5.1.1. Структура и свойства покрытий

К группе конверсионных относят неметаллические неорганические покрытия, которые формируются на поверхности в результате конверсии (превращения) при взаимодействии металла с рабочим раствором. При этом ионы металла входят в структуру покрытия. Их основой являются оксидные или солевые, чаще всего фосфатные, плёнки, которые образуются на поверхности металла в процессе его химической или электрохимической обработки. Наиболее широкое распространение получили оксидные покрытия алюминия и его сплавов.

Полученные электрохимическим способом оксидные плёнки:

• надёжно защищают металл от коррозии;

• повышают твёрдость и износостойкость поверхности;

• создают электро- и теплоизоляционный слой;

• легко подвергаются адсорбционному окрашиванию органическими красителями и электрохимическому окрашиванию с применением переменного тока;

• служат грунтом под лакокрасочные и металлические покрытия.

Химическое оксидирование проще, не требует специального оборудования и источников тока. Но при этом покрытия получаются тонкие с невысокими механическими и диэлектрическими свойствами.

Формирование оксида происходит при протекании двух противоположно направленных реакций – электрохимического окисления металла в глубине пор и химического растворения оксидного слоя на его внешней поверхности под действием электролита. Толщина и свойства покрытий зависят от соотношения скоростей двух этих реакций. При этом возможно три случая.

1. Химического растворения практически не происходит. Образуется тонкая беспористая плёнка барьерного типа толщиной около 1 мкм.

2. Скорости реакций примерно равны. Плёнка образуется и сразу растворяется, как при электрохимическом полировании металлов.

3. Скорость электрохимического процесса заметно выше скорости химического растворения плёнки. В этом случае плёнка растёт, однако, не бесконечно. С увеличением её толщины повышается интенсивность тепловых процессов в зоне реакции, происходит перегрев электролита в порах и увеличение скорости растворения покрытия. Поэтому для устойчивого нарастания плёнки электролит необходимо интенсивно перемешивать и охлаждать.

Оксидное покрытие состоит из расположенных вертикально ячеек в форме гексагональных призм, плотно смыкающихся друг с другом. В центре каждой ячейки находится пора, основанием которой является барьерный слой.

Удельное объёмное электрическое сопротивление плёнки на поверхности алюминия достигает (10⁹ – 10¹³) Ом×см. Пробивное напряжение плёнки составляет несколько тысяч вольт. Микротвёрдость (1200-1500) МПа. Теплопроводность в 10 раз меньше, чем у меди. Эматаль-плёнки выдерживают нагревание до 500°С. У оксидных плёнок при 150°С появляются трещины, но отслаивания не происходит.

5.1.2. Защитно-декоративные конверсионные покрытия

5.1.2.1. Общие сведения

Для получения покрытий используются электролиты на основе серной, хромовой, щавелевой и сульфасалициловой кислот. Первые более экономичны, универсальны и наиболее распространены.

Бесцветные, прозрачные оксидные покрытия формируются в растворах серной кислоты на алюминии и его сплавах, содержащих не более (% по массе): 7 Mg, 7 Zn, 3 Si, 2 Cu, 0,8 Mn, 0,5 Fe, 0,3 Cr, 0,3 Ti. Эти плёнки хорошо окрашиваются органическими красителями и минеральными пигментами, пригодны для электрохимического окрашивания. У плёнок, предназначенных для окрашивания, толщина должна быть не менее 10-15 мкм.

В хромовокислом электролите формируются плёнки толщиной 4-6 мкм, бесцветные и прозрачные, но пластичные и малопористые. Они не пригодны для окрашивания.

В щавелевокислых и сульфосалицилатных электролитах получаются толстые покрытия с хорошими механическими и диэлектрическими свойствами. В зависимости от состава электролита и толщины они имеют различную окраску. Эта окраска светостойка, в отличие от получаемой при использовании органических красителей.

В щавелевокислом электролите в зависимости от состава сплава алюминия цвет плёнок изменяется от светло- до тёмнокоричневого. По мере увеличения толщины плёнки цвет изменяется от серовато-белого до коричневого.

В трёхкомпонентном электролите на основе сульфосалициловой кислоты с добавками серной и щавелевой кислот на алюминии в зависимости от чистоты металла формируются бесцветные или светло-золотистые плёнки. На сплавах Д1Т и Д16Т¹ плёнки окрашены в голубоватый цвет, на сплаве В95² – от серо-голубого до тёмно-синего, а на сплаве АМг2³ плёнки светло-золотистые с зеленоватым оттенком.