RU2676550C1 - Method of obtaining protective coating on bearing structures of on-board radioelectronic equipment for aircraft and spacecraft made of magnesium or its alloys, and protective coating obtained by this method, and bearing structure with protective coating - Google Patents
Method of obtaining protective coating on bearing structures of on-board radioelectronic equipment for aircraft and spacecraft made of magnesium or its alloys, and protective coating obtained by this method, and bearing structure with protective coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676550C1 RU2676550C1 RU2017124292A RU2017124292A RU2676550C1 RU 2676550 C1 RU2676550 C1 RU 2676550C1 RU 2017124292 A RU2017124292 A RU 2017124292A RU 2017124292 A RU2017124292 A RU 2017124292A RU 2676550 C1 RU2676550 C1 RU 2676550C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- protective coating
- alkali metal
- layer
- coating
- magnesium
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims abstract description 45
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 150000003658 tungsten compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 6
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 6
- PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2] PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 28
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 20
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 13
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 11
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 8
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- -1 polymethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 7
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 6
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XAYGUHUYDMLJJV-UHFFFAOYSA-Z decaazanium;dioxido(dioxo)tungsten;hydron;trioxotungsten Chemical compound [H+].[H+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O XAYGUHUYDMLJJV-UHFFFAOYSA-Z 0.000 claims description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- OQVYMXCRDHDTTH-UHFFFAOYSA-N 4-(diethoxyphosphorylmethyl)-2-[4-(diethoxyphosphorylmethyl)pyridin-2-yl]pyridine Chemical compound CCOP(=O)(OCC)CC1=CC=NC(C=2N=CC=C(CP(=O)(OCC)OCC)C=2)=C1 OQVYMXCRDHDTTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 54
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 41
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 12
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 11
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 9
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000009993 protective function Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 5
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical compound [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 2
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 239000005725 8-Hydroxyquinoline Substances 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229940104869 fluorosilicate Drugs 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N manganate Chemical compound [O-][Mn]([O-])(=O)=O LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229960003540 oxyquinoline Drugs 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- MCJGNVYPOGVAJF-UHFFFAOYSA-N quinolin-8-ol Chemical compound C1=CN=C2C(O)=CC=CC2=C1 MCJGNVYPOGVAJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011684 sodium molybdate Substances 0.000 description 1
- 235000015393 sodium molybdate Nutrition 0.000 description 1
- TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N sodium molybdate (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N sodium tungstate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][W]([O-])(=O)=O XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
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
- C25D11/30—Anodisation of magnesium 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)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электролитического нанесения покрытий на изделия из магния и его сплавов с помощью микродугового оксидирования в водных растворах электролитов и может быть использовано для получения коррозионностойких покрытий с электроизоляционными, антистатическими, а также защитными, по отношению к действию потоков заряженных частиц, свойствами на несущих конструкциях бортовой радиоэлектронной аппаратуры (авионики) летательных и космических аппаратов.The invention relates to the field of electrolytic coating of products from magnesium and its alloys using microarc oxidation in aqueous solutions of electrolytes and can be used to obtain corrosion-resistant coatings with electrical insulation, antistatic, and protective, with respect to the action of charged particle flows, properties on bearing designs of on-board electronic equipment (avionics) of aircraft and spacecraft.
Переход в области конструкционных материалов от алюминия к сплавам магния обеспечивает уменьшение массы изделия в 1,5-1,7 раза. Использование магниевых сплавов возможно только с антикоррозионной защитой. Применительно к несущим конструкциям бортовой радиоэлектронной аппаратуры аэрокосмической техники, такая защита также должна обеспечивать ряд функциональных свойств поверхности изделий. Поверхностный защитный слой несущих конструкций должен обладать электроизоляционными свойствами, обеспечивать надежный сток зарядов статического электричества, чтобы исключить эффекты статического электричества, выполнять защитные функции по отношению к действию потоков заряженных частиц, в первую очередь, по отношению к протонному космическому излучению.The transition in the field of structural materials from aluminum to magnesium alloys provides a reduction in the mass of the product by 1.5-1.7 times. The use of magnesium alloys is only possible with corrosion protection. In relation to the supporting structures of onboard electronic equipment of aerospace engineering, such protection should also provide a number of functional properties of the surface of the products. The surface protective layer of the supporting structures must have electrical insulating properties, provide a reliable drain of static charges to eliminate the effects of static electricity, perform protective functions in relation to the action of charged particle fluxes, primarily in relation to proton cosmic radiation.
Решение задачи создания защитного покрытия, обладающего совокупностью приведенных характеристик возможно с использованием метода микродугового оксидирования.The solution to the problem of creating a protective coating with a combination of the above characteristics is possible using the method of microarc oxidation.
Известен, раскрытый в патенте RU №2543580 C1 (опубл. 10.03.2015), способ получения защитного покрытия на сплаве магния, включающий плазменно-электролитическое оксидирование поверхности (микродуговое оксидирование) магниевого сплава в водном электролите, содержащем силикат натрия и фторид натрия, обработку нанесенного покрытия защитным составом с последующей термической обработкой, при этом оксидирование проводят в течение 10-15 минут в биполярном режиме с равной продолжительностью периодов анодной и катодной поляризации при эффективной плотности тока 0,5-1,0 А/см2 и равномерном увеличении напряжения от 0 до 250-270B в течение периода анодной поляризации сплава и постоянном значении напряжения - 25-30B в течение периода его катодной поляризации, при этом дополнительно осуществляют обработку полученного покрытия защитным составом путем погружения магниевого сплава с ПЭО-покрытием в раствор 8-оксихинолина C9H7NO на 100-120 мин при комнатной температуре, а термическую обработку проводят при 140-150°C в течение 10-20 мин.Known disclosed in patent RU No. 2543580 C1 (publ. March 10, 2015), a method of obtaining a protective coating on a magnesium alloy, including plasma-electrolytic oxidation of the surface (microarc oxidation) of a magnesium alloy in an aqueous electrolyte containing sodium silicate and sodium fluoride, processing applied coatings with a protective composition followed by heat treatment, while oxidation is carried out for 10-15 minutes in bipolar mode with an equal duration of periods of anodic and cathodic polarization at an effective density and a current of 0.5-1.0 A / cm 2 and a uniform increase in voltage from 0 to 250-270V during the period of anodic polarization of the alloy and a constant voltage value of 25-30B during the period of its cathodic polarization, while additionally processing the obtained coating with a protective composition by immersion of a magnesium alloy with a PEO coating in a solution of 8-hydroxyquinoline C 9 H 7 NO for 100-120 minutes at room temperature, and heat treatment is carried out at 140-150 ° C for 10-20 minutes.
Описанный в RU №2543580 способ не решает задачу получения покрытия с поверхностной электропроводностью достаточной для стока зарядов статического электричества. Использование в процессе оксидирования напряжения, ограниченного верхней границей 270B, не позволяет добиться получения покрытия с надежными электроизоляционными свойствами и исключает использование таких покрытий в качестве электроизоляционных для несущих конструкций авионики. Получаемое покрытие также не является защитным по отношению к воздействию потоков заряженных частиц.The method described in RU No. 2543580 does not solve the problem of obtaining a coating with a surface conductivity sufficient to drain static charges. The use of a voltage limited by the upper boundary of 270B in the oxidation process does not allow obtaining coatings with reliable electrical insulation properties and precludes the use of such coatings as electrical insulation for avionics supporting structures. The resulting coating is also not protective against the effects of charged particle flows.
Известен, раскрытый в патенте US 4620904 A1 (опубл. 04.11.1986), способ получения защитного покрытия на сплавах магния, заключающийся в электрохимической обработке поверхности в водном электролите в условиях искровых разрядов. Водный электролит при этом содержит силикат и гидроксид щелочного металла, а также фторсодержащий компонент (например, фторид щелочного металла). Обработку проводят при температуре раствора 20-40°C, pH равным 12-14 при разности потенциалов между обрабатываемым магниевым изделием и противоэлектродом 150-400B, в течение времени, необходимого для формирования покрытия требуемой толщины.Known disclosed in patent US 4620904 A1 (publ. 04.11.1986), a method of obtaining a protective coating on magnesium alloys, which consists in electrochemical surface treatment in an aqueous electrolyte in the conditions of spark discharges. In this case, the aqueous electrolyte contains silicate and alkali metal hydroxide, as well as a fluorine-containing component (for example, alkali metal fluoride). The treatment is carried out at a solution temperature of 20-40 ° C, pH 12-14, with a potential difference between the magnesium product being treated and the counter electrode 150-400B, for the time required to form a coating of the required thickness.
Покрытие, полученное по данному способу, обеспечивает коррозионную защиту, обладает электроизоляционными свойствами, однако не способно обеспечить достаточно надежный сток зарядов статического электричества и защиту от эффектов космического излучения. Кроме того, использование постоянного тока приводит к быстрому перегреву и деградации силикатного электролита.The coating obtained by this method provides corrosion protection, has electrical insulation properties, but is not able to provide a sufficiently reliable drain of static electricity charges and protection against the effects of cosmic radiation. In addition, the use of direct current leads to rapid overheating and degradation of the silicate electrolyte.
Известен, раскрытый в заявке CN 1873059(A) (опубл. 06.12.2006) способ формирования цветных (желтых, коричневых, черных) оксидных пленок толщиной 20-200 мкм на поверхности алюминия и его сплавов, заключающийся в электрохимическом оксидировании алюминиевых изделий в водном растворе, содержащем силикат натрия (2-10 г/л), гидроксид натрия (0,5-3 г/л), молибдат натрия (0,2-4 г/л), фторсиликат натрия (0,1-9 г/л), вольфрамат натрия (0,2-10 г/л) и перманганат калия (0,5-4 г/л) при температуре 10-50°C и плотности тока 0,08-2 А/см2. Способ предусматривает использование несинусоидального импульсного тока в виде треугольных импульсов с амплитудой до 1000B при времени формирования покрытия от 0,5 до 3 часов.Known disclosed in the application CN 1873059 (A) (publ. December 6, 2006) is a method of forming colored (yellow, brown, black) oxide films with a thickness of 20-200 μm on the surface of aluminum and its alloys, which consists in the electrochemical oxidation of aluminum products in aqueous solution containing sodium silicate (2-10 g / l), sodium hydroxide (0.5-3 g / l), sodium molybdate (0.2-4 g / l), sodium fluorosilicate (0.1-9 g / l ), sodium tungstate (0.2-10 g / l) and potassium permanganate (0.5-4 g / l) at a temperature of 10-50 ° C and a current density of 0.08-2 A / cm 2 . The method involves the use of a non-sinusoidal pulse current in the form of triangular pulses with an amplitude of up to 1000 V at a coating formation time of 0.5 to 3 hours.
Использование описанного состава раствора для обработки магниевых изделий не приводит к формированию пригодных к практическому применению покрытий. На поверхности магния формируются тонкие (не более 5-7 мкм) трещиноватые пленки, которые самостоятельно отслаиваются в ходе электрохимического процесса. Применение импульсов треугольной формы является нерациональным с точки зрения эффективного использования электроэнергии и производительности процесса, что обуславливает значительное предельное время процесса - 3 часа. Также к недостаткам данного способа следует отнести использование токсичного фторсиликата натрия.Using the described composition of the solution for processing magnesium products does not lead to the formation of coatings suitable for practical use. Thin (not more than 5-7 microns) fissured films are formed on the surface of magnesium, which independently peel off during the electrochemical process. The use of triangular-shaped pulses is irrational from the point of view of efficient use of electricity and process performance, which leads to a significant process time limit of 3 hours. The disadvantages of this method include the use of toxic sodium fluorosilicate.
В качестве ближайшего аналога-прототипа выбран, раскрытый в патенте US 5264113 A (опубл. 23.11.1993), способ получения защитного покрытия на сплаве магния, включающий двухстадийную электрохимическую обработку магниевой поверхности. На первой стадии обработку проводят при разности потенциалов между электродами не более 180 В в растворе, содержащем щелочь и водорастворимые фториды, с целью получения плотной защитной фторидной пленки толщиной до 2 мкм, выступающей в качестве подслоя перед нанесением второго - основного слоя покрытия. На второй стадии электрохимическую обработку осуществляют по существу, как описано в предыдущем аналоге - патенте US 4620904A1, при этом способ по US 5264113 A предусматривает использование импульсного электровоздействия. Электрохимическую обработку проводят в водном растворе, содержащем силикат (5-40 г/л) и гидроксид щелочного металла (2-15 г/л), а также фторсодержащий компонент (2-14 г/л) (фторид щелочного металла и/или гидрофторид щелочного металла и/или фторосиликат щелочного металла) при разности потенциалов между обрабатываемым магниевым изделием и противоэлектродом равной по меньшей мере 150B, в течение 20-30 минут. В качестве источника питания служит выпрямитель, подающий на ванну импульсы постоянного напряжения.As the closest analogue of the prototype selected, disclosed in patent US 5264113 A (publ. 23.11.1993), a method of obtaining a protective coating on an alloy of magnesium, including a two-stage electrochemical treatment of a magnesium surface. In the first stage, the treatment is carried out with a potential difference between the electrodes of not more than 180 V in a solution containing alkali and water-soluble fluorides, in order to obtain a dense protective fluoride film with a thickness of up to 2 μm, acting as a sublayer before applying the second - main coating layer. In the second stage, the electrochemical treatment is carried out essentially as described in the previous analogue, US Pat. No. 4,620,904A1, the method of US 5,264,113 A involving the use of pulsed electrical exposure. The electrochemical treatment is carried out in an aqueous solution containing silicate (5-40 g / l) and alkali metal hydroxide (2-15 g / l), as well as a fluorine-containing component (2-14 g / l) (alkali metal fluoride and / or hydrofluoride alkali metal and / or alkali metal fluorosilicate) with a potential difference between the processed magnesium product and the counter electrode of at least 150 V, for 20-30 minutes. A rectifier is used as a power source, which supplies DC voltage pulses to the bath.
Получаемое покрытие является коррозионностойким, однако обладает не достаточно низким удельным поверхностным сопротивлением для обеспечения эффективного стока накапливающихся статических зарядов. Также получаемое на магниевой подложке покрытие не содержит в своем составе тяжелых элементов и, следовательно, не является защитным по отношению к потокам заряженных частиц (не способно препятствовать прохождению космического излучения).The resulting coating is corrosion resistant, however, it does not have a sufficiently low specific surface resistance to ensure effective flow of accumulating static charges. Also, the coating obtained on a magnesium substrate does not contain heavy elements and, therefore, is not protective with respect to the flows of charged particles (it is not able to impede the passage of cosmic radiation).
Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего сформировать на поверхности магниевых несущих конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры летательных и космических аппаратов коррозионностойкое защитное неметаллическое неорганическое покрытие, обладающее электроизоляционными и антистатическими свойствами и выполняющее защитные функции по отношению к космическому излучению, представляющему собой потоки заряженных частиц, с использованием метода микродугового оксидирования (МДО), который по существу представляет собой микроплазменную обработку поверхности в растворах электролитов.An object of the present invention is to provide a method for forming a corrosion-resistant protective non-metallic inorganic coating having electrical insulation and antistatic properties and performing protective functions with respect to cosmic radiation, which is a stream of charged particles, on the surface of magnesium supporting structures of on-board electronic equipment of aircraft and spacecraft using microarc oxidation (MDO) method, which is essentially y is a micro plasma surface treatment in electrolyte solutions.
Поставленная задача достигается тем, что, как и известный, предлагаемый способ получения защитного покрытия на магниевой несущей конструкции бортовой радиоэлектронной аппаратуры летательных и космических аппаратов заключается в формировании электрохимической системы, состоящей из анода - обрабатываемой несущей конструкции, водного раствора пригодного для проведения процесса микродугового оксидирования и катода, и двухстадийной электрохимической обработки упомянутой несущей конструкции путем пропускании импульсного электрического тока с возбуждением на поверхности упомянутой несущей конструкции (аноде) микроплазменных разрядов.The problem is achieved in that, like the well-known, the proposed method of obtaining a protective coating on a magnesium supporting structure of the on-board electronic equipment of aircraft and spacecraft is to form an electrochemical system consisting of an anode - a processed supporting structure, an aqueous solution suitable for microarc oxidation and cathode, and two-stage electrochemical processing of the aforementioned supporting structure by passing a pulsed electric th current with excitation at the surface of said supporting structure (anode) microplasma discharges.
Новым является то, что:New is that:
- на первой стадии используют водный раствор, содержащий водорастворимый метасиликат щелочного металла (10-50 г/л), водорастворимый фторид и/или гидрофторид щелочного металла и/или аммония (3-10 г/л), водорастворимый вольфрамат и/или паравольфрамат щелочного металла и/или аммония (2-10 г/л), гидроксид щелочного металла (2-10 г/л);- at the first stage, an aqueous solution is used containing a water-soluble alkali metal metasilicate (10-50 g / l), water-soluble fluoride and / or hydrofluoride of an alkali metal and / or ammonium (3-10 g / l), water-soluble tungstate and / or alkali paratungstate metal and / or ammonium (2-10 g / l), alkali metal hydroxide (2-10 g / l);
- на второй стадии используют водный раствор, который дополнительно содержит манганат и/или перманганат калия (0,2-2,5 г/л) при этом содержание водорастворимого вольфрамата и/или паравольфрамата щелочного металла и/или аммония составляет от 1 до 6 г/л.- in the second stage, an aqueous solution is used, which additionally contains potassium manganate and / or potassium permanganate (0.2-2.5 g / l), while the content of water-soluble tungstate and / or alkali metal and / or ammonium paratungstate is from 1 to 6 g / l
При этом на первой и второй стадиях формирования покрытия через предварительно формируемые вышеописанные электрохимические системы пропускают импульсный электрический ток, характеризующийся по существу трапециевидной формой импульсов с амплитудой от 350 до 650B и длительностью от 100 до 300 мкс с частотой следования импульсов от 20 Гц до 60 Гц.At the same time, at the first and second stages of coating formation, a pulsed electric current is passed through the previously formed electrochemical systems described above, characterized by a substantially trapezoidal shape of pulses with an amplitude of 350 to 650 V and a duration of 100 to 300 μs with a pulse repetition rate of 20 Hz to 60 Hz.
Предпочтительным является использование импульсов с амплитудой от 400 до 500B, так как именно в этом интервале процесс микродугового оксидирования магния в заявляемом водном растворе протекает с достаточной скоростью и не переходит в дуговой режим, сопровождающийся разрушением слоя покрытия.It is preferable to use pulses with an amplitude from 400 to 500 V, since it is in this interval that the process of microarc oxidation of magnesium in the inventive aqueous solution proceeds at a sufficient speed and does not go into an arc mode, accompanied by the destruction of the coating layer.
Предпочтительная частота следования импульсов составляет от 30 Гц до 40 Гц. Использование импульсов с частотой менее 20 Гц снижает общую производительность процесса, а при использовании импульсов с частотой свыше 60 Гц неизбежен перегрев и вызванная им деградация водного электролита для нанесения покрытия.The preferred pulse repetition rate is from 30 Hz to 40 Hz. The use of pulses with a frequency of less than 20 Hz reduces the overall performance of the process, and when using pulses with a frequency of more than 60 Hz, overheating and the resulting degradation of the aqueous electrolyte for coating are inevitable.
Целесообразно, чтобы на второй стадии формирования защитного покрытия амплитуда импульсов напряжения и их длительность не превышала амплитуду импульсов напряжения на первой стадии формирования защитного покрытия, что позволяет избегать чрезмерного расстравливания слоя, сформированного на первом этапе.It is advisable that in the second stage of the formation of the protective coating the amplitude of the voltage pulses and their duration does not exceed the amplitude of the voltage pulses in the first stage of the formation of the protective coating, which avoids excessive de-scattering of the layer formed in the first stage.
В предпочтительном варианте реализации способа длительность импульсов напряжения на второй стадии формирования защитного покрытия, по меньшей мере, на 1/3 меньше длительности импульсов напряжения на первой стадии формирования защитного покрытия.In a preferred embodiment of the method, the duration of the voltage pulses in the second stage of forming the protective coating is at least 1/3 less than the duration of the voltage pulses in the first stage of forming the protective coating.
Кроме того, длительность обработки несущих конструкций на первой стадии осуществляется в течение, по меньшей мере, 30 минут, до достижения толщины слоя покрытия не менее 15 мкм, а в предпочтительном варианте до толщины 30 мкм.In addition, the processing time of the supporting structures in the first stage is carried out for at least 30 minutes, until the coating layer thickness is at least 15 μm, and preferably up to a thickness of 30 μm.
На второй стадии длительность обработки несущих конструкций составляет не более 15 минут, что является достаточным для формирования антистатического слоя, характеризующегося наличием в его составе оксидов марганца и, как следствие, пониженным удельным поверхностным электрическим сопротивлением и до достижения общей толщины слоя покрытия не менее 18 мкм.At the second stage, the duration of processing of the supporting structures is no more than 15 minutes, which is sufficient for the formation of an antistatic layer, characterized by the presence of manganese oxides in its composition and, as a result, a reduced specific surface electrical resistance and until the total coating layer thickness reaches at least 18 μm.
Заявляемое содержание в составе электролита для первого этапа формирования покрытия водорастворимого вольфрамата и/или паравольфрамата щелочного металла и/или аммония обусловлено тем, что именно в заявляемом интервале концентраций достигается максимальное, в количественном отношении, включение вольфрама в состав покрытия без проявления признаков разрушения последнего. При концентрации вольфрамата или паравольфрамата аммония в электролите превышающей 10 г/л будет иметь место характерное расстравливание материала основы и/или частичное разрушение покрытия в период нанесения покрытия, а также присутствовать локальные дефекты покрытия.The claimed content in the electrolyte composition for the first stage of coating formation of water-soluble tungstate and / or para-tungstate of an alkali metal and / or ammonium is due to the fact that it is precisely in the claimed concentration range that the maximum, quantitatively, inclusion of tungsten in the coating composition is achieved without showing signs of destruction of the latter. When the concentration of ammonium tungstate or paratungstate in the electrolyte exceeds 10 g / l, characteristic cracking of the base material and / or partial destruction of the coating during the coating period will occur, as well as local coating defects.
Заявляемое содержание в составе электролита манганата и/или перманганата калия в составе электролита для второго этапа формирования покрытия обусловлено тем, что для области концентраций меньше указанного диапазона характерно включение марганца в виде его оксида в количествах менее 1,5% масс, что не приводит к значительному увеличению поверхностной электропроводности. В случае введения в состав указанного электролита перманганата калия в концентрации превышающей 2,5 г/л будет иметь место характерное травление, появление питтинга и/или частичное разрушение и отслаивание покрытия в период его нанесения.The claimed content in the composition of the electrolyte of manganate and / or potassium permanganate in the composition of the electrolyte for the second stage of coating formation is due to the fact that for the concentration region less than the specified range, the inclusion of manganese in the form of its oxide in amounts of less than 1.5% of the mass is characteristic, which does not lead to a significant increase surface conductivity. If potassium permanganate is introduced into the composition of the indicated electrolyte in a concentration exceeding 2.5 g / l, characteristic etching, pitting and / or partial destruction and peeling of the coating during its application will take place.
Электролит для второго этапа формирования покрытия содержит пониженное, в сравнении с электролитом первого этапа количество водорастворимого вольфрамата и/или паравольфрамата щелочного металла и/или аммония, что обусловлено необходимостью введения в указанный электролит манганата и/или перманганата калия и формирования в данном электролите бездефектного покрытия.The electrolyte for the second stage of coating formation contains a lower amount of water-soluble tungstate and / or paratungstate of alkali metal and / or ammonium compared to the electrolyte of the first stage, which is caused by the need to introduce potassium manganate and / or permanganate into the indicated electrolyte and form a defect-free coating in this electrolyte.
Предпочтительно, что водный раствор для нанесения покрытия, используемый на первой стадии, содержит от 20 до 40 г/л водорастворимых метасиликатов щелочных металлов, от 4 до 8 г/л водорастворимых фторидов щелочных металлов, от 2 до 8 г/л паравольфрамата щелочного металла и/или аммония, от 3 до 7 г/л гидроксидов щелочных металлов.Preferably, the aqueous coating solution used in the first stage contains from 20 to 40 g / l of water-soluble alkali metal metasilicates, from 4 to 8 g / l of water-soluble alkali metal fluorides, from 2 to 8 g / l of alkali metal paratungstate and / or ammonium, from 3 to 7 g / l of alkali metal hydroxides.
Предпочтительно, что водный раствор для нанесения покрытия, используемый на второй стадии, содержит от 20 до 40 г/л водорастворимых метасиликатов щелочных металлов, от 4 до 8 г/л водорастворимых фторидов щелочных металлов, от 1 до 5 г/л водорастворимого паравольфрамата щелочного металла или аммония от 3 до 7 г/л гидроксидов щелочных металлов, и от 0,5 до 2 г/л пермангатата калия.It is preferable that the aqueous coating solution used in the second stage contains from 20 to 40 g / l of water-soluble alkali metal metasilicates, from 4 to 8 g / l of water-soluble alkali metal fluorides, from 1 to 5 g / l of water-soluble alkali metal paratungstate or ammonium from 3 to 7 g / l of alkali metal hydroxides, and from 0.5 to 2 g / l of potassium permangate.
Кроме того, настоящий способ предусматривает высушивание магниевой несущей конструкций с нанесенным защитным покрытием при температуре 150-250°C. Устранение излишней влаги позволяет добиться улучшенных физико-механических характеристик защитного покрытия.In addition, the present method provides for the drying of magnesium-bearing structures with a protective coating at a temperature of 150-250 ° C. Elimination of excess moisture allows to achieve improved physical and mechanical characteristics of the protective coating.
Несущие конструкции бортовой радиоэлектронный аппаратуры в период своей эксплуатации подвергаются воздействию в виде значительных вибрационных нагрузок, что обуславливает необходимость уменьшения трения в зонах их контакта. Для решения этой задачи заявляемый способ предусматривает нанесение дополнительного полимерного слоя на локальные участки магниевой несущей конструкций с нанесенным покрытием. В качестве полимера используют фторопласт или полиимид или полиметилсилоксан.Bearing structures of avionics during their operation are exposed to significant vibrational loads, which necessitates the reduction of friction in the areas of their contact. To solve this problem, the inventive method provides for the application of an additional polymer layer on the local areas of the magnesium bearing structures coated. The polymer used is fluoroplastic or polyimide or polymethylsiloxane.
Для закрепления нанесенного полимерного слоя, при необходимости, проводят выдерживание несущей конструкций с нанесенным защитным покрытием и дополнительным слоем полимера при температуре 150-200°C в течение 10-60 мин.To fix the applied polymer layer, if necessary, the bearing structures are applied with the protective coating applied and an additional polymer layer at a temperature of 150-200 ° C for 10-60 minutes.
Использование магния в качестве конструкционного материала позволяет снизить вес конечного изделия, что особенно важно для изделий космической и авиационной техники. При этом магний, являясь легким элементом, обеспечивает худшую радиационную защиту микросхем в сравнении, например, с алюминием. Введение в состав материала покрытия небольших количеств вольфрама позволяет в значительной мере устранить этот недостаток магниевых несущих конструкций. Материалы на основе вольфрама обладают способностью к поглощению потоков заряженных частиц и используются в составе экранов для радиационной защиты микросхем [Вопросы атомной науки техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2014. №4. С. 5-9, 54-56].The use of magnesium as a structural material allows to reduce the weight of the final product, which is especially important for products of space and aviation technology. At the same time, magnesium, being a light element, provides the worst radiation protection of microchips in comparison, for example, with aluminum. The introduction of small amounts of tungsten into the coating material can significantly eliminate this drawback of magnesium supporting structures. Tungsten-based materials are capable of absorbing flows of charged particles and are used as part of screens for radiation protection of microcircuits [Questions of atomic science of technology. Series: Physics of radiation effects on electronic equipment. 2014. No4. S. 5-9, 54-56].
Вышеописанные составы водных растворов и концентрации входящих в них компонентов для получения покрытия позволяют сформировать на магниевой подложке двухслойное защитное покрытие.The above compositions of aqueous solutions and the concentrations of their constituent components to obtain a coating make it possible to form a two-layer protective coating on a magnesium substrate.
Внутренний слой покрытия, прилегающий к поверхности несущей конструкции, состоит в основном из силиката и оксида магния, а также содержит соединения вольфрама.The inner coating layer adjacent to the surface of the supporting structure consists mainly of silicate and magnesium oxide, and also contains tungsten compounds.
При этом концентрация вольфрама во внутреннем слое составляет от 2 до 5% масс.The concentration of tungsten in the inner layer is from 2 to 5% of the mass.
Внешний слой покрытия, формируемый на поверхности внутреннего слоя, как и внутренний слой, состоит в основном из силиката и оксида магния, соединений вольфрама и дополнительно содержит оксиды марганца.The outer coating layer formed on the surface of the inner layer, like the inner layer, consists mainly of silicate and magnesium oxide, tungsten compounds and additionally contains manganese oxides.
При этом концентрация марганца во втором слое составляет от 1,6 до 3% масс.The concentration of manganese in the second layer is from 1.6 to 3% of the mass.
Заявляемый способ нанесения покрытий предусматривает в качестве материала основы обрабатываемой несущей конструкции сплав на основе магния, включая, в том числе, вспененные сплавы магния, например, пеномагний (ПМг).The inventive method of coating provides as the base material of the processed load-bearing structure an alloy based on magnesium, including, but not limited to, foamed magnesium alloys, for example, foam magnesium (PMg).
Заявляемое защитное покрытие в сравнении с покрытием, получаемым по прототипу в силикатно-фторидном электролите, не содержащем соединений вольфрама и марганца, обладает меньшим удельным поверхностным сопротивлением ввиду наличия в составе поверхностного слоя (второго слоя) оксидов марганца, а также обладает защитными по отношению к действию потоков заряженных частиц (космическому излучению) свойствами, обусловленными наличием в составе соединений вольфрама.The inventive protective coating in comparison with the coating obtained by the prototype in a silicate-fluoride electrolyte that does not contain compounds of tungsten and manganese, has a lower specific surface resistance due to the presence in the composition of the surface layer (second layer) of manganese oxides, and also has a protective effect flows of charged particles (cosmic radiation) properties due to the presence of tungsten in the composition of the compounds.
Пониженное удельное поверхностное сопротивлением позволяет обеспечивать надежный сток зарядов статического электричества и позволяет исключить негативные эффекты разрядов статического электричества, что позволяет говорить об антистатических свойствах защитного покрытия, формируемого по заявляемому способу.The reduced specific surface resistance allows a reliable drain of static electricity charges and eliminates the negative effects of static electricity discharges, which allows us to talk about the antistatic properties of the protective coating formed by the claimed method.
Защитное покрытие, полученное по заявляемому способу, характеризуется коррозионной стойкостью, обладает электроизоляционными, антистатическими свойствами, способно выполнять защитные функции по отношению к космическому излучению в виде потоков заряженных частиц).The protective coating obtained by the present method is characterized by corrosion resistance, has electrical insulating, antistatic properties, is able to perform protective functions with respect to cosmic radiation in the form of streams of charged particles).
Изобретение поясняется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение структуры поверхности образца магниевой несущей конструкции бортовой радиоэлектронной аппаратуры с нанесенным по заявляемому способу покрытием, где: 1 - материал основы, 2 - внутренний слой защитного покрытия, 3 - внешний (верхний) слой защитного покрытия.In FIG. 1 is a schematic illustration of the surface structure of a magnesium bearing structure of an on-board electronic equipment coated by the present method, where: 1 is the base material, 2 is the inner layer of the protective coating, 3 is the outer (upper) layer of the protective coating.
На фиг. 2 приведен эскиз (вид сверху) несущей конструкции бортовой радиоэлектронной аппаратуры размером 468×175×32, изготовленной из сплава магния марки МА2-1.In FIG. Figure 2 shows a sketch (top view) of the supporting structure of on-board electronic equipment with a size of 468 × 175 × 32 made of an MA2-1 magnesium alloy.
В дальнейшем изобретение поясняется примерами конкретного выполнения способа.The invention is further illustrated by examples of the specific implementation of the method.
Пример 1.Example 1
Образцы из сплава магния марки МА2-1 размером 100×100×2, представляющие собой элементы несущих конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры и именуемые далее «несущие конструкции» после изготовления обезжиривали 1 М раствором Na3PO4 при температуре не ниже 55-65°C, после чего промывали большим количеством дистиллированной воды. Несущие конструкции кратковременно погружали в водный раствор, содержащий незначительное количество растворенного метасиликата натрия, фторид натрия, гидроксид калия. Для получения внутреннего (первого) слоя покрытия несущие конструкции помещали в охлаждаемую металлическую ванну, наполненную водным раствором следующего состава:Samples from a magnesium alloy of MA2-1 grade 100 × 100 × 2 in size, which are elements of the supporting structures of the on-board electronic equipment and hereinafter referred to as "supporting structures" after manufacturing, were degreased with a 1 M Na 3 PO 4 solution at a temperature not lower than 55-65 ° C, then washed with a large amount of distilled water. The supporting structures were briefly immersed in an aqueous solution containing a small amount of dissolved sodium metasilicate, sodium fluoride, potassium hydroxide. To obtain the inner (first) coating layer, the supporting structures were placed in a cooled metal bath filled with an aqueous solution of the following composition:
Через сформированную электрохимическую систему, в которой в качестве катода выступала сама ванна, а в качестве анода - образец 1 несущей конструкции (фиг. 1), в течение 40 минут пропускали импульсный электрический ток с частотой следования импульсов 40 Гц. Длительность импульсов напряжения составляла 300 мкс, амплитуда - 400-450B. Получили первый (внутренний) слой покрытия 2 (фиг. 1) толщиной 27 мкм, состоящий в основном из силиката и оксида магния, а также содержащий соединения вольфрама с содержанием W 2,6 масс. %.A pulsed electric current with a pulse repetition rate of 40 Hz was passed through the formed electrochemical system, in which the bath itself acted as the cathode and the
Для получения второго (внешнего) слоя 3 (фиг. 1) покрытия несущие конструкции тщательно промывали, высушивали и переносили в другую охлаждаемую металлическую ванну, наполненную водным раствором следующего состава:To obtain a second (outer) layer 3 (Fig. 1) of the coating, the supporting structures were thoroughly washed, dried and transferred to another cooled metal bath filled with an aqueous solution of the following composition:
На второй стадии нанесения защитного покрытия через сформированную электрохимическую систему, в которой в качестве катода выступала сама ванна, а в качестве анода - несущая конструкции в течение 10 минут пропускали импульсный электрический ток при длительности импульсов напряжения 200 мкс. Частота следования импульсов напряжения и их амплитуда были как на первой стадии формирования покрытия. После формирования второго (внешнего) слоя покрытия 3 (фиг. 1), состоящего в основном из силиката и оксида магния, соединений вольфрама и оксидов марганца, получили защитное покрытие общей толщиной 31 мкм. При этом концентрация марганца во втором слое составляет 1,8% масс.At the second stage of applying the protective coating through the formed electrochemical system, in which the bath itself acted as the cathode and the supporting structure as the anode, a pulsed electric current was passed for 10 minutes at a voltage pulse duration of 200 μs. The repetition rate of voltage pulses and their amplitude were as in the first stage of coating formation. After the formation of the second (outer) coating layer 3 (Fig. 1), consisting mainly of silicate and magnesium oxide, tungsten compounds and manganese oxides, a protective coating with a total thickness of 31 μm was obtained. The concentration of manganese in the second layer is 1.8% of the mass.
Затем несущую конструкцию с покрытием тщательно промывали дистиллированной водой и высушивали на воздухе при температуре 160-180°C. Полученные покрытия имели равномерный светло-бежевый цвет.Then, the coated coated structure was thoroughly washed with distilled water and dried in air at a temperature of 160-180 ° C. The resulting coatings had a uniform light beige color.
Измерение толщины полученного защитного покрытия проводили методом вихревых токов согласно ГОСТ 9.302-88 с использованием вихретокового толщиномера QuaNix 1500. Толщина полученных по примеру 1 покрытий составила 29,2±1,5 мкм.The thickness of the obtained protective coating was measured by the eddy current method according to GOST 9.302-88 using the QuaNix 1500 eddy current thickness gauge. The thickness of the coatings obtained according to Example 1 was 29.2 ± 1.5 μm.
Полученные образцы покрытий были подвергнуты испытаниям на коррозионную стойкость согласно ГОСТ 9.308-85, метод 1. Образцы выдерживались в камере солевого тумана при температуре (35±2)°C. После 400 часов испытаний было установлено отсутствие признаков коррозионных разрушений для всех образцов.The obtained coating samples were tested for corrosion resistance according to GOST 9.308-85,
Характеристикой изоляционных свойств покрытия служит величина напряжения пробоя. Измерение напряжения пробоя покрытий проводили при переменном напряжении частотой 50 Гц согласно ГОСТ 6433.3-71 с использованием универсальной пробойной установки УПУ-5М в варианте исполнения «У». Пороговое значение тока утечки составляло 40 мА, использовались нажимные металлические электроды, изготовленные из алюминия.The characteristic of the insulating properties of the coating is the value of the breakdown voltage. The breakdown voltage of the coatings was measured at an alternating voltage of 50 Hz according to GOST 6433.3-71 using the universal breakdown unit UPU-5M in the “U” version. The threshold value of the leakage current was 40 mA; pressure metal electrodes made of aluminum were used.
Величина напряжения пробоя слоя полученного покрытия составила не менее 300 В, что является достаточным значением для использования данного покрытия в качестве электроизоляционного в низковольтной бортовой аппаратуре.The breakdown voltage of the layer of the resulting coating was at least 300 V, which is a sufficient value for using this coating as an electrical insulation in low-voltage on-board equipment.
Защита от накопления зарядов статического электричества оценивалась по величине удельного поверхностного сопротивления. Измерения проводились с использованием цифрового измерителя RLC Е7-8. Величины поверхностного сопротивления полученного покрытия составила 80 МОм, что является достаточным для обеспечения надежного стока зарядов статического электричества.Protection against the accumulation of charges of static electricity was estimated by the value of specific surface resistance. The measurements were carried out using a digital meter RLC E7-8. The surface resistance of the resulting coating was 80 MΩ, which is sufficient to ensure reliable flow of static charges.
Результаты испытаний также представлены в таблице 1.The test results are also presented in table 1.
Проверка защитных свойств покрытий по отношению к воздействию потоков заряженных частиц проводилась на стандартных МОП-структурах (элементах логических КМОП-микросхем). Микросхемы помещались в одинаковые корпуса, изготовленные из сплава магния МА2-1 с покрытием МДО, которые затем подвергались облучению электронами при помощи линейного ускорителя электронов. Под воздействием потоков заряженных частиц происходит отклонение электрических параметров микросхем от их номинальных значений. Величины относительного изменения порогового напряжения микросхем ΔU/Uном для микросхем, помещенных в магниевый корпус с покрытием по заявляемому способу, в магниевый корпус с покрытием полученном в обычном силикатно-фторидном электролите и в алюминиевый корпус приведены в таблице 2.Verification of the protective properties of coatings with respect to the effects of charged particle flows was carried out on standard MOS structures (elements of logical CMOS chips). The microcircuits were placed in identical cases made of MA2-1 magnesium alloy coated with MAO, which were then irradiated with electrons using a linear electron accelerator. Under the influence of flows of charged particles, the electrical parameters of the microcircuits deviate from their nominal values. The magnitude of the relative change in the threshold voltage of the microcircuits ΔU / U nom for microcircuits placed in a coated magnesium housing according to the present method, in a coated magnesium case obtained in a conventional silicate-fluoride electrolyte and in an aluminum case are shown in Table 2.
Пример 2.Example 2
На несущую конструкцию бортовой радиоэлектронной аппаратуры размером 468×175×32 (см. Фиг. 2), изготовленную из сплава магния марки МА2-1 после обезжиривания и промывки наносили защитное покрытие, как описано в примере 1. После высушивания на воздухе при температуре 200°C несущую конструкцию дополнительно обрабатывали путем нанесения коммерчески доступного лака на основе политетрафторэтилена марки Berucoat AK 376 на локальные участки покрытия подверженные механическим нагрузкам. После нанесения лака упомянутые локальные участки с дополнительным слоем полимера прогревали при температуре 150-200°C в течение 30 мин.On the supporting structure of avionics of size 468 × 175 × 32 (see Fig. 2) made of MA2-1 magnesium alloy after degreasing and washing, a protective coating was applied, as described in example 1. After drying in air at a temperature of 200 ° The supporting structure was further processed by applying a commercially available Berucoat AK 376 polytetrafluoroethylene varnish to local areas of the coating subject to mechanical stress. After applying the varnish, said local areas with an additional polymer layer were heated at a temperature of 150-200 ° C for 30 minutes.
Полученные образцы покрытий были подвергнуты испытаниям для определения защитных свойств покрытий, как описано в примере 1. Результаты приведены в таблице 1.The obtained coating samples were tested to determine the protective properties of the coatings, as described in example 1. The results are shown in table 1.
Кроме того, несущие конструкции с покрытием МДО были подвергнуты испытаниям на воздействия вибрационных нагрузок в виде синусоидальных вибраций, действующих по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей в течение 20 минут, с параметрами, указанными в таблице 3. Скорость сканирования частоты не превышала 0,5 окт./мин.In addition, the bearing structures coated with MAO were tested for vibration loads in the form of sinusoidal vibrations acting on each of the three mutually perpendicular axes for 20 minutes, with the parameters listed in table 3. The frequency scanning speed did not exceed 0.5 oct ./min
Последующий осмотр образцов несущих конструкций бортовой РЭА не выявил разрушений или отслаиваний покрытия МДО как на плоских поверхностях образцов, так и во внутренних полостях, изгибах, резьбах и т.п.Subsequent examination of the samples of the supporting structures of the onboard CEA did not reveal any damage or delamination of the MAO coating both on the flat surfaces of the samples and in the internal cavities, bends, threads, etc.
Пример 3 (Сравнительный - получение защитного покрытия по способу, раскрытому в прототипе).Example 3 (Comparative - obtaining a protective coating according to the method disclosed in the prototype).
Образцы из сплава магния марки МА2-1 размером 100×100×2, представляющие собой элементы несущих конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры, после обезжиривания и промывки помещали в охлаждаемую металлическую ванну, наполненную водным раствором следующего состава:Samples of magnesium alloy grade MA2-1 100 × 100 × 2 in size, which are elements of the supporting structures of the on-board electronic equipment, after degreasing and washing were placed in a cooled metal bath filled with an aqueous solution of the following composition:
Ванна выступала в качестве катода, а образцы - в качестве анода. Через полученную электрохимическую систему в течение 2 минут пропускали электрический ток поддерживая анодную плотность тока равной 800 А/дм2. В результате было сформировано тонкое (1-2 мкм) анодное покрытие, преимущественно состоящее из фторида магния.The bath served as the cathode, and the samples as the anode. An electric current was passed through the resulting electrochemical system for 2 minutes, maintaining the anode current density of 800 A / dm 2 . As a result, a thin (1-2 μm) anode coating was formed, mainly consisting of magnesium fluoride.
Затем несущие конструкции тщательно промывали, высушивали и переносили в другую охлаждаемую металлическую ванну, наполненную водным раствором следующего состава:Then the supporting structures were thoroughly washed, dried and transferred to another cooled metal bath filled with an aqueous solution of the following composition:
Через полученную электрохимическую систему пропускали импульсный электрический ток с частотой 40 Гц, поддерживая анодную плотность тока в импульсе на уровне не менее 250 А/дм2. Процесс микродугового оксидирования вели в импульсном микроплазменном режиме в течение 30 минут.A pulsed electric current with a frequency of 40 Hz was passed through the obtained electrochemical system, maintaining the anode current density in the pulse at a level of at least 250 A / dm 2 . The microarc oxidation process was conducted in a pulsed microplasma mode for 30 minutes.
После завершения формирования покрытия образцы тщательно промывали дистиллированной водой и высушивали на воздухе.After completion of coating formation, the samples were thoroughly washed with distilled water and dried in air.
Несущие конструкции с покрытием МДО были подвергнуты испытаниям для определения защитных свойств покрытий, как описано в примере 1. Результаты приведены в таблице 1 и таблице 2.Support structures with MAO coating were tested to determine the protective properties of the coatings, as described in example 1. The results are shown in table 1 and table 2.
Таким образом, получаемые по заявляемому способу на магниевых несущих конструкциях бортовой радиоэлектронной аппаратуры покрытия обладают совокупностью функциональных свойств, включающих помимо коррозионной стойкости электроизоляционные, антистатические и защитные, по отношению к потокам заряженных частиц, свойства.Thus, the coatings obtained by the present method on magnesium bearing structures of on-board electronic equipment have a combination of functional properties, which include, in addition to corrosion resistance, electrical insulating, antistatic and protective properties with respect to charged particle flows.
Claims (22)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124292A RU2676550C1 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Method of obtaining protective coating on bearing structures of on-board radioelectronic equipment for aircraft and spacecraft made of magnesium or its alloys, and protective coating obtained by this method, and bearing structure with protective coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124292A RU2676550C1 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Method of obtaining protective coating on bearing structures of on-board radioelectronic equipment for aircraft and spacecraft made of magnesium or its alloys, and protective coating obtained by this method, and bearing structure with protective coating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676550C1 true RU2676550C1 (en) | 2019-01-09 |
Family
ID=64958637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124292A RU2676550C1 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Method of obtaining protective coating on bearing structures of on-board radioelectronic equipment for aircraft and spacecraft made of magnesium or its alloys, and protective coating obtained by this method, and bearing structure with protective coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676550C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3110605A1 (en) * | 2020-05-20 | 2021-11-26 | Lag2M | PROCESS AND INSTALLATION FOR TREATMENT OF METAL PARTS BY MICRO-ARC OXIDATION |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5264113A (en) * | 1991-07-15 | 1993-11-23 | Technology Applications Group, Inc. | Two-step electrochemical process for coating magnesium alloys |
| CN102021631A (en) * | 2010-11-04 | 2011-04-20 | 杭州意来客电器设备有限公司 | Treatment method of black hard microarc oxidation ceramic membrane on surface of magnesium alloy |
| RU2620224C2 (en) * | 2015-10-23 | 2017-05-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Method of obtaining protective coating on magnesium and its alloys |
| CN106702464A (en) * | 2015-08-19 | 2017-05-24 | 宁波瑞隆表面技术有限公司 | Electrolyte for preparing black ceramic film layer through micro-arc oxidation for magnesium alloy, and method |
-
2017
- 2017-07-07 RU RU2017124292A patent/RU2676550C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5264113A (en) * | 1991-07-15 | 1993-11-23 | Technology Applications Group, Inc. | Two-step electrochemical process for coating magnesium alloys |
| CN102021631A (en) * | 2010-11-04 | 2011-04-20 | 杭州意来客电器设备有限公司 | Treatment method of black hard microarc oxidation ceramic membrane on surface of magnesium alloy |
| CN106702464A (en) * | 2015-08-19 | 2017-05-24 | 宁波瑞隆表面技术有限公司 | Electrolyte for preparing black ceramic film layer through micro-arc oxidation for magnesium alloy, and method |
| RU2620224C2 (en) * | 2015-10-23 | 2017-05-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Method of obtaining protective coating on magnesium and its alloys |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3110605A1 (en) * | 2020-05-20 | 2021-11-26 | Lag2M | PROCESS AND INSTALLATION FOR TREATMENT OF METAL PARTS BY MICRO-ARC OXIDATION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Arrabal et al. | Assessment of duplex coating combining plasma electrolytic oxidation and polymer layer on AZ31 magnesium alloy | |
| Venugopal et al. | Effect of micro arc oxidation treatment on localized corrosion behaviour of AA7075 aluminum alloy in 3.5% NaCl solution | |
| Wei et al. | Effect of variations of Al content on microstructure and corrosion resistance of PEO coatings on MgAl alloys | |
| Guo et al. | Corrosion behavior of micro-arc oxidation coating on AZ91D magnesium alloy in NaCl solutions with different concentrations | |
| JP2006322040A (en) | Method for anticorrosion-treating aluminum or aluminum alloy | |
| Mohsen et al. | Improvement in corrosion resistance of commercial pure titanium for the enhancement of its biocompatibility | |
| JP7140329B2 (en) | Anodized titanium material and its manufacturing method | |
| Mubarok et al. | Effects of anodizing parameters in tartaric-sulphuric acid on coating thickness and corrosion resistance of Al 2024 T3 alloy | |
| RU2676550C1 (en) | Method of obtaining protective coating on bearing structures of on-board radioelectronic equipment for aircraft and spacecraft made of magnesium or its alloys, and protective coating obtained by this method, and bearing structure with protective coating | |
| Zhang et al. | The long‐term corrosion performance and adhesion properties of 7B04 aluminum alloy/anodic film/epoxy primer system in acidic NaCl solution | |
| JP5369083B2 (en) | Surface-treated aluminum member having high withstand voltage and method for producing the same | |
| US10941502B2 (en) | Electrolytic process and apparatus for the surface treatment of non-ferrous metals | |
| Wragg et al. | Influence of and differences between Chromic and Sulphuric acid anodising on the fatigue properties of 7050 T7451 aluminium alloy | |
| Monsalve et al. | S‐N‐P curves in 7075 T7351 and 2024 T3 aluminium alloys subjected to surface treatments | |
| Rehman et al. | The influence of various additives on the properties of PEO coatings formed on AZ31 Mg Alloy | |
| Reddy et al. | Improved Corrosion Protection of Aluminum Alloys by System Approach Interface Engineering: Part 1—Alclad 2024-T3 | |
| Chamidy et al. | Effect of voltage on the thickness of oxide layer at aluminum alloys for structural bonding using phosphoric sulfuric acid anodizing (PSA) process | |
| Liu et al. | Characterization of anodic oxide film growth on Ti6Al4V in NaTESi electrolyte with associated adhesive bonding behaviour | |
| KR101790975B1 (en) | Surface treatment method of aluminium material | |
| Xu et al. | Surface properties on magnesium alloy and corrosion behaviour based high‐speed wire electrical discharge machine power tubes | |
| Kajanek et al. | EFFECT OF APPLIED CURRENT DENSITY OF PLASMA ELECTROLYTIC OXIDATION PROCESS ON CORROSION RESISTANCE OF AZ31 MAGNESIUM ALLOY. | |
| Cedeño | Effect of the layer of anodized 7075-T6 aluminium corrosion properties | |
| Emersic et al. | Degradation of printed circuit board coatings due to partial discharge | |
| Zhuang et al. | Effect of Current Density on Microstructure and Corrosion Behavior of Plasma Electrolytic Oxidation Coated 6063 Aluminum Alloy | |
| RU2784001C1 (en) | Method for obtaining protective superhydrophobic coatings with antistatic effect on aluminum alloys |