PL113732B1 - Process for preparing manganese-nitrogen films on aluminium and its alloys - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia warstw manganowo-azotowych na powierzchni aluminium i jego stopów z równoczesnym polacze¬ niem dyfuzyjnym tych warstw z podlozem.Sposród sposobów powierzchniowego umocnienia dla aluminium i jego stopów moze byc realizowane dogniatanie, platerowanie, napawanie, napylanie, obróbka galwaniczna. Prowadzono ponadto wiele prac badawczych nad anodowym utlenianiem, chromowaniem i zelazowaniem stopów aluminium, majacych na celu podwyzszenie ich odpornosci na zuzycie scierne.Warstwy galwaniczne na metalach charaktery¬ zuja sie jednak mniejsza przyczepnoscia od warstw dyfuzyjnych, stad tez wyniknely próby struktu¬ ralnego laczenia warstw galwanicznych z podlozem aluminiowym przez wyzarzanie dyfuzyjne.Podjete badania nad azotowaniem powszechnie znanych warstw galwanicznych zelazowych i chro¬ mowych na aluminium i jego stopach nie znalazly praktycznego wykorzystania, poniewaz nastepuje luszczenie i odpryskiwanie tych warstw od pod¬ loza. Przyczyna jest zbyt duza róznica rozszerzal¬ nosci cieplnej wymienionych warstw i aluminio¬ wego podloza. Nalezalo wiec znalezc metal, który ma zblizony wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej do aluminium, mozna go nakladac metoda obróbki galwanicznej, laczy sie strukturalnie z aluminio¬ wym podlozem, tworzy z azotem roztwory oraz 15 20 twarde azotki w procesie azotowania. Najkorzy¬ stniejszym pod tym wzgledem okazal sie mangan, Znany jest sposób galwanicznego pokrywania warstwa manganowa aluminium, natomiast nie jest znany sposób wytwarzania polaczenia dyfu¬ zyjnego (strukturalnego) miedzy aluminiowym podlozem lub jego stopem, a warstwa galwaniczna manganu nasyconego azotem.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze aluminium i jego stopy pokrywa sie w znany spo¬ sób warstwa elektrolitycznego manganu, a na¬ stepnie poddaje procesowi azotowania w atmo¬ sferze zdysócjowanego amoniaku w temperaturze 753—883 K i czasie 1—16 godzin, w zaleznosci od temperatury topnienia aluminiowego podloza oraz grubosci powloki manganowej.Proces azotowania prowadzony moze byc metoda gazowa lub jonowa. Zblizone wspólczynniki rozsze¬ rzalnosci cieplnej aluminium i manganu, mozliwosc ich wzajemnej dyfuzji oraz rozpuszczalnosc azotu w manganie daja mozliwosc wytworzenia warstwy manganowo-azotowej polaczonej strukturalnie (dy¬ fuzyjnie) z podlozem aluminiowym lub jego sto¬ pem, która nie luszczy sie i nie odpryskuje.Zaleta wynalazku jest mozliwosc wytworzenia na aluminium i jego stopach warstwy dyfuzyjnej, charakteryzujacej sie dobra przyczepnoscia oraz wysoka twardoscia i odpornoscia na zuzycie scierne. W stosunku do galwanicznych i wyzarzo¬ nych dyfuzyjnie warstw manganowych na alu- 113 732113 732 .4 minium i jego stopach, warstwy manganowe po. azotowaniu wykazuja wyzsza twardosc i wielo¬ krotnie mniejsze zuzycie scierne. Przykladowo, sposób ten mozna wykorzystac do podwyzszenia odpornosci na zuzycie scierne tloków silników spalinowych, wykonanych ze stopów aluminium.Przyklad I. Podloze — aluminium, odtluszcza sie w roztworze: H20 — 273 ml Na3P04 — 13,5 g NaOH — 2,1 g Na2Si03 — 10,5 g o temperaturze 323 K w czasie 5 min. Nastepnie plucze sie w cieplej i zimnej wodzie oraz dotrawia w roztworze: HC1 — 0,580 1 MnS04-5 H20 — 7 g H20 — 1,76 1 Proces ten prowadzi sie w temperaturze 310 K i czasie 15—30 sek. Po dokladnym oplukaniu w wodzie, aluminium natychmiast poddaje sie elektrolitycznemu manganowaniu w elektrolicie o skladzie: — 200 g/l — 75 g/l — w. zaleznosci od pojemnosci elektrolizera Temperatura elektrolitu 283—288 K, pH = 7,0, gestosc pradu (10^15). 1C2 A/m2. W procesie elek¬ trolitycznego manganowania stosuje sie anody sto¬ powe: 3G°/o Sn, 0,4% Co reszta Pb. Konieczne jest mieszanie katolitu oraz stosowanie diafragm roz¬ dzielajacych przestrzen katodowa i anodowa. Bez¬ posrednio po wyjeciu z elektrolitu, przedmiot za- MnS04-5 H20 (NH)4)2S04 H20 nurza sie w 5' Yo roztworze Na2Cr207-2H20. Po elektrolitycznym manganowaniu aluminium pod¬ daje sie procesowi azotowania w atmosferze 60—70°/p zdysocjowanego amoniaku w temperaturze 883 K i czasie 9 godzin.Przyklad II. (Podloze — stop AK 12 (Si = = 12,4%, Cu = 0,&%, Mg = l,3°/o, Ni = 0,9%, Fe = 0,3%, Al — reszta) odtluszcza sie w roztworze i warunkach jak dla aluminium. Nastepnie plucze sie w cieplej i zimnej wodzie oraz dotrawia w roz¬ tworze: 10 25 30 35 40 45 HNO, 75% objetosciowo HF — 25% objetosciowo Proces ten prowadzi sie w temperaturze 293 K i czasie 15—30 sek. Po dokladnym oplukaniu w wodzie, stop AK 12 nastychmiast poddaje sie elektrolitycznemu manganowaniu. Sklad elektrolitu i warunki procesu jak w przypadku aluminium.Po manganowaniu przedmiot zanurza sie w 5% roztworze Na2Cr207*2H20. Po elektrolitycznym manganowaniu stop AK 12 poddaje sie procesowi azotowania w atmosferze 40—50% zdysocjowanego amoniaku w temperaturze 803 K i czasie 12 go¬ dzin.Przyklad III. Podloze — stop AM 75 4,8%, Cu = 6,8%, Mg = 0,3%, Fe = 0,9%, Al — reszta), odtluszcza sie w roztworze i warunkach jak dla aluminium i stopu AK 12. Nastepnie plucze sie w cieplej i zimnej wodzie oraz dotrawia w roztworze i warunkach jak dla stopu AK 12.Po dokladnym oplukaniu w wodzie, stop AM 75 natychmiast poddaje sie elektrolitycznemu manga¬ nowaniu. Sklad elektrolitu i warunki procesu jak w przypadku aluminium i stopu AK 12. Po manga¬ nowaniu przedmiot zanurza sie w 5% roztworze Na2Cr207-2H20. Po elektrolitycznym manganowa¬ niu stop AM 75 poddaje sie procesowi azotowania w atmosferze 30—40% zdysocjowanego amoniaku w temperaturze 753 K i czasie 16 godzin. W wy¬ tworzonych warstwach wystepuja fazy — Mn oraz Mn4N. Przejscie do podloza (aluminium lub jego stopy) wTykazuje malejaca zawartosc Mn i rosnaca zawartosc Al. Twardosc na powierzchni po azo¬ towaniu przekracza HV 0,01 = 1030.Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania warstwy manganowo-azo- towej na aluminium i jego stopach z równo¬ czesnym polaczeniem dyfuzyjnym jej z aluminio¬ wym podlozem, znamienny tym, ze aluminium i je¬ go stopy pokrywa sie w znany sposób warstwa elektrolitycznego manganu, a nastepnie poddaje procesowi azotowania w atmosferze zdysocjowa¬ nego amoniaku w temperaturze 753—883 K i czasie 1—16 godzin w zaleznosci od temperatury topnie¬ nia aluminiowego podloza oraz grubosci powloki manganowej.LZGraf. Z-d Nr 2 — 248/82 100 egz. A-4 Cena 45 zl PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania warstwy manganowo-azo- towej na aluminium i jego stopach z równo¬ czesnym polaczeniem dyfuzyjnym jej z aluminio¬ wym podlozem, znamienny tym, ze aluminium i je¬ go stopy pokrywa sie w znany sposób warstwa elektrolitycznego manganu, a nastepnie poddaje procesowi azotowania w atmosferze zdysocjowa¬ nego amoniaku w temperaturze 753—883 K i czasie 1—16 godzin w zaleznosci od temperatury topnie¬ nia aluminiowego podloza oraz grubosci powloki manganowej. LZGraf. Z-d Nr 2 — 248/82 100 egz. A-4 Cena 45 zl PL