197364. lajstromszámú szabadalom • Eljárás keményoxid bevonat előállítására anódos oxidációval alumínium munkadarabokon és elrendezés az eljárás foganatosítására
3 197364 4 A találmány tárgya eljárás kemény oxid bevonat előállítására anódos oxidációval aluminium vagy ötvözött aluminium munkadarabokon, amelynek során legalább közelítően forgásszimmetrikus alakú munkadarab vagy ilyen alakzatban elrendezett munkadarabok kezelendő felületét anodizáló elektrolittal kapcsolatba hozzuk, a munkadarab és egy az elektrolitba merített, a munkadarabtól az elektrolit révén eltávolított eletród közé feszültséget kapcsolunk és legalább 20 A/dm2 áramsűrűségű áramot létesítünk és ezalatt az elektrolitot zárt áramlási körben cirkuláltatjuk. Az itt meghatározott eljárást a köznapi műszaki nyelvben eloxálásnak nevezik. A találmány tárgyát képezi az eljárás foganatosítására alkalmas két elrendezés is, amelyek közül az első forgásszimmetrikus vagy ilyen módon elrendezett munkadarabok külső felületének, a másik pedig nagyobb méretű csövek belső felületének anodizálására alkalmas. Aluminium vagy aluminium ötvözetek felületén vastag keményoxid bevonatok előállítására számos eljárás ismert. Ezeket Dr. Csókán Pál: .Az aluminium elektrokémiai felületkezelése" c. könyvében (Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1975) részletesen ismerteti és tulajdonságaikat a 157. oldalon a 30. táblázatban foglalja össze. Hasonló adatok találhatók a Dr. Köves Elemér által szerkesztett .Aluminium Kézikönyv" (Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1984) 561. oldalán az 5.47 táblázatban. A munkadarabhoz vezetett villamos energia által létrehozott Joule hő elvezetéséről általában intenziv hűtéssel gondoskodnak, és a nagyobb áramsűrűségek (2-7 A/dm2) alkalmazásakor 1-5 °C hőmérsékletű elektrolitot áramoltatnak. Az áramsűrűség fokozásának az égési folyamatok megjelenése korlátot szab. A találmány feladata olyan anodizáló eljárás létrehozása, amely az ismert megoldásokhoz képest fokozott áramsűrüséggel és csökkentett vagy teljesen elhagyott hűtéssel, hatékonyabban képes kemény oxid bevonatot létesíteni. A kitűzött, feladat megoldása azon a felismerésen alapul, hogy intenziv hűtésre nincs szükség és a káros jelenségek fellépése még nagyobb áramsűrűségek esetén is távoltartható, ha a munkadarab körül egyenletes sebességgel örvénylő elektrolit áramlást létesítünk. A találmány szerint eljárást hoztunk létre kemény oxid bevonat előállítására anódos oxidációval alumínium vagy ötvözött aluminium munkadarabokon, amelynek során legalább közelítően forgásszimmetrikus alakú munkadarab vagy ilyen alakzatban elrendezett munkadarabok kezelendő felületét anodizáló elektrolittal kapcsolatba hozzuk, a munkadarab és egy az elektrolitba merített, a munkadarabtól az elektrolit révén eltávolított elektród közé feszültséget kapcsolunk és legalább 20 A/dm2 áramsűrűségű áramot létesítünk, ezalatt az elektrolitot zárt áramlási körben cirkuláltatjuk, és a találmány szerint egy a munkadarabot körülvevő vagy általa meghatározott, forgásszimmetrikus térben az elektrolitot a forgásfelület tengelyével egyező tengely körül intenzív örvénylésben, legalább 10 m/s sebességgel áramoltatjuk és a hőmérsékletet 10-23 °C, előnyösen pedig 11- -18 °C tartományon belül kijelölt értéken tartjuk és ezt a hőmérsékletet legfeljebb 3 °C-os ingadozással fenntartjuk. Az eljárás foganatosítására alkalmas első elrendezésben az elektrolitot fogadó tank, a munkadarabot befogadó tartály, valamint a tank és a tartály között kialakított zárt áramlási kör van, amely szivattyúból, szükség szerinti számú szelepekből és csővezetékekből áll és adott esetben hűtőberendezést is tartalmaz, az elrendezésnek függőleges hossztengelyű forgásszimmetrikus tartálya van, amely felső részén több tangenciális beömlő nyílással rendelkezik, a munkadarab a tartály egy állandó keresztmetszetű, célszerűen hengeres szakaszán koaxiális helyzetben van rögzítve és a tartály kiömlő nyílása a munkadarab alsó vége alatt van. Ez az elrendezés külső felületek bevonásához használható. Nagyobb méretű csövek belső felületének anodizáló elrendezésénél a csőben az elektrolitot fogadó tank, a munkadarabot képező cső két végéhez rögzített zérólap, az így kialakuló zárt térbe benyúló és a csővel egytengelyű elektród henger, valamint a tank és a cső belső tere között kialakított zárt elektrolit áramlási kör van, amely szivattyúból, szükség szerinti számú szelepekből és csővezetékekből áll és az áramlási kör adott esetben hűtőberendezést is tártalmaz, a találmány szerint az elektród henger palástján egyenletes osztásban, továbbá a hossz mentén ismétlődően ferde réshornyok vannak és az elektrolit beömlő csöve beömlő csonkon keresztül az elektród henger belső terébe torkollik. A találmány szerinti eljárás kedvező hatékonysággal és csökkentett vagy teljesen elhagyott hűtési rendszerrel működésképes. A hatékonyság javulása abban is megmutatkozik, hogy azonos rétegvastagság eléréséhez lényegesen rövidebb időre van szükség. A találmány szerinti megoldást a továbbiakban példák kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az 1. ábra az első anodizáló elrendezés vázlata, a 2. ábra az 1. ábra 2 tartályának felülnézete, a 3. ábra a második elrendezésből a 15 cső belsejében lévő egységek elölnézeti képe metszeti ábrázolásban, a 4. ábra a 3. ábra IV-IV vonala mentén vett metszet, és az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
