Zespół:

Dr Grzegorz Służałek
Dr Henryk Wistuba

Istota wynalazku

Zabezpieczenie aluminium i jego stopów - materiałów mających niezwykle szerokie zastosowanie w przemyśle - przed korozją, jest rzeczą niezwykle istotną. Metal ten jest odporny na niszczące działanie wielu środowisk i szeregu odczynników chemicznych dzięki ochronnemu charakterowi naturalnie tworzącej się na jego powierzchni, w atmosferze lub wodzie, warstewki tlenku. Proponowanym rozwiązaniem technologicznym jest sposób uszczelniania powłok tlenkowych na aluminium i jego stopach, wykorzystywanych zwłaszcza w tribologii - jako warstwy powierzchniowe części maszyn przeznaczonych do współpracy ślizgowej.

Od kilkudziesięciu lat w literaturze szczegółowo opisywane są metody otrzymywania powłok w wyniku anodowania aluminium, różnych metali i ich stopów. W tym czasie opisano również technologie wytwarzania i metody badań powłok konwersyjnych w tym badań korozyjnych, szczelności czy ścieralności. Powłoki wykorzystywane były głównie do celów dekoracyjnych i ochronnych. Znane są przykłady sposobów uszczelniania powłok tlenkowych na aluminium i jego stopach, które zwykle prowadzi się po ich barwieniu. W tym celu po wprowadzeniu substancji barwiącej, chcąc zabezpieczyć powłokę tlenkową, zamyka się pory w wodzie destylowanej. W przypadku, w którym jedynym celem uszczelniania por powłoki jest zabezpieczenie przed absorpcją z otoczenia różnych związków, takich jak woda, tłuszcze itp., powłokę wystarczy uszczelniać poprzez jej przetrzymywanie w wodzie destylowanej w temperaturze 371 K, w czasie około 40 minut.

Proponowane rozwiązanie sposobu uszczelniania powłok tlenkowych ma na celu nie tylko zabezpieczenie powłok przed szkodliwym działaniem czynników korozyjnych, ale także poprawienie ich właściwości tribologicznych węzła kinematycznego w warunkach tarcia technicznie suchego lub w warunkach smarowania, czyli zwiększenie odporności na zużycie elementów skojarzenia oraz zmniejszenie wartości współczynnika tarcia, poprzez podwyższenie zawartości związków o bardzo dobrych właściwościach smarowych w strukturze warstwy powierzchniowej.

Metoda została oparta na zupełnie nowym podejściu do problematyki uszczelniania powłok tlenkowych i polega na wypełnieniu porów powłoki polimerem. W pierwszym etapie materiał (aluminium lub stop aluminium) poddaje się procesowi anodowania twardego, przeprowadzanego znanym sposobem w elektrolicie jedno- lub wieloskładnikowym; następnie materia! poddaje się, w procesie napylania próżniowego, modyfikacji polegającej na wprowadzeniu węgla w pory powłoki tlenkowej oraz wytworzeniu warstwy węglowej na jej powierzchni.

Korzyści z zastosowania wynalazku

1. Całkowite uszczelnienie powłoki tlenku aluminium.
Przedstawiana metoda uszczelniania powłok tlenkowych na aluminium i jego stopach, które wytworzone zostały w procesie anodowania twardego, przeprowadzonego w elektrolicie jedno lub wieloskładnikowym np. w postaci 8%-owego kwasu szczawiowego lub 18%-owego kwasu siarkowego, przy gęstości prądowej 0,5 - 3 A/dm2 oraz temperaturze kąpieli 273 - 301 K, w czasie 0,5 - 6 h, charakteryzuje się tym, że pory powłoki tlenku aluminium w procesie odpowiedniej, innowacyjnej obróbki chemiczno-termicznej wypełnia się całkowicie lub częściowo polimerem. W efekcie powstaje ciemna, termoutwardzalna żywica furanowa (prowadzi to do otrzymania czarnego usieciowionego materiału), która całkowicie uszczelnia powłokę.
2. Możliwość zastosowania różnych elektrolitów w procesie anodowania.
Sposób uszczelniania powłoki według wynalazku można stosować do tlenku aluminium i jego stopów uzyskiwanych w wyniku anodowania przy zastosowaniu różnych elektrolitów, a uzyskany efekt jest zawsze ten sam, bowiem powłoka zostaje praktycznie w 100% uszczelniona polimerem.
3. Zabezpieczenie elementu uszczelnianego materiału przed odkształceniem termicznym, plastycznym i zmianami struktury materiału.
Opisywany sposób uszczelniania powłoki tlenkowej odbywa się w temperaturze poniżej 373 K, co zabezpiecza element uszczelniany materiału przed odkształceniem termicznym, plastycznym i zmianami struktury materiału.

Potencjał komercjalizacyjny

Powłoki tlenkowe na aluminium i jego stopach, uszczelnione według proponowanego wynalazku, dzięki zawartości w strukturze polimeru o bardzo dobrych właściwościach smarowych, mogą być zastosowane w przemyśle maszynowym, w procesie tłoczenia profili aluminiowych, a w szczególności w tribologii jako warstwy powierzchniowe części maszyn przeznaczonych do współpracy ślizgowej - zarówno do skojarzeń ślizgowych z tworzywami polimerowymi w warunkach tarcia technicznie suchego, jak i w warunkach smarowania. Ponadto powłoki te skutecznie wpływają na jakość materiału zabezpieczając go przed działaniem substancji korozyjnych (kwasy, zasady).