СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗА И ЕГО СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C25D3/20 C25D5/18 

Изобретение относится к электрохимическим способам нанесения металлических покрытий и может быть использовано в промышленности как для восстановления изношенных деталей, так и для обработки готовых изделий с целью придания им требуемых свойств: повышенной твердости и износоустойчивости, определенных электромагнитных характеристик и т.п.

Для проведения процесса нанесения покрытия на основе железа (железнение, отслаивание) электрохимическими методами обычно используют постоянный ток, а в качестве электролита хлористые или сернокислые соединения [1] Наиболее распространены способы получения покрытий из горячих хлористых электролитов на постоянном токе, а в качестве добавок, связывающих ионы трехвалентного железа и стабилизирующих электролит, используют аскорбиновую кислоту [2] йодистый калий [3] или другие вещества, образующие комплексные ионы с трехвалентным железом.

Процесс электроосаждения при нестационарных режимах электролиза (переменный ток с неполным выпрямлением, реверсированный, однополупериодный, импульсный, пульсирующий) ведет к увеличению производительности и возможности в широком интервале изменять физико-химические свойства гальванических покрытий [4] Использование переменного асимметричного тока способствует получению более плотных и мелкозернистых покрытий, позволяет повысить верхний предел рабочей плотности тока для получения совершенного по структуре покрытия.

По известному способу процесс электроосаждения пленки железо-никелевого сплава ведут переменным током, наложенным на постоянный с целью предотвращения роста рН в приэлектродном слое электролита, что очень важно при осаждении металлов группы железа. Частота, амплитуда и соотношение значений составляющих переменного и постоянного токов влияют на состав и качество осажденного покрытия. Способ [5] выбранный в качестве прототипа, включает железнение образцов при комнатной температуре в хлористых электролитах по многоступенчатой схеме обработки переменным током промышленной частоты, затем постоянным. Известный способ реализуется следующим образом: обрабатываемые детали завешиваются в ванну для железнения с электролитом, содержащим хлорид железа и никеля, и выдерживаются без тока 15-20 с. После этого в течение 5-10 с ведется обработка переменным током промышленной частоты плотностью 25 А/дм², а затем асимметричным током, получаемым постепенным, в течение 2-3 мин снижением анодной составляющей тока к катодной до отношения 1: 20, после чего проводится осаждение постоянным током с плотностью 20-40 А/дм² до получения покрытия заданного размера.

При всем разнообразии известных способов железнения ни один из них, включая и прототипы, не обеспечивает требуемых на настоящий момент времени таких характеристик как высокая производительность процесса, простота технологического оснащения и доступность простых растворов электролитов без легирующих добавок для получения качественного покрытия.

Предлагаемый способ нанесения покрытия включает, как и прототип, осаждение из растворов электролитов на основе солей двухвалентного железа переменным асимметричным током, однако в отличие от него, процесс нанесения покрытия полностью проводят на переменном асимметричном токе с частотой 720-850 Гц.

Многочисленными исследованиями подтверждается интенсификация процесса электроосаждения на переменном асимметричном токе. Получение качественных во всех отношениях покрытий происходит благодаря выравниванию концентрации катионов в приэлектродном слое и во всем объеме электролита за счет периодического анодного растворения, что позволяет повысить верхний предел рабочей плотности тока и увеличить скорость электролиза.

Экспериментальными исследованиями было показано, что микротвердость покрытия превышает в 1,4 раза микротвердость образцов, обработанных по способу-прототипу. Были проведены различные токовые режимы: диапазон частот переменного асимметричного тока 50-1000 Гц; плотность тока и соотношение катодной составляющей тока к анодной, а также электролиты (сернокислые, хлористые) и сделано заключение о том, что в диапазоне частот 720-850 Гц при различных значениях других характеристик процесса наблюдается улучшение физико-механических свойств покрытия по сравнению с известными способами. Значение плотности тока, протекающего через электролит, зависит от его состава, от концентрации соли выделяемого металла и ионов водорода, а также от температуры раствора. Чем выше концентрация, тем выше допустимая плотность тока.

Экспериментально показано, что в пределах указанных значений частоты тока при отношении катодной составляющей к анодной 1_к:1_a 9:1 покрытия из железа имеют блестящий вид, мелкокристаллическую структуру, обусловленную упорядоченным ростом кристаллов в направлении, параллельном плоскости электрода, а твердость покрытия достигает значения 810 кг/мм².

В качестве конкретного примера реализации предложенного способа рассмотрим процесс обработки образцов из малоуглеродистой стали. Образец после обезжиривания и электрохимического травления в подкисленном растворе хлорного железа помещают в электролитическую ванну с электролитом, содержащим, г/л: FeSO₄ 200; NaCl 50; H₂SO₄ 1-2; гликол 0,3. Затем плавно, со скоростью 0,1 А/мин, подают на электроды переменный асимметричный ток. В качестве электродов использовали плоские диски из стали-3, обратная сторона которых, как и стержень подвески, покрыта изоляционным материалом. Осаждение проводили при комнатной температуре, плотности тока 10 А/дм² при отношении катодной к анодной составляющей тока, равной 9:1, на частоте 800 Гц в течение 30 мин.

Проверку качества покрытия осуществляли путем измерения микротвердости на специальном приборе ПМТ-3 по ГОСТу 9450-60, а также фотографированием состояния поверхности покрытия на металлографическом микроскопе МИМ-7. По сравнению с исходным образцом с твердостью в 131 единицу, твердость полученного покрытия составила 786 кг/мм², т.е. превышает исходную в 6 раз. Для сравнения приведем данные, полученные при использовании в процессе тока промышленной частоты: увеличение микротвердости по сравнению с исходной наблюдалось примерно в 3 раза.

Установка для осуществления предлагаемого способа включает в себя стандартные узлы: электролитическую ванну, низкочастотный генератор, усилитель мощности, устройство для формирования сигнала асимметричной формы и измерительные приборы.

Таким образом, предлагаемый способ прост в реализации и позволяет получать покрытия с физико-механическими свойствами, требующимися для конкретного изделия изменением частоты переменного асимметричного тока. С использованием тех же приемов можно осуществлять электрохимическое травление изделий перед их железнением.

Изобретение относится к электрохимической технологии получения покрытий, в частности к способам нанесения покрытия из железа и его сплавов, и может быть использовано как для восстановления изношенных деталей, так и для обработки готовых изделий. Способ заключается в обработке изделий в электролите на основе солей железа переменным асимметричным током частотой 720 850 Гц.

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗА И ЕГО СПЛАВОВ путем электролитического осаждения из водных растворов электролитов на основе двухвалентных солей железа на переменном асимметричном токе, отличающийся тем, что осаждение ведут на частоте тока 720 850 Гц.