СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК C23C26/00 C23C18/38 

Изобретение относится к нанесению антифрикционных покрытий натиранием, в частности к составам для нанесения покрытий в виде тонкой пленки меди на поверхности трения в машиностроительной, металлообрабатывающей и др. промышленности.

Известный состав содержит глицерин, соляную кислоту, воду, трилон Б (динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты). Все компоненты взяты в соотношении, вес.

Трилон Б 50 30
Соляная кислота (35% раствор) 5 7
Вода 5 20
Глицерин Остальное (1)
Данный состав не позволяет получить медное защитное покрытие на обрабатываемых деталях, т.к. является подготовительным составом для дальнейшей обработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав, содержащий глицериновый раствор хлорида меди (80 100 г/л) с добавкой органической кислоты (50 100 г/л) (трихлоруксусной или лимонной) и воду (остальное) (2).

Недостатком состава-прототипа являются недостаточные антикоррозийные свойства из-за отсутствия антикоррозийных добавок. Недостатком является также большая скорость осаждения медного покрытия.

Целью предлагаемого состава является улучшение качества медного покрытия за счет использования тетрафторбората меди активного восстановителя меди из раствора. Целью является также улучшение антифрикционных свойств покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что состав для финишной антифрикционной, безабразивной обработки содержит следующие компоненты, мас.

Глицерин 1,0 4,0
Тетрафторборат меди 0,3 0,7
Трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,1 1,0
Двухромовокислый калий 0,05 0,1
Ортофосфорная кислота 0,1 0,2
Вода Остальное
Предложенные составы с различными соотношениями компонентов готовили следующим образом. Отмеренное количество каждого из компонентов в соответствии с конкретным составом растворяли при комнатной температуре в обычной технической воде.

В процессе механического трения (фрикционной обработки) обрабатываемой поверхности при небольших удельных нагрузках за счет восстановления содержащегося в рабочей среде галогенида наносимого металла тетрафторбората меди образуется сервовитная пленка меди. Тетрафторборат меди является активным восстановителем меди из раствора на металлическую поверхность.

Для повышения растворимости тетрафторбората меди в раствор вводится трехзамещенный натрий лимоннокислый, который одновременно снижает интенсивность износа деталей. Активизация или замедление процесса происходит благодаря введению в состав двухромовокислого калия, одновременно являющегося антикоррозийным компонентом. Поверхностно-активным веществом является глицерин, продукт его химических реакций в зоне фрикционной обработки при получении металлоплакирующего покрытия снижает коэффициент трения. Дополнительно введенный компонент ортофосфорной кислоты ускоряет образование металлоплакирующей пленки на высоколегированных сталях, также повышает антикоррозийные свойства сервовитной пленки. Ниже приводятся конкретно примеры реализации предложения.

Пример 1.

Приготовили состав со следующим содержанием компонентов, мас. глицерин 1,0, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, двухромовокислый калий 0,07, ортофосфорная кислота 0,15, вода остальное. После полного растворения полученный состав наносится на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность трением об фетр при скорости скольжения, равной 5 м/с, и удельном давлении 1,5 МПа в течение 60 сек.

Покрытие, получаемое из этого раствора, ровное, золотистого цвета, без окисных разводов, толщина пленки 0,5 мкм (см. таблицу).

Пример 2.

Приготовили состав со следующим содержанием компонентов, мас. глицерин 4,0, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, двухромовокислый калий 0,07, ортофосфорная кислота 0,15, вода остальное. После полного растворения полученный состав наносится на стальную обезжиренную поверхность трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПа в течение 40 сек.

Покрытие, получаемое из этого состава, ровное, золотистого цвета, без окисных разводов, толщина пленки 0,5 мкм.

Пример 3.

Приготовили состав со следующим содержанием компонентов, мас. глицерин 2,5, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, двухромовокислый калий 0,07, ортофосфорная кислота 0,15, вода остальное.

После полного растворения полученный состав наносится на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПА в течение 50 сек.

Покрытие, получаемое из этого раствора, ровное, золотистого цвета, без окисных разводов, толщина пленки 0,5 мкм.

При концентрации глицерина в составе меньше 1,0 мас. его свойства как поверхностно-активного вещества не проявляются, а значение более 4,0 мас. не обеспечивает дополнительного снижения коэффициента трения и времени приработки и ведет к завышенному расходу компонента.

Таким образом, интервал концентрации 1,0 4,0 мас. глицерина является оптимальным для данного состава.

Пример 4.

Приготовили состав со следующим содержанием компонентов, мас. тетрафторборат меди 0,3, глицерин 2,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, двухромовокислый калий 0,07, ортофосфорная кислота 0,15, вода - остальное.

После полного растворения полученный состав наносится на стальную цилиндрическую поверхность трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПа в течение 50 сек.

Покрытие, получаемое из этого раствора, ровное, золотистого цвета, без окисных разводов, толщина пленки 0,6 мкм.

Пример 5.

Приготовили состав со следующим содержанием компонентов, мас. тетрафторборат меди 0,7, глицерин 2,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, двухромовокислый калий 0,07, ортофосфорная кислота 0,15, вода остальное.

После полного растворения полученный состав наносится на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПа в течение 35 сек.

Покрытие, получаемое из этого состава, ровное, без окисных разводов, золотистого цвета, толщина пленки 0,7 мкм.

При концентрации в составе тетрафторбората меньше 0,3 мас. увеличивается технологическое время нанесения пленки, что нецелесообразно, а концентрация более 0,7 мас. способствует самопроизвольному выпадению меди, что неприемлемо для триботехнических свойств металлоплакирующей пленки.

Таким образом, интервал концентрации от 0,3 ^oC 0,7 мас. тетрафторбората меди является оптимальным для данного состава.

Пример 6.

Приготовили состав со следующим содержанием компонентов, мас. глицерин 2,5, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,1, двухромовокислый калий 0,07, ортофосфорная кислота 1,15, вода остальное.

После полного растворения полученный состав наносится на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПа в течение 55 сек.

Покрытие, получаемое из этого состава, ровное, без окисных разводов, золотистого цвета, толщина пленки 0,5 мкм.

Пример 7.

Приготовили состав со следующим содержанием компонентов, мас. трехзамещенный натрий лимоннокислый 1,0, глицерин 2,5, тетрафторборат меди 0,5, двухромовокислый калий 0,07, ортофосфорная кислота 0,15.

После полного растворения полученный состав наносится на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПа в течение 60 сек.

При содержании в составе трехзамещенного натрия лимоннокислого меньше 0,1 мас. его действия не повышают растворимость соли меди, и пленка плохо противостоит износу, при увеличении концентрации этого компонента более 1,0 мас. растворимость соли меди остается на прежнем уровне и наблюдается значительное увеличение коэффициента трения.

Таким образом интервал концентрации 0,1 1,0 мас. трехзамещенного натрия лимоннокислого является оптимальным для данного состава.

Пример 8.

Приготовили состав со следующим содержанием компонентов, мас. двухромовокислый калий 0,05, глицерин 2,5, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, ортофосфорная кислота 0,15, вода остальное.

После полного растворения полученный состав подавался в зону фрикционного контакта на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПа в течение 30 сек, получалось медьсодержащее покрытие.

Покрытие, получаемое из этого состава, ровное, без окисных разводов, золотистого цвета, толщина пленки 0,5 мкм.

Пример 9.

Приготовили состав из следующих компонентов, мас. двухромовокислый калий 0,1, глицерин 2,5, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, ортофосфорная кислота 0,15, вода остальное.

После полного растворения полученный состав подавался в зону фрикционного контакта на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность и трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПа в течение 55 сек получалось медьсодержащее покрытие.

Покрытие, полученное из этого состава, ровное, без окисных разводов, золотистого цвета, толщина пленки 0,5 мкм.

Применение составов с содержанием двухромовокислого калия меньше 0,05 мас. нецелесообразно, так как его регулирующие и антикоррозийные свойства малоэффективны, а при концентрации более 0,1 мас. резко увеличивается технологическое время нанесения металлоплакирующей пленки.

Таким образом, интервал концентрации от 0,05 0,1 мас. двухромовокислого калия является оптимальным для данного состава.

Пример 10.

Приготовили состав из следующих компонентов, мас. ортофосфорная кислота 0,1, глицерин 2,5, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, двухромовокислый калий 0,07, вода остальное.

После полного растворения полученный состав подавался в зону фрикционного контакта на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность и трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек, удельном давлении 1,5 МПа в течение 50 сек получалось медьсодержащее покрытие.

Покрытие, полученное из этого состава, ровное, без окисных разводов, золотистого цвета, толщина пленки 0,5 мкм.

Пример 11.

Готовим состав из следующих компонентов, мас. ортофосфорная кислота 0,2, глицерин 2,5, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,6, двухромовокислый калий 0,07, вода остальное.

После полного растворения полученный состав подавался в зону фрикционного контакта на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность и трением об фетр при скорости скольжения 5 м/сек, удельном давлении 1,5 МПа в течение 30 сек получалось медьсодержащее покрытие.

Покрытие, полученное из этого состава, ровное, без окисных разводов, золотистого цвета, толщина пленки 0,5 мкм.

Применение составов с содержанием ортофосфорной кислоты меньше 0,1 мас. малоэффективно, так как его регулирующие свойства не проявляются, а концентрация более 0,2 мас. вызывает самопроизвольное выпадение меди, что неприемлемо с триботехнической точки зрения.

Таким образом, интервал концентрации 0,1 0,2 мас. ортофосфорной кислоты является оптимальным для данного состава.

Пример 12.

Приготовили состав из следующих компонентов, мас. тетрафторборат меди 0,5, вода остальное. После растворения остается осадок, полученный состав подавался в зону фрикционного контакта на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность и при трении об фетр при скорости скольжения 5 м/сек и удельном давлении 1,5 МПа наблюдается самопроизвольное выпадение меди, покрытие темно-коричневого цвета, что говорит о наличии окиси меди, пленка стирается, что неприемлемо с триботехнической точки зрения.

Пример 13.

Приготовили состав из следующих компонентов, мас. тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,5, вода остальное.

После растворения и перемешивания компонентов осадка нет, полученный раствор подавался в зону фрикционного контакта на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность и при трении об фетр при скорости скольжения 5 м/сек, удельном давлении 1,5 МПа наблюдается самопроизвольное выпадение меди, покрытие темно-коричневого цвета с окисными разводами, пленка стирается, что неприемлемо с триботехнической точки зрения.

Пример 14.

Приготовили состав из следующих компонентов, мас. глицерин 2,5, тетрафторборат меди 0,5, трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,5, вода остальное.

После растворения осадка нет, полученный состав подавался в зону фрикционного контакта на стальную обезжиренную цилиндрическую поверхность и при трении об фетр при скорости скольжения 5 м/сек, удельном давлении 1,5 МПа наблюдается ускоренное выпадение меди и формирование медной пленки, на высоколегированной стали пленки нет. Сформированная пленка неоднородная, с окисными разводами, что неприемлемо с триботехнической точки зрения.

Изобретение может быть использовано в машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности для повышения срока службы пар трения. Сущность: состав для получения антифрикционного покрытия на стальной поверхности содержит, мас.%: тетрафторборат меди 0,3 - 0,7; глицерин 1,0 - 4,0; трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,1 - 1,0; двухромовокислый калий 0,05 - 0,1; ортофосфорная кислота 0,1 - 0,1 и вода остальное. 1 табл.

Состав для получения антифрикционных покрытий на поверхности стальных изделий, включающий соль меди, глицерин, цитратсодержащее соединение и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит двухромовокислый калий и фосфорную кислоту, а в качестве соли меди и цитратсодержащего соединения - соответственно тетрафторборат меди и трехзамещенный натрий лимоннокислый при следующем соотношении компонентов, мас.

Тетрафторборат меди 0,3 0,7
Глицерин 1,0 4,0
Трехзамещенный натрий лимоннокислый 0,1 1,0
Двухромовокислый калий 0,05 0,1
Ортофосфорная кислота 0,1 0,2
Вода Остальное