СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗНЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C25D3/20 C25D5/00 

Изобретение относится к гальваническим (гальваностегическим и гальванопластическим) процессам, в которых ионов металла сопровождается разрядом ионов водорода и его адсорбцией на катодной поверхности. Данные процессы находят широкое применение в промышленности. Так, например, в различных отраслях народного хозяйства и особенно на транспорте эффективно используется способ "твердое осталивание", основанный на электролизе железа из хлористых электролитов различных по химсоставу и температуре.

Известен способ электролитического железнения из "холодных" (20-35^oC) хлористых электролитов с использованием тока переменной полярности.

Недостатками данного способа являются:
низкая прочность сцепления формируемых покрытий с основным металлом;
низкая прочность самих покрытий, обуславливаемая их большой трещиноватостью и слоистостью, которая образуется за счет послойного включения в покрытие гидроксида железа, образующегося в результате обширных адсорбционных процессов водорода на поверхности металла (фиг. 1);
при формировании достаточно толстых слоев металла (более 0,5 мм на сторону) поверхность покрытия отличается грубой, бугорчатой формой, что делает их малопригодными для восстановления (упрочнения) деталей. Главной причиной формирования таких покрытий также являются процессы адсорбции на катодной поверхности газообразного водорода.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату и технической сущности является способ электролитического железнения из горячих (70 - 80^oC) хлористых электролитов железнения [2] Высокая температура способствует частичной десорбции с покрываемой поверхности твердых частиц гидроксида и газовой фракции.

Однако недостатками данного способа являются:
недостаточная эффективность процессов десорбции водорода и других образований с катодной поверхности, приводящая к получению грубых, неровных покрытий за счет питтинга и дендритообразования, особенно при повышенных плотностях тока;
ухудшение условий труда обслуживающего персонала, из-за попадания в окружающую среду различных газовыделений.

Цель изобретения разработка нового способа формирования покрытий электролитического железа из электролитов с пониженной температурой (меньше 80^oC), обладающих структурой и свойствами металлопокрытий, получаемых из "горячих" хлористых электролитов, но с более гладкими чистыми покрытиями (отсутствие на поверхности питтинга и дендритообразований), улучшение условий труда и снижение уровня загрязнения окружающей среды.

Цель достигается тем, что электролитическое железнение при нагретом электролите ведут в разреженной атмосфере, степень разреженности которой выбирают в зависимости от температуры электролита, причем чем выше температура, тем меньше степень разреженности. Ведение процесса в разреженной среде свидетельствует о соответствии предполагаемого решения критерию "новизна"; анализ существующих в настоящее время конструкторских и технических решений в гальваностегии выявил, что создание вакуума при осаждении металлов для достижения указанной цели не используется, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Для иллюстрации предлагаемого способа представлены фотографии. На фиг. 1, 3, и 5 показана структура образцов полученных без создания над зеркалом электролита разрежения при температуре электролита, соответственно 35, 55 и 70^o рабочая плотность тока на всех образцах составляла Д_к 20 А/дм². На фиг. 2, 4 и 6 показана структура образцов полученных при тех же температурах электролита и плотности тока, но с созданием разрежения над зеркалом электролита, т.е. на фиг. 2 структура образца, полученного при температуре электролита 35^oC, плотности тока 20 А/дм² и разряженности 90 95% на фиг. 4 структура образца полученная при температуре электролита 55^o, плотности тока 20 А/дм² и разреженности 80 85% и на фиг. 6 структура образца полученного при температуре электролита 70^oC, плотности тока 20 А/дм² и разряженности 65 70%
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Подготовленную деталь (подготовка осуществляется в соответствии с типовым технологическим процессом железнения 121) помещается в ванну с крышкой, обеспечивающей создание разрежения над поверхностью электролита. Для улучшения свойств железных металлопокрытий их электролиз ведут при указанных выше температурах и разрежениях. Степень разрежения в зависимости от температуры определяется в начальной стадии железнения, критерием является вспенивание, закипание электролита, после чего откачное оборудование отключается. В дальнейшем процесс железнения ведут при заданной температуре и полученной разреженности. Таким образом, получена зависимость степени разреженности от температуры (чем температура электролита, тем ниже степень разреженности). Представленные на фиг. 2, 4 и 6 покрытия выгодно отличаются по контролируемым параметрам (слои и трещины) от покрытий, представленных на фиг. 1, 3 и 5.

Реализация предполагаемого способа позволяет исключить такой негативный фактор как слоистость покрытий и снизить частоту микротрещин, которые также являются разупрочняющим фактором для покрытия. Кроме того, следует отметить, что одновременно при реализации предлагаемой разработки значительно улучшается экологическая обстановка для людей, оборудования и окружающей среды, улучшаются условия труда с позиции сохранности оборудования.

Реализация разработок обеспечит повышение эксплуатационных свойств покрытий в силу улучшения их физико-механических свойств (снижение слоистости, уменьшения инородных включений, большей монолитности металла и более высоких прочностных качеств). Формирование в новых условиях покрытий с более гладкой поверхностью (уменьшение дендритов и питтинга) дает возможность формировать вторичную заготовку с минимальным припуском при последующей механической обработке.

Литература
1. Эпштейн А. А. Фрейдман А.С. Восстановление деталей машин холодным гальваническим железнением. Киев: Техника, 1981, с. 120.

2. Мелков М.П. Твердое осталивание автотракторных деталей. М. Автотрансиздат, 1962, с. 271.

Изобретение относится к гальваническим (гальваностегических и гальванопластическим) процессам, в частности к процессам электролитического железнения, и может быть использовано для восстановления и упрочения деталей машин и аппаратов и в других технологических процессах. Способ электролитического железнения включает осаждения при нагретом электролите в разреженной атмосфере, степень разреженности которой выбирают в зависимости от температуры электролита, при этом чем выше температура, тем ниже степень разреженности. Способ позволяет формировать покрытия из электролитов с пониженной температурой (меньше 80^oC), обладающих структурой и свойствами покрытий, полученных из "горячих" электролитов, при отсутствии питтинга и дендритообразований и улучшить условия труда. 6 ил.

Способ электролитического железнения в нагретом электролите, отличающийся тем, что осаждение покрытия ведут в разреженной атмосфере, степень разреженности которой выбирают в зависимости от температуры электролита, при этом чем выше температура, тем ниже степень разреженности.