СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛЯХ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1997 года по МПК C25D5/14 C25D5/44 

Описание патента на изобретение RU2100489C1

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам нанесения покрытий на детали из алюминиевых сплавов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в авиационной технике.

Известен способ получения износостойкого хромового покрытия, включающий двухслойное осаждение хрома, при этом первый слой хрома осаждают при 16-23oC [1] Этот способ предназначен для хромирования стальных деталей.

Известен также способ получения хромового покрытия, включающий осаждение первого слоя их тетрахроматного электролита при комнатной температуре, а второго слоя из стандартного электролита [2] Этот способ предназначен также для хромирования мерительного инструмента, изготовленного из различных марок стали.

Наиболее близким по технической сущности является способ нанесения покрытия на детали из алюминиевых сплавов, включающий двухкратное контактное осаждение промежуточного металлического слоя, в том числе и никелевого слоя с последующим и промежуточным удалением этого слоя, нанесение хромового покрытия и термообработку при 180-200oC [3]
Недостатком известных способов является то, что хромовые покрытия имеют недостаточное сцепление с основой.

Для повышения прочности сцепления покрытия в способе нанесения покрытия на детали из алюминиевых сплавов, заключающемся в двухкратном осаждении контактного никеля из раствора, содержащего хлористый никель, борную и плавиковую кислоты, с промежуточным и последующим удалением никеля, износостойкого хромирования и термообработке, перед износостойким хромированием наносят подслой хрома при 10-25oC, а после износостойкого хромирования проводят термообработку при 120-250oC.

Осаждение контактного никеля проводят из раствора, содержащего никель, плавиковую и ортофосфорную кислоты.

Нанесение подслоя хрома из холодного электролита (тетрахроматного, стандартного и др.) при температуре хромирования 10-25oC перед нанесением износостойкого хрома позволяет резко повысить прочность сцепления покрытия с основной.

В результате создаются условия для осаждения хромовых покрытий толщиной 300 мкм и более, пригодных для восстановления изношенных деталей.

Хромирование ниже температуры 10oC нецелесообразно, так как в этом случае необходимо интенсивное и длительное осаждение электролита.

Повышение температуры выше 25oC резко ухудшает свойства подслоя (увеличиваются внутренние напряжения и пористость), в результате чего понижается прочность сцепления хрома с основой.

Улучшение прочности сцепления хрома с основой наиболее сильно проявляется при определенном сочетании плотности тока и толщины осаждаемого подслоя, которые установлены в результате проведенных исследований (примеры 5-10).

Последующая термообработка при 120-250oC после нанесения износостойкого хрома способствует снижению внутренних напряжений в хромовом покрытии и несколько увеличивает их прочность сцепления с основой.

Следует также отметить, что указанная в прототипе термообработка при 180-200oC исключает применение этого способа для алюминиевых сплавов Д1, Д16, АМГ6, В95 и др. так как температура старения этих сплавов, которая определяет их прочностные характеристики и коррозионную стойкость, равна 120oC.

Таким образом, технический эффект, а именно: повышение прочности сцепления хромовых покрытий с основой, достигается за счет совокупности всех существенных признаков, отраженных в формуле изобретения.

Следует также отметить, что предлагаемый способ разработан для восстановления деталей авиационной техники из алюминиевых сплавов.

Пример 1. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот в соотношении 3:1 по объему. Контактное осаждение никеля проводили в растворе следующего состава, г/л:
Никель хлористый 650
Борная кислота 35
Фтористоводородная кислота (40%-ная) 15
Режим: температура раствора 20-25oC, продолжительность обработки 1 мин.

После промывки в холодной воде слой контактного никеля удаляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 3:1 по объему). Повторное осаждение контактного никеля в приведенном выше растворе проводили после тщательной промывки деталей в воде. Повторное удаление слоя контактного никеля проводили в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот в соотношении 3:1 по объему.

Хромирование деталей после тщательной промывки в холодной воде проводили в стандартном электролите при температуре равной 55oC и хромирование начинали при ik 85 А/дм2 в течение 5 мин и затем плотность тока снизили до номинальной 50 А/дм2. Толщина хрома 300 мкм. Прочность сцепления покрытия с основой проверяли количественно.

Количественно прочность сцепления покрытия с основой определяли по методу сдвига. Испытания проводили на специальных цилиндрических образцах-свидетелях (диаметр 12 мм, L 40 мм) из алюминиевого сплава АК-4. На образцы наносили многослойное покрытие, как описано выше, и в покрытии нарезали 5-6 поясков высотой 1-2 мм. Образцы испытывали на машине 1231-У10. Образец с пояском покрытия устанавливали в матрицу. В момент сдвига пояска покрытия фиксировали значение нагрузок с точностью до 40 Н. Усилие сдвига определяли 6-8 раз. Расчет величины прочности сцепления проводили по формуле:

где P нагрузка, Н;
d диаметр образца, мм;
h высота пояска, мм.

Прочность сцепления покрытия с алюминиевым сплавом АК-4 равняется 105 МПа.

Пример 2. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 3:1 по объему). Контактное осаждение никеля проводили в растворе следующего состава, мас.

Хлористый никель 20
Ортофосфорная кислота (85%-ная) 10
Фтористоводородная кислота (49%-ная) 3
Вода 67
Режим температуры раствора 20-25oC, продолжительность обработки - 10 с.

После промывки в холодной воде слой контактного никеля удаляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот в отношении 3:1 по объему. Повторное осаждение контактного никеля в приведенном выше растворе проводили после тщательной промывки деталей в проточной воде. Повторное удаление слоя контактного никеля проводили в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 1:2 по объему). Износостойкое хромирование и определение прочности сцепления покрытия с основой проводили, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия с алюминиевым сплавом АК-4 равняется 70 МПа.

Пример 3.Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля и хромировали как описано в примере 1. Прочность сцепления с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 100 МПа.

Пример 4. Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля и хромировали как описано в примере 2. Прочность сцепления покрытия с основой определяли как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 68 МПа.

Пример 5. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 3:1 по объему). Контактное осаждение никеля проводили в растворе следующего состава, мас.

Ортофосфорная кислота (85%-ная) 10
Фтористоводородная кислота (48%-ная) 3
Никель хлористый 20
Вода 67
Режим: температура раствора 20-25oC, продолжительность 10 с.

После промывки в холодной воде слой контактного никеля удаляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 3:1 к объему). Повторное осаждение контактного никеля в приведенном выше растворе проводили после тщательной промывки деталей в воде. Повторное удаление слоя контактного никеля проводили в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношение 3:1 по объему).

Хромирование деталей после тщательной промывки в холодной воде проводили в электролите следующего состава, г/л:
Хромовый ангидрид 400
Натр едкий 40
Кислота серная 2,1
Хром трехвалентный (в пересчете на C2O3) 10
Режим: температура электролита 18oC, плотность тока 20 а/дм2, продолжительность хромирования 40 мин.

После нанесения подслоя хрома из тетрахроматного электролита детали хромировали в стандартном электролите при 55oC и плотности тока ik 50 А/дм2. Толщина хрома 300 мкм. После хромирования проводили термообработку деталей в электропечи при 200oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с алюминиевым сплавом АК-4 равняется 135 МПа.

Пример 6. Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 5. Прочность сцепления покрытия с основой определяли как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 250 МПа.

Пример 7. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали как описано в примере 5, за исключением продолжительности осаждения контактного никеля, которая составляла 15 с. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-4 равняется 175 МПа.

Пример 8. Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой, подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 7. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 235 МПа.

Пример 9. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1, и осаждали подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 5. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-4 равняется 204 МПа.

Пример 10. Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1, осаждали подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 5. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 270 МПа.

Пример 11. Детали из алюминиевого сплава Д-1 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в азотной кислоте (1:1). Контактное осаждение никеля проводили в растворе следующего состава, мас.

Ортофосфорная кислота (85%-ная) 10
Фтористоводородная кислота (48%-ная) 3
Никель хлористый 20
Вода 67
Режим: температура раствора 20-25oC, продолжительность 10 с.

После промывки в холодной воде слой контактного никеля удаляли в концентрированной азотной кислоте (плотность 1,35). Повторное осаждение контактного никеля в приведенном выше растворе проводили после тщательной промывки деталей в воде. Повторное удаление слоя контактного никеля проводили в концентрированной азотной кислоте. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита, хромирование и термообработку проводили, как описано в примере 5. Термообработку проводили при 120oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равняется 110 МПа.

Пример 12. Детали из алюминиевого сплава Д-1 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в азотной кислоте (1:1), осаждали на них контактный слой никеля и хромировали, как описано в примере 1. Термообработку проводили при 120oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равняется 66 МПа.

Пример 13. Детали из алюминиевого сплава Д-1 и Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 11, за исключением продолжительности осаждения контактного слоя никеля, которая составляла 15 с. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5. Термообработку деталей из сплава Д-1 и Д-16 проводили соответственно при 120oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равняется 143 МПа, а со сплавом Д-16 167 МПа.

Пример 14. Детали из алюминиевых сплавов Д-1 и Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 13. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5, за исключением температуры тетрахроматного электролита, которая составляла 5oC. Термообработку деталей из сплавов Д-1 и Д-16 проводили при 120oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления хромового покрытия со сплавом Д-1 равняется 145 МПа, а со сплавом Д-16 165 МПа.

Пример 15. Детали из алюминиевых сплавов Д-1 и Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 13. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5, за исключением температуры тетрахроматного электролита, которая составляла 30oC. Термообработку деталей проводили из сплавов Д-1 и Д-16 при 120oC в течение 3 ч. Прочность сцепления с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления хромового покрытия со сплавом Д-1 равняется 36 МПа, а со сплавом Д-16 34 МПа.

Пример 16. Детали из алюминиевых сплавов АК-4 и АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5, за исключением температуры тетрахроматного электролита, которая составляла 5oC. Термообработку деталей из сплавов АК-4 и АК-6 проводили при 200oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-4 равняется 200 МПа, а со сплавом АК-6 275 МПа.

Пример 17. Детали из алюминиевых сплавов АК-4 и АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5, за исключением температуры тетрахроматного электролита, которая составляла 30oC. Термообработку деталей из сплавов АК-4 и АК-6 проводили при 200oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-4 равняется 80 МПа, а со сплавом АК-6 93 МПа.

Указанная в материалах заявки температура термообработки является верхним пределом (для сплавов Д-1, Д-16 120oC, для сплавов АК-4, АК-6 - 210-250oC), при котором не происходит снижения коррозионной стойкости алюминиевых сплавов. Поэтому определение прочности сцепления хрома с основой после термообработки при температуре выше 250oC не проводили. Проведение термообработки при температуре ниже 120oC не эффективно, так как практически не снижаются внутренние напряжения в хроме, а прочность сцепления его с основой уменьшается.

Пример 18. Детали из алюминиевых сплавов Д-1 и Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 11, за исключением продолжительности осаждения контактного слоя никеля, которая составляла 15 с. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5. Термообработку деталей из сплавов Д-1 и Д-16 проводили при 110oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равняется 90 МПа, а со сплавом Д-16 105 МПа.

Пример 19. Детали из алюминиевого сплава Д-1 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1, и осаждали подслой хрома и тетрахроматного электролита при 20oC и плотности тока 10 А/дм2, продолжительность - 75 мин, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 11. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равна 225 МПа.

Пример 20. Детали из алюминиевого сплава Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1, и осаждали подслой хрома из тетрахроматного электролита при 20oC и плотности тока 10 А/дм2, продолжительность - 50 мин, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 11. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-16 равна 220 МПа.

Примеры 19 и 20 иллюстрируют определение оптимального режима нанесения подслоя для получения прочносцепленного покрытия с основой.

Использование изобретения позволяет повысить прочность сцепления покрытия с основной, что дает возможность применять алюминиевые сплавы в тяжелонагруженных узлах трения авиационной техники и уменьшить их массу, а также восстанавливать детали при ремонте авиационной технике, что особенно актуально в настоящее время.

Похожие патенты RU2100489C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ 1993
  • Рябой А.Я.
  • Вашенцева С.М.
  • Хатырева В.В.
  • Шлугер М.А.
  • Ховрин Е.В.
RU2103424C1
СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ КРЕМНИЯ 2014
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Семенычев Валентин Владимирович
  • Салахова Розалия Кабировна
  • Панарин Александр Витальевич
  • Тихообразов Андрей Борисович
RU2569199C1
Способ получения металлических покрытий на алюминии 1981
  • Ипатов Юрий Петрович
  • Белый Диамар Иванович
  • Ипатова Римма Сергеевна
  • Трубицына Маргарита Васильевна
SU1032047A1
СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ХРОМИРОВАНИЯ 2020
  • Котомчин Алексей Николаевич
  • Зорин Владимир Александрович
  • Синельников Анатолий Фёдорович
RU2762695C1
Способ нанесения электропроводного защитного покрытия на алюминиевые сплавы 2023
  • Дуюнова Виктория Александровна
  • Фомина Марина Александровна
  • Демин Семен Анатольевич
RU2817277C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ МАГНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ 1999
  • Кисляков Ю.В.
  • Осипов П.А.
  • Смирнова В.К.
  • Соловьев М.К.
RU2150534C1
Способ восстановления деталей из высокопрочных сталей 1986
  • Данилов Михаил Семенович
  • Рябой Айзик Яковлевич
  • Анисимова Нина Васильевна
SU1350180A2
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ 2019
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Никифоров Андрей Александрович
  • Закирова Лилия Ильдусовна
  • Демин Семен Анатольевич
RU2718794C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЦ ДЛЯ ЗАГОТОВОК ЭЛЕМЕНТОВ СВЕТООТРАЖАЮЩИХ СИСТЕМ 2013
  • Морозова Елена Витальевна
  • Канафеева Людмила Владимировна
  • Горячев Эдуард Юрьевич
  • Горелов Александр Михайлович
  • Санкин Евгений Владимирович
RU2525705C1
Способ подготовки алюминиевых сплавов перед серебрением 1980
  • Нагирный Виктор Михайлович
  • Луговая Валентина Александровна
  • Цыганенко Галина Александровна
SU931815A1

Реферат патента 1997 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛЯХ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам нанесения покрытий на детали из алюминиевых сплавов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в авиационной технике. Способ включает двухкратное осаждение контактного никеля из раствора, содержащего хлористый никель, борную и плавиковую кислоты, с промежуточным и последующим удалением никеля, нанесение подслоя хрома при 10-25oC, после чего производят износостойкое хромирование, с последующей термообработкой при 120-125oC.

Формула изобретения RU 2 100 489 C1

Способ получения покрытий на деталях из алюминиевых сплавов, заключающийся в двукратном осаждении контактного никеля из раствора, содержащего хлористый никель, борную и плавиковую кислоты, с промежуточным и последующим удалением никеля, износостойком хромировании и последующей термообработке, отличающийся тем, что перед износостойким хромированием наносят подслой хрома при 10 25oС, а после износостойкого хромирования проводят термообработку при 120 250oС.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2100489C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ХРОМИРОВАНИЯ 0
SU382758A1
Видоизменение пишущей машины для тюркско-арабского шрифта 1923
  • Мадьяров А.
  • Туганов Т.
SU25A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Гальванические покрытия в машиностроении
Справочник / Под ред
М.А.Шлугера
- М.: Машиностроение, 1985, с.147
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Стиральная доска 1922
  • Курныгин П.С.
SU1434A1
Покрытия гальванические и химические
Технологические процессы
Пишущая машина 1922
  • Блок-Блох Г.К.
SU37A1

RU 2 100 489 C1

Авторы

Рябой А.Я.

Вашенцева С.М.

Хатырева В.В.

Шлугер М.А.

Ховрин Е.В.

Даты

1997-12-27Публикация

1993-01-21Подача