ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ХРОМАЛМАЗНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1998 года по МПК C25D15/00 

Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий, в частности к электрохимическому хромированию, и может найти применение в различных областях промышленности для увеличения стойкости к истиранию деталей узлов и механизмов машин, обрабатывающего инструмента и как: следствие увеличения срока их службы.

Известен электролит для получения покрытий на основе хрома с повышенной износостойкостью (Бородин И.Н. Порошковая гальванотехника. - М.: Машиностроение, 1990, стр. 164-166). Данный электролит содержит в качестве дисперсной фазы окись циркония (ZrO₂).

Электролит имеет следующий состав, г/л:
Хромовый ангидрид (CrO₃) - 220-250
Серная кислота (H₂SO₄) - 2,2-2,5
Окись циркония (ZrO₂) - 10-25.

Недостатком известного состава электролита является недостаточная износостойкость полученных с их помощью покрытий.

Из известных наиболее близким по технической сущности является электролит для нанесения хром-алмазных покрытий, описанный в: Архипов А.И., Смогунов В. В. Серийная технология кластерной гальванотехники. - РЖ "Технический прогресс в атомной промышленности". Серия "Организация производства и прогрессивная технология в приборостроении", вып. 12, 1990, стр. 15-17.

Данный электролит содержит в качестве дисперсной фазы ультрадисперсные алмазы (УДА). Электролит имеет следующий состав, г/л:
Хромовый ангидрид (CrO₃) - 225-275
Калий кремнефтористый (K₂SiF₆) - 18-20
Барий сернокислый (BaSO₄) - 5-6
Кислота серная (H₂SO₄) - 0,25-0,75
Продукт УДА - 10-15.

Недостатком известного электролита является то, что технология получения УДА предусматривает их очистку. Для очистки УДА используют различные химические методы, основанные на использовании сильных окислителей (хромовая кислота, азотная кислота, серная кислота и т.п.), применение которых связано со сложным аппаратным оформлением. Такая технология получения УДА делает их дорогостоящими, а значит, и удорожает электролит с их применением и технологию получения хром-алмазных покрытий. Хром-алмазные покрытия, полученные с помощью данного электролита, недостаточно износостойки и коррозионностойки.

Целью изобретения является повышение износостойкости хром-алмазного покрытия и его коррозионной стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что в известный электролит для нанесения хром-алмазнхы покрытий, содержащий хромовый ангидрид, кислоту серную, калий кремнефтористый, барий сернокислый, вводят алмазосодержащую шихту при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид (CrO₃) - 225-275
Кислота серная (H₂SO₄) - 0,25-0,75
Калий кремнефтористый (K₂SiF₆) - 18-20
Барий сернокислый (BaSO₄) - 6-8
Алмазосодержащая шихта (в пересчете на УДА) - 5-15.

Для приготовления электролита используют шихту с содержанием УДА 40-60 мас. %. Введение в электролит дисперсной фазы в виде алмазосодержащей шихты позволяет существенно изменить структуру хром-алмазного покрытия, а именно происходит значительное ее изменение и совершенствование текстуры покрытия. Это в свою очередь повышает его износостойкость и коррозионную стойкость. При этом снижается нижний предел концентрации УДА в электролите, что позволяет уменьшить расход УДА, применять более дешевую алмазосодержащую шихту, удешевить стоимость электролита и уменьшить стоимость хром-алмазных покрытий.

Все существенные признаки заявляемого технического решения находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом и достаточны для его получения.

Для получения электролита были подготовлены пять растворов, содержащих, г/л: хромовый ангидрид (CrO₃) - 230, кислота серная (H₂SO₄) - 0,3, калий кремнефтористый (K₂SiF₆) - 19, барий сернокислый (BaSO₄) - 7 и отличающихся друг от друга содержанием алмазосодеращей шихты (в пересчете на УДА) в каждом растворе в количестве, г/л: 3, 5, 10, 15 и 20, а также раствор электролита по прототипу с аналогичным составом растворосодержащих. Количество УДА в электролите взято равным (г/л) 10.

Расчетное количество хромового ангидрида загружают в ванну и растворяют в воде, подогревают до 60-80^oC. После растворения хромового ангидрида добавляют в него 3/4 расчетного количества серной кислоты. Затем вводят расчетное количество кремнефтористого калия и сернокислого бария. После этого в электролит при температуре 55-60^oC небольшими порциями вводят алмазосодержащую шихту.

Электролит выдерживают при этой температуре 10-48 ч (в зависимости от содержания неалмазных форм углерода в шихте) до почти полного прекращения газовыделения. Электролит затем анализируют, установив действительное содержание хромового ангидрида и серной кислоты, дополнительно вводят недостающее их количество.

Для получения светлых блестящих покрытий электролит прорабатывают при плотности тока 40-50 А/дм². Корректировку электролита по алмазосодержащей шихте проводят, добавляя на каждые 100 г хромового ангидрида 4-6 г шихты.

Процесс осаждения проводили при температуре 55^oC и плотности тока 50 А/дм² на образцах из стали 30ХГСА при использовании электролита с УДА и электролита по изобретению.

Сравнительные испытания проводили на машине трения СМЦ-2 в условиях трения скольжения со смазкой, при нагрузке 98Н, скорости скольжения 1,15 м/с по схеме: вращающийся диск (контртело) - неподвижный диск с покрытием толщиной 15 мкм. В качестве контртела использовали стальной диск диаметром 180 мм, толщиной 0,5 мм, закаленный до твердости 50-55 НРС.

Коррозионную стойкость покрытия определяли методом погружения в 3% раствор хлористого натрия (NaCl) с последующим определением числа коррозионных поражений на 5 см² поверхности через 100 ч испытаний.

Если износостойкость нанесенного хром-алмазного покрытия по прототипу принять за единицу, то износостойкость нанесенного хром-алмзаного покрытия при использовании электролита, в состав которого введена алмазосодержащая шихта, в относительных единицах возрастает. Результаты испытаний приведены в таблице. В таблице проиллюстрированы результаты испытаний на коррозионную стойкость, подтверждающие рост коррозионной стойкости при применении электролита по заявленному техническому решению по отношению к прототипу.

Хром-алмазные покрытия, полученные с помощью электролита по предложенному техническому решению, обладают большей износостойкостью и коррозионной стойкостью по сравнению с выполненными при использовании электролита, содержащего чистый УДА. Кроме того, предложенный электролит позволяет за счет снижения уровня концентраций УДА в электролите уменьшить расход УДА, применять более дешевую алмазосодержащую шихту, что позволит удешевить электролит и уменьшить стоимость хром-алмазных покрытий.

Сущность изобретения: в электролит для нанесения хром-алмазных покрытий, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, кремнефтористый калий и сернокислый барий, введена алмазосодержащая шихта, в которую могут входить ультрадисперсные алмазы в количестве 40 - 60 мас.%. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Электролит для нанесения хром-алмазных покрытий, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, кремнефтористый калий и сернокислый барий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алмазосодержащую шихту при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид - 222 - 275
Серная кислота - 0,25 - 0,75
Кремнефтористый калий - 18 - 20
Сернокислый барий - 6 - 8
Алмазосодержащая шихта (в пересчете на ультрадисперсные алмазы) - 5 - 15
2. Электролит по п.1, отличающийся тем, что алмазосодержащая шихта содержит 40 - 60 мас.% ультрадисперсных алмазов.