СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ХРОМОВОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 1998 года по МПК C23C16/16 C23C28/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты поверхности трущихся деталей механизмов.

Известен способ нанесения на поверхность изделий (подложку) хромовых покрытий путем термической диссоциации паров гексакарбонила хрома [1]. Способ осуществляют при температуре подложки от 350 до 800^oC в вакууме примерно 1 • 10^-1 мм рт. ст. при непрерывной откачке системы. Количество паров карбонила, подаваемого в реактор, регулируется температурой нагрева кристаллического гексакарбонила хрома в сублиматоре и, как правило, находится в интервале от 40 до 80^oC. При этих условиях скорость нанесения покрытия составляет от 20 до 150 мкм/ч.

Характерной особенностью таких покрытий является их высокая микротвердость, достигающая величины 1600 кг/мм².

Однако при осаждении таких покрытий в указанных режимах прочность сцепления их со стальной подложкой оказывается недостаточной и при механической обработке деталей наблюдается образование трещин в покрытиях и частичное их отслоение от подложки.

Известен электролитический способ нанесения хромовых покрытий и, в частности, с использованием высокоскоростных саморегулирующихся хромсодержащих электролитов [2]. Способ осуществляют на базе катализирующих анионов в виде труднорастворимых соединений следующего состава [3], г/л:
1) 250 хромового ангидрида, 5-6 сульфата стронция, 8-10 фторида кальция, сульфатно-фторидного электролита (СФ);
2) 230-250 хромового ангидрида, 18-20 кремнефтористого калия, 8-10 фтористого кальция, фторидно-кремнефторидного электролита (ФКФ).

Процесс проводят при температуре электролита от 40 до 70^oC и катодной плотности тока 30-70 А/дм². В этих условиях получают блестящие хромовые покрытия с небольшими внутренними напряжениями, характеризующими высокую прочность покрытия с подложкой. Однако максимальная микротвердость таких покрытий не превышает 800-900 кг/мм².

Задачей изобретения является получение покрытий на основе хрома, обладающих высокой микротвердостью при сохранении прочного сцепления покрытия с подложкой. Указанная задача решена предложенным способом нанесения покрытия из саморегулирующихся хромсодержащих электролитов с последующим дополнительным осаждением хрома термической диссоциацией паров карбонила хрома, при этом толщина дополнительного слоя составляет 5-15% от толщины первого слоя.

Способ осуществляется следующим образом. Образец в качестве катода помещается в хромсодержащей электролит определенного состава, включающий катализатор. Осаждение хрома проводят при 50-60^oC, плотности тока 60-70 А/дм². Образец после промывки помещается в вакуумную камеру на графитовый обогреватель. Камеру вакуумируют, образец нагревают до 350-500^oC и подают из предварительно нагретого сублиматора пары гексакарбонила хрома. Продолжительность процесса 7-10 мин. На поверхности нагретого образца пары гексакарбонила хрома разлагаются с образованием дополнительного хромового покрытия, при этом толщина дополнительного слоя покрытия составляет 5-15% от толщины первого слоя.

Пример 1. Образец из ст. 3 помещается в качестве катода в сульфатно-фторидный (СФ) электролит состава: 250 г/л хромового ангидрида, 6 г/л сульфата стронция и 8 г/л фторида кальция. Осаждение хрома проводят при температуре электролита 50^oC, плотности тока 70 А/дм² в течение 30 мин.

Образец вынимают из электролита, промывают дистиллированной водой, высушивают, протирают бязью, смоченной этиловым спиртом, и помещают в камеру на графитовый нагреватель. Затем систему вакуумируют до достаточного давления 5 • 10^-2 мм рт. ст. Образец нагревают до 350^oC и подают из предварительно нагретого до 40^oC сублиматора пары гексакарбонила хрома с помощью вакуума. На поверхности нагретого образца пары гексакарбонила хрома разлагаются с образованием дополнительного покрытия. Остаточное давление в аппарате снижается до 1 • 10^-1 мм рт. ст. Продолжительность процесса 7-10 мин.

Толщину (δ) основного и дополнительного слоев определяют расчетным путем по привесу образца. Толщина слоев составляет соответственно 40 и 3 мкм. Микротвердость (H_c) определяют на приборе ПМТ-3. Микротвердость первого слоя 750 кг/мм², второго слоя 1400 кг/мм². Другие примеры приведены в таблице.

Как видно из представленных примеров 1-3, предложенным способом получены хромовые покрытия, обладающие высокой микротвердостью при сохранении прочного сцепления покрытия с подложкой.

Данное изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку не было известно, что при нанесении на первый "электролитический" слой хрома дополнительного "карбонильного" слоя могут меняться свойства покрытия в целом, поскольку экспериментально было показано, что система покрытия Cr-Cr (в случае хромовой подложки и Cr-карбонильного слоя покрытия) не обладает прочностью сцепления, что подтверждается примером 4.

В примере 4 покрытие только карбонильным способом на подложку из хрома, полученного металлургическим способом. При этом наблюдается растрескивание полученного покрытия и его частичное отслоение от хромовой подложки. Микротвердость сохранившегося хромового покрытия достаточно высока и составляет 1250 кг/мм².

Источники информации
1. Сыркин В.Г. Карбонильные металлы. - М.: Металлургия, 1978.

2. Борисов Г.А. Технологический процесс хромирования золотников гидрораспределителей в скоростных саморегулирующихся электролитах /Сб. Совершенствование средств механизации сельского хозяйства нечерноземной зоны. - Челябинск, ЧИМЭСХ, 1981, с. 46.

3. Юрьев Л. И., Козлов И.П., Борисов Г.А. Физико-механические свойства электролитического хрома, полученного из саморегулирующихся электролитов /Сб. Ремонт машин и технических металлов. - М.: МИИСХП, 1975, с. 43.

Изобретение может быть использовано для защиты поверхности трущихся деталей механизмов. Способ включает осаждение на подложку хромового покрытия электролитическим методом из хромсодержащих растворов в присутствии катализатора, на полученный первый слой дополнительно осаждают хром термической диссоциацией гексакарбонила хрома, толщина дополнительного слоя составляет 5 - 15% от толщины первого слоя покрытия. 1 табл.

Способ нанесения хромового покрытия на подложку электролитическим осаждением из хромсодержащих растворов в присутствии катализатора, отличающийся тем, что на полученный первый слой покрытия проводят дополнительное осаждение хрома термической диссоциацией паров гексакарбонила хрома, при этом толщина дополнительного слоя составляет 5 - 15% от толщины первого слоя покрытия.