ЭЛЕКТРОЛИТ ЖЕЛЕЗНЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК C25D3/20 

Изобретение относится к гальванике, в частности к электролитам железнения, использование которых позволяет наращивать слой железа повышенной твердости на поверхности из любых марок стали и чугуна, что дает возможность восстанавливать любые изношенные детали машин и механизмов, либо создавать упрочняющий слой на новых деталях, существенно продлевая срок их эксплуатации.

Известен электролит железнения (а.с. СССР 1488367 МКИ⁴ C 25 D 3/20 от 23.06.89 г. Бюл. N 23), включающий в себя (г/л): серно-кислое железо 250-350, борную кислоту 10-15, μ₂ (оксамито) - бисдипиридинтетрахлорид 3-4.

Недостатком известного электролита является его невысокая стабильность вследствие содержания металлорганического соединения и необходимость постоянной корректировки состава электролита во время процесса осаждения железа.

Известен также электролит железнения (а.с. СССР 1359342 МКИ⁴ C 25 D 3/20 от 15.12.87 г. Бюл. N 46), включающий в себя следующие компоненты (г/л): хлористое железо 350-450, хлористое олово 5-10, фтористый натрия 5-10, родонистый калий 1-2, соляная кислота до рH 1,0-1,3.

Недостатком является невысокая микротвердость и нестабильность состава, возможность химических реакций между непосредственно компонентами электролита, затрудняющая качественный и количественный анализ и корригирование его состава, нестабильность электролита ввиду его высвобождения в растворе ионов свободного фтора, что делает возможным образование гидроокиси олова, нарушающее процесс электролитического осаждения.

Известен также электролит железнения (а.с. 1781327 МКИ⁵ C 25 D 3/20 от 12.12.92 г. Бюл. N 46), содержащий (г/л): хлористое железо 450-650, хлористое олово 1-2, фторид натрия 2-3, винная кислота 0,1-0,15, борная кислота 0,4-0,8, соляная кислота 2,0-2,5.

Недостатками его являются: 1) избыток хлорида олова включается в слой осаждаемого железа, что снижает микротвердость наносимого слоя; 2) при повышенном содержании олова в электролите образуется нерастворимый осадок, нарушающий электролиз; 3) содержание в электролите фторида натрия способствует высвобождению свободного фтора, нарушающего процесс электролитического осаждения.

Прототипом является электролит железнения (А.с. СССР 204083 МКИ⁵ C 25 D 3/20 от 09.12.65 г. Бюл. N 21 1967 г. По старой классификации НКИ - класс 48a 5/04, МПК¹ - C 23 б), содержащий (г/л): хлористое железо 200-220, серную кислоту 0,6-0,8, йодистый калий 15-25 и соляную кислоту до pH 1,5-1,7.

Недостатком прототипа является следующее.

Образованные при диссоциации йодида калия в растворе ионы йода, как галогена, обладающего высокой степенью активности по его способности вступать в химические реакции и образовывать различные нестойкие, в т.ч. летучие соединения, обуславливают низкую эффективность йодида калия, как стабилизатора электролита, снижают стабильность электролита, а соответственно и качество осаждаемого слоя железа.

В основу изобретения поставлена задача повышения стабильности состава электролита путем применения более эффективного стабилизатора, что в конечном итоге способствует оптимизации протекания электролитической реакции и улучшает качество осаждаемого слоя железа.

Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что предлагаемый состав электролита, помимо известных компонентов - хлористого железа, соляной и серной кислоты, содержит в качестве стабилизатора бромид натрия при следующем соотношении компонентов в (г/л):
хлористое железо - 410-450;
бромид натрия - 0,5-1,0;
серная кислота - 1,2-1,9;
соляная кислота - до рH 0,8-1,4.

Введение в состав электролита бромида натрия, как эффективного стабилизатора электролита, предотвращает превращение двухвалентного железа в трехвалентное, обеспечивая электролиту высокую, по сравнению с прототипом, стабильность.

Ввиду того, что при диссоциации бромида натрия в растворе, ионы брома обладают гораздо более низкой, по сравнению с ионами йода, способностью вступать в химические реакции, и практически не обладают, в отличии от ионов йода, способностью образовывать нестойкие, в т. ч. летучие соединения в растворе электролита, следовательно бромид натрия обладает гораздо более высокой эффективностью как стабилизатор, способный обеспечить стойкость электролита и оптимальные условия протекания электролитической реакции, улучшая качество наносимого слоя железа.

Электролит готовят следующим образом. В ванну железнения заливают холодную воду до одной трети объема, после чего добавляется (в г/л): хлористое железо 420-450, после его растворения медленно добавляют серную кислоту в количестве 1,2-1,9, а затем соляную кислоту до значения pH 0,8-1,4, проверяемого с помощью лакмусового индикатора, после чего добавляют бромид натрия 0,1-1,0.

Электролит железнения работает следующим образом. Деталь, подлежащую железнению, предварительно помещают в ванну пассивирования. Затем, после соответствующей обработки и промывки холодной водой, на подвесных приспособлениях помещают в ванну железнения, заполненную приготовленным по вышеуказанной схеме электролитом железнения, где на деталь воздействуют катодно-анодным током, регулируя D_k (плотность катодного полупериода) 18-22 A/дм², а D_A (плотность анодного полупериода) - 15,5-1,6 A/дм². После наращивания слоя нужного размера, деталь извлекают из ванны железнения, промывают холодной и горячей водой.

Значения ключевых параметров состава и свойства предлагаемого нами электролита указаны в таблице.

Микротвердость покрытия измерялась микротвердометром ПМТ-3, при нагрузке 50 г.

Пример конкретного выполнения.

Деталь - распредвал, обработана в ванне пассивирования, промыта холодной водой. Перенесена в ванну железнения и помещена на подвесе в электролит, приготовленный вышеуказанным способом. В ванне железнения осуществлено воздействие катодно-анодным током с величиной катодно-анодного соотношения, равной 9,5-11, при плотности тока катодного полупериода D_к = 20 A/дм² и плотности тока анодного полупериода D_а, изменяемого в режиме от 15 A/дм² до 2 A/дм². Через 2 часа деталь удалена из ванны, промыта холодной и горячей водой. При измерении нанесенный осажденный слой имеет высоту 1,2 мм, блестящий, распределен равномерно, трещины и шероховатости отсутствуют. Микротвердость при измерении составляет 700 МПа.

Выводы
1. Предлагаемый электролит железнения обладает высокой стойкостью и стабильностью, не требует постоянной корректировки.

2. Подобранный состав компонентов обеспечивает высокую микротвердость и высокое качество наносимого слоя, его равномерность, отсутствие шероховатостей, питингов.

3. Использование в качестве стабилизатора бромида натрия, эффективно препятствует превращению двухвалентного железа в трехвалентное, что повышает эффективность электролитического процесса осаждения.

Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к электролитам железнения, использование которых позволяет наращивать слой железа повышенной твердости на поверхности из любых марок стали и чугуна, что дает возможность восстанавливать любые изношенные детали машин и механизмов, либо создавать упрочняющий слой на новых деталях, существенно продлевая срок их эксплуатации. Электролит железнения содержит, г/л: хлористое железо 410 - 450, бромид натрия 0,5 - 1,0, серная кислота 1,2 - 1,9 и соляная кислота до рН 0,8 - 1,4. Использование электролита позволяет повысить его стабильность, что способствует оптимизации протекания процесса железнения и улучшению качества осаждаемого покрытия. 1 табл.

Электролит железнения, содержащий хлористое железо, серную и соляную кислоты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бромид натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хлористое железо - 410 - 450
Бромид натрия - 0,5 - 1,0
Серная кислота - 1,2 - 1,9
Соляная кислота - До рН 0,8 - 1,4