СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ЖЕЛЕЗО - МОЛИБДЕН Российский патент 2001 года по МПК C25D3/56 C25D5/18 

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железомолибденовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Известен способ электролитического осаждения из хлористого электролита железнения, содержащего 200-250 г/л хлористого железа и 2-3 г/л соляной кислоты. (Мелков М.П. Твердое осталивание автотракторных деталей. М., "Транспорт", 1971, с. 19- 20). Электролит работает при температуре 60-80^oC и обеспечивает получение покрытий со значением микротвердости 4500-6500 МПа. Недостатком данного способа является высокая температура и получение покрытия с низкой микротвердостью поверхности.

За прототип взят способ осаждения из электролита, содержащего молибдат натрия 30 г/л, сернокислое железо 2-10 г/л, лимонную кислоту 20 г/л, аммиак 3-9 г/л. Электролит работает при 40-60^oC и позволяет получать покрытия микротвердостью до 7000 МПа при интервале катодных плотностей тока 0,7-1 А/дм² (Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Л., "Машиностроение", 1977, с. 71-72).

Этот способ малопроизводителен и экономически неэффективен при осаждении покрытий, т. к. имеет низкий интервал катодных плотностей постоянного тока, низкую скорость осаждения и слабую сцепляемость покрытия с основой, а также необходимость подогрева электролита.

Для получения покрытий высокого качества с повышенной микротвердостью и сцепляемостью, для повышения производительности труда за счет повышения скорости осаждения и проведения процесса электролиза при низкой температуре предлагается способ электролитического осаждения сплава железо-молибден из электролита, содержащего соль железа, соль молибденовой кислоты, лимонную кислоту и воду. Новым является то, что осаждение ведут на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6 при 20-50^oC и интервале катодных плотностей тока 35-40 А/дм² из электролита, дополнительно содержащего соляную кислоту. В качестве соли железа берут хлористое железо (II), в качестве соли молибденовой кислоты - молибдат аммония, при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хлористое железо - 350-400
Молибдат аммония - 0,2-1,2
Лимонная кислота - 2-8
Соляная кислота - 0,5-2,0
Данный электролит получают соединением хлористого железа и молибдата-цитратного комплекса. Молибдата-цитратный комплекс предварительно получают из молибдата аммония и лимонной кислоты. Количество молибдата аммония находится в интервале 0,2-1,2 г/л. Ниже 0,2 г/л применение молибдата аммония нецелесообразно, т.к. получаемые покрытия по микротвердости близки к покрытиям твердым железом. Выше 1,2 г/л применение молибдата аммония приводит к образованию окислов молибдена, что резко ухудшает качество покрытия, снижает микротвердость покрытия. Наиболее оптимальным является содержание молибдата аммония 0,8 г/л. Получаемое покрытие имеет микротвердость порядка 8400 МПа.

Содержание лимонной кислоты находится в пределах 2-8 г/л. Нижний предел обусловлен тем, что лимонная кислота является связующим звеном молибдата аммония и хлористого железа и при концентрации менее 2 г/л не происходит связи в соединении, не получается качественный электролит. Верхний предел ограничен с экономической точки зрения, т.к. при концентрации больше 8 г/л лимонной кислоты не происходит изменения качества электролита и покрытия. Лимонная кислота выступает в электролите как стабилизатор и предотвращает образование трехвалентного железа.

Концентрация хлористого железа находится в пределах 350-400 г/л. Нижний предел показывает зону минимальной вязкости. Верхний предел показывает зону максимальной электропроводности. (Швецов А.Н. Основы восстановления деталей осталиванием. Омск, 1973, с.77 - 79).

Для поддержания кислотности электролита добавляется соляная кислота в количестве 0,5 - 2 г/л. Верхний предел установлен из экономических соображений, электроосаждение железа на катоде происходит с одновременным разряжением водорода. С повышением содержания соляной кислоты резко увеличивается количество разряжающегося водорода и падает выход по току. Нижний предел выбран по качественным характеристикам электролитического сплава. При содержании соляной кислоты меньше 0,5 г/л происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытие и этим ухудшает его структуру. Наиболее оптимальным вариантом данного электролита является содержание соляной кислоты 1,5 г/л.

Асимметричный ток дает возможность вести процесс при пониженной температуре 20 - 50^oC. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Движение ионов замедленное и скорость осаждения низкая. Выше 50^oC использовать осаждение покрытий невыгодно, т.к. получаемые покрытия имеют низкую микротвердость.

Катодная плотность тока находится в пределах 35 - 40 А/дм². Ниже 35 А/дм² плотность тока использовать нецелесообразно, т.к. процесс имеет низкую скорость осаждения покрытия. При катодной плотности тока больше 40 А/дм² происходит интенсивное дендритообразование и снижается выход по току.

Процесс осаждения покрытия происходит на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2 - 6. Начало осаждения проходит 2 - 3 минуты при коэффициенте асимметрии β = 1,2 - 1,5. При этом образуется покрытие пониженной твердости, которое имеет высокую сцепляемость с основой.

Gсц = 300МПа. Потом происходит постепенное уменьшение анодной составляеющей до коэффициента асимметрии β = 6, который характеризуется стабильной скоростью осаждения и высокой микротвердостью покрытия. Дальнейшее повышение β не рекомендуется, т.к. процесс не отличается от осаждения на постоянном токе.

На основе проведенных испытаний оптимальным режимом являются условия, приведенные в примере.

Для получения электролита сначала готовится молибдатоцитратный комплекс, включающий молибдат аммония 0,8 г/л и лимонную кислоту 5 г/л. Потом полученный комплекс соединяют с хлористым железом 350 г/л и соляной кислотой 1,5 г/л. Хлористое железо, молибдат аммония и лимонная кислота растворяются в дистиллированной воде. Анодом служит малоуглеродистая сталь. Предварительно деталь подвергается обезжириванию венской известью и анодной обработке в растворе 30% серной кислоты. Электроосаждение происходит при 40^oC на переменном асимметричном токе с начальным коэффициентом асимметрии 1,2 в течение 2-3 мин и последующим осаждением при β = 5 с катодной плотностью тока 40 А/дм².

Предлагаемый способ имеет высокую производительность за счет применения переменного асимметричного тока. Он экономически эффективен, т.к. осаждение покрытия происходит при высокой катодной плотности тока и имеет высокую скорость осаждения покрытия. Покрытия, полученные предлагаемым способом, обладают высокой микротвердостью и износостойкостью, что позволяет их использовать в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых износостойких покрытий, в частности железомолибденовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Осаждение ведут на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6 из электролита, содержащего, г/л: хлористое железо - 350-400; молибдат аммония - 0,2-1,2; лимонная кислота - 2-8, соляная кислота 0,5-2, при 20-50°С и катодной плотности тока 35-40 А/дм². Технический результат - повышение микротвердости, силы сцепления покрытия с основой и скорости осаждения при низкой температуре.

Способ электролитического осаждения сплава железо - молибден из электролита, содержащего соль железа, соль молибденовой кислоты, лимонную кислоту и воду, отличающийся тем, что осаждение ведут на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2 - 6 при 20 - 50°С и интервале катодных плотностей тока 35-40 А/дм² из электролита, дополнительно содержащего соляную кислоту, при этом в качестве соли железа берут хлористое железо (II), а в качестве соли молибденовой кислоты - молибдат аммония, при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хлористое железо (II) - 350 - 400
Молибдат аммония - 0,2-1,2
Лимонная кислота - 2 - 8
Соляная кислота - 0,5 - 2,0