ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ЖЕЛЕЗО-ВАНАДИЙ-ФОСФОР Российский патент 2007 года по МПК C25D3/56 

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к электролитическому осаждению сплава железо-ванадий-фосфор.

Известен электролит для осаждения сплава железо-ванадий, содержащий хлористое железо, метаванадат аммония и соляную кислоту /RU 2231578 С1, МПК⁷ C 25 D 3/56, опубл. 27.06.2004/. Из указанного электролита формируются темно-серые шероховатые покрытия с низкой твердостью (420-490 кг/мм²) и невысокими износостойкостью (3,5-4,1 г/м²·ч) и коррозионной стойкостью (0,2-0,3 г/м²·ч).

Задачей изобретения является приготовление электролита, позволяющего осаждать твердые, стойкие к износу и коррозии покрытия сплавом железо-ванадий-фосфор, предназначенные для восстановления и упрочнения изношенных деталей машин.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в в улучшение свойств и качества покрытий.

Указанный технический результат достигается тем, что электролит для осаждения сплава железо-ванадий-фосфор, содержащий хлористое железо, метаванадат натрия и кислоту, отличается от известного тем, что он дополнительно содержит гипофосфит натрия, хлористый алюминий, в качестве кислоты - аскорбиновую кислоту и сорбит при следующем соотношении компонентов, г/л: хлористое железо - 350-400; метаванадат аммония - 10-20; гипофосфит натрия - 10-15; хлористый алюминий - 30-50; аскорбиновую кислоту - 10-20; сорбит - 5-10 и воду до рабочего объема.

Добавление хлористого алюминия к электролиту повышает электропроводность раствора, буферные свойства и увеличивает выход сплава по току.

Аскорбиновая кислота ингибирует процесс окисления ионов двухвалентного железа кислородом и препятствует накоплению в электролите ионов трехвалентного железа и продуктов их гидролиза, которые ухудшают качество покрытий и снижают выход сплава по току. Добавка этой кислоты стабилизирует состав электролита и повышает его устойчивость в процессе электролиза.

Сорбит, адсорбируясь на катоде, увеличивает катодную поляризацию при выделении железа, измельчает структуру и улучшает качество покрытий, снижая в них уровень внутренних напряжений.

Электролит готовят последовательным растворением в отдельных порциях дистиллированной воды соли хлористого железа, метаванадата аммония, гипофосфита натрия. Полученные порции растворов последовательно перемешивают между собой. К полученной смеси добавляют растворы аскорбиновой кислоты, хлористого алюминия, сорбита и доводят объем электролита до рабочего дистиллированной водой.

Процесс электроосаждения рекомендуют проводить при рН электролита 0,5-1,5, катодной плотности тока 10,0-40,0 А/дм², при температуре 30-40°С, при непрерывном перемешивании с использованием железных анодов. Конкретные примеры использования электролита и некоторые свойства покрытий приведены в таблице 1.

Концентрации компонентов электролита определены экспериментально. При выходе концентрации соли железа за нижнюю границу наблюдается слегка заметное ухудшение качества покрытий. Электролиз при высоких концентрациях соли железа нецелесообразен из-за высоких энергозатрат. Понижение концентрации метаванадата аммония и гипофосфита натрия приводит к слишком малому включению в осадке легирующих элементов - ванадия и фосфора. Повышение содержания солей легирующих элементов в электролите отрицательно влияет на качество покрытий - они растрескиваются, шелушатся, темнеют. Понижение концентрации хлорида алюминия и аскорбиновой кислоты приводит к появлению в электролите нерастворимых соединений железа (III). При высоких концентрациях этих компонентов электролита падает выход сплава по току. При низком содержании сорбита формируются шероховатые крупнокристаллические осадки, при высоком - осадки темнеют и шелушатся. Низкие значения рН могут привести к снижению выхода сплава по току и бурному выделению водорода, стимулирующего питтингообразование и наводораживание покрытий, высокие значения рН способствуют дестабилизации электролита.

Твердость и коррозионная стойкость получаемых покрытий из предлагаемого электролита увеличивается на 10-15% и на 20-30% соответственно по сравнению с осадками сплава железо-ванадий, полученными из известного электролита. Износостойкость осадков сплава, полученных из предлагаемого электролита, в 1,5-2,0 раза выше, чем осажденных из известного.

Использование предлагаемого электролита позволяет осаждать прочно сцепленные со стальной подложкой покрытия, которые не отслаиваются от основы после нагрева при 25°С в течение 1 ч и последующего резкого охлаждения.

Таблица 1№Компоненты электролита, г/л и результаты исследованийСостав по примерамп/п1231.Хлористое железо3503754002.Метаванадат аммония1015203.Гипофосфит натрия1012,5154.Хлористый алюминий3040505.Аскорбиновая кислота1015206.Сорбит57,5107.Плотность тока, А/дм²1025408.Температура, °С3035409.рН0,511,510.Содержание ванадия в осадках, %0,50,81,311.Содержание фосфора в сплавах, %2,22,52,912.Выход по току, %80849013.Микротвердость, кг/мм²48050056014.Скорость коррозии, г/м²·ч0,200,180,1715.Скорость износа, г/м²·ч21,91,616.Внешний вид покрытийсерыесерыетемно-серые

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении. Электролит содержит, г/л: хлористое железо 350-400, метаванадат аммония 10-20, гипофосфит натрия 10-15, хлористый алюминий 30-50, аскорбиновую кислоту 10-20, сорбит 5-10 и воду до рабочего объема. Технический результат: улучшение свойств и качества покрытий - получение равномерных покрытий с высокими твердостью и износостойкостью. 1 табл.

Электролит для осаждения сплава железо-ванадий-фосфор, включающий хлористое железо, метаванадат аммония, кислоту и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гипофосфит натрия, хлористый алюминий и сорбит, а в качестве кислоты - аскорбиновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлористое железо350-400Метаванадат аммония10-20Гипофосфит натрия10-15Хлористый алюминий30-50Аскорбиновая кислота10-20Сорбит5-10ВодаДо рабочего объема