СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТА АНТИФРИКЦИОННОГО ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО СПЛАВА "ЦИНК-ЖЕЛЕЗО" ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО АКТИВИРОВАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C25D3/56 

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электролитическому осаждению сплава "цинк-железо" с целью восстановления изношенных поверхностей деталей машин, например, подшипников скольжения автомобильных двигателей.

Известны растворы электролитов для осаждения сплавов "цинк-железо", содержащие сернокислое железо, сернокислый цинк, сернокислый алюминий, сернокислый натрий, натровую соль нафталиндисульфо кислоты, борную и аскорбиновую кислоту. Однако покрытия, получаемые из этих составов электролитов, имеют слабую сцепляемость с основным металлом. Электролиты имеют слабую рассеивающую способность, недостаточно производительны и в условиях осаждения сплава гидромеханической активацией подвержены окислению и загрязнению [1, 2].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является известный состав электролита [3], используемый для осаждения цинк-железного сплава, содержащий в г/л:

сульфат цинка 250-300, хлорид железа 60-100, фторид натрия 10, борная кислота 25, первичный гидрохлорид   алкиламмония (С₆-C₁₂) 1-2.

Данный электролит использовался для восстановления изношенных деталей из алюминиевых и железоуглеродистых сплавов при температурах 20-30°C, катодной плотности тока 40-60 А/дм² и расходом электролита 1,5 л/с.

Использование данного способа для восстановления стальных изделий затруднено, так как электролит имеет сложный состав, затруднена его корректировка по составу в технологическом процессе.

Осадки имеют крупнозернистую структуру, низкую адгезию с основой и при восстановлении деталей из стали имеют высокий удельный температурный коэффициент линейного расширения. Электролит склонен к окислению, так как при электролизе хлорида железа и фторида натрия выделяется хлор и фтор. Используемый для флотации первичный гидрохлорид алкиламмония представляет смесь RNH₂NCl, где R=С₆Н₁₃-С₁₂Н₂₅ имеет не всегда воспроизводимый состав.

Помимо этого электролит склонен к дендридообразованию при повышенных плотностях тока и малопроизводителен в нестационарных условиях осаждения сплава.

Задачей изобретения является повышение физико-механических характеристик покрытия: прочности сцепления, улучшения структуры осадка, химической стойкости раствора и снижение дендридообразования.

Сущность изобретения заключается в следующем: предложен высокоэффективный состав антифрикционного электролитического сплава "цинк-железо" для осаждения в условиях гидромеханического активирования. Он содержит сульфат цинка, соль железа, соль натрия и органическую добавку. При этом в качестве соли железа использован сульфат железа, в качестве соли натрия - карбонат натрия, а в качестве органической добавки - гидроксид тетраэтиламмония при следующих соотношениях компонентов, г/л:

сульфат цинка 200÷240 сульфат железа 15÷20 карбонат натрия 80÷120 сульфат аммония 30 гидрохлорид тетраэтиламмония 3÷4.

Для приготовления электролита "цинк-железо" все компоненты растворяют в отдельных емкостях в дисцилированной воде, подогретый до 60-70°С. Затем растворы фильтруют и сливают в рабочую ванну. В электролите должно быть столько солей железа, цинка, карбоната натрия, сульфата аммония и гидрохлорида тетраэтиламмония, сколько требуется по расчету на рабочую емкость ванны. После этого доливают воду до метки, соответствующей верхнему уровню электролита. Проверяют величину pH, прорабатывают в течение 8-10 часов при плотности тока 0,8÷1,5 А/дм² со стальными катодами и после этого приступают к покрытию.

Гидромеханическое активирование осаждения металла характеризуется принудительной циркуляцией электролита и вращением анода. Проток через раствор электролита и вращение анода изменяют ионную обкладку диффузионного слоя у поверхности катода и, как следствие этого, увеличивается скорость процесса диффузии ионов к поверхности катода, что обеспечивает повышение производительности в 3-4 раза, высокую равномерность покрытия, получение мелкодисперсной структуры и снижение остаточных напряжений.

Исследования внутренних напряжений показали, что они растут с увеличением плотности тока и уменьшаются с повышением температур электролита и с увеличением концентрации активных солей.

При высокой плотности тока значительно искажается, уплотняется кристаллическая решетка, при высокой температуре уменьшается наводораживание осадков, и, если взять низкую плотность тока и высокую температуру электролита, то можно получить мягкие, не напряженные осадки.

Прочность сцепления, для различных электролитов и условий работы ванн изменялась в пределах от 3000 до 12000 Н/см². Наибольшие значения прочности сцепления были показаны на стальных образцах, покрытие которых проводилось в ваннах заявленного электролита. Добавление в ванну солей натрия, аммония, гидрохлорида тетраэтиламмония увеличивало прочность сцепления осадка с основой, получение уплотненной кристаллической решетки, уменьшение наводораживающего осадка, мягкие ненапряженные осадки.

Режим осаждения сплава "цинк-железо": температура 20-25°C, катодная плотность тока 30-35 А/дм², рН=2,0-2,5, анод - цинк (растворимый).

Заявленный состав электролита отличается снижением концентрации активных солей, так как с увеличением их концентрации может быть значительно повышена допустимая плотность тока. Это приводит к образованию крупнозернистой структуры осадков "цинк-железо" с пониженными механическими свойствами.

Осаждение осадка "цинк-железо" на изделие производится при более низкой катодной плотности тока 30-35 А/дм² по сравнению с известной катодной плотностью тока 40-60 А/дм², так как с увеличением плотности тока увеличивается твердость осадка, его внутреннее напряжение. Покрытия трескаются, на краях деталей образуются наросты и при дальнейшем повышении плотности тока покрытие получается аморфным, порошкообразным с низкой адгезией к деталям.

Применение фтор- и хлор-анионов в составе входящих в электролит солей, а также использование карбоната натрия позволяет снизить агрессивность электролита и исключить коррозию стальных изделий.

Упрощение состава электролита достигается также использованием в качестве органической добавки гидрохлорида тетраэтиламмония (C₆H₁₂NCl), который хорошо растворим в воде, имеет постоянный состав и не изменяется в ходе электролиза.

Таким образом, предлагаемый состав электролита отличается от известного тем, что он более прост по содержанию, производителен и отвечает технологическому процессу при восстановлении деталей подшипников в нестационарных условиях (проточное, на различных формах тока). Покрытия получаются гладкими, плотными с мелкодисперсной структурой, обладающие повышенной износо- и коррозионной стойкостью.

Осаждение проводится в виде твердых сплавов замещения ионов цинка ионами железа, что обеспечивает физико-механические характеристики осадка, идентичные характеристикам основы подшипников из нержавеющей стали, и повышает стабильность электролита.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР №755897, кл С25D 3/56, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР №374383, кл С25D 3/56, 1973

3. Патент RU №2086712, GOIM 17/06, 10.08.1997 - прототип.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для восстановления изношенных поверхностей деталей машин, в частности подшипников скольжения автомобильных двигателей. Электролит содержит, г/л: сульфат цинка 200-240, сульфат железа 15-20, карбонат натрия 80-120, сульфат аммония 30, гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4. Технический результат: повышение адгезии покрытия к детали, стабильность электролита и снижение дендридообразования.

Состав электролита антифрикционного электролитического сплава цинк-железо для осаждения в условиях гидромеханического активирования, содержащий сульфат цинка, соль железа, соль натрия и органическую добавку, отличающийся тем, что он содержит сульфат аммония, в качестве соли железа - сульфат железа, в качестве соли натрия - карбонат натрия, а в качестве органической добавки - гидрохлорид тетраэтиламмония, при следующем соотношении компонентов, г/л:
сульфат цинка 200-240 сульфат железа 15-20 карбонат натрия 80-120 сульфат аммония 30 гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4