СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТА АНТИФРИКЦИОННОГО ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО СПЛАВА "ЦИНК-ЖЕЛЕЗО" ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО АКТИВИРОВАНИЯ Российский патент 2017 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, г/л:

сульфат цинка 250-300 хлорид железа 60-100 фторид натрия 10 борная кислота 25 первичный гидрохлорид алкиламмония (С₆-С₁₂) 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=C₆H₁₃-C₁₂H₂₅ 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 алюминия, в качестве соли железа - сульфат железа, в качестве соли натрия - карбонат натрия, а в качестве органической добавки - гидрохлорид тетраэтиламмония при следующих соотношениях компонентов, г/л:

сульфат цинка 200-240 сульфат железа 15-20 сульфат алюминия 31-40 карбонат натрия 80-120 гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4

Для приготовления электролита "цинк-железо" все компоненты растворяют в отдельных емкостях в дистиллированной воде, подогретой до 60-70°C. 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 ч при плотности тока 0,8-1,5 А/дм² со стальными катодами и после того 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, полученное мелкодисперсной структуры и снижению 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 и уплотняется кристаллическая решетка. При высокой температуре уменьшается наводораживание осадков, и, если взять низкую плотность тока и высокую температуру электролита, то можно получить мягкие, ненапряженные осадки.

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

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 хлоранионов 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, С25D 3/56, 1980.

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

3. Патент RU №2086712, G01M 17/06, 10.08.1997 - прототип.

Изобретение относится к области гальваностехники и может быть использовано для восстановления изношенных поверхностей деталей машин. Электролит содержит, г/л: сульфат цинка 200-240; сульфат железа 15-20; сульфат алюминия 31-40; карбонат натрия 80-120; гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4. Технический результат: повышение физико-механических характеристик покрытия: адгезии, оптимальной структуры осадка, стабильности электролита и снижение дендридообразования.

Состав электролита для осаждения в условиях гидромеханического активирования антифрикционного электролитического сплава цинк-железо, содержащий сульфат цинка, соль железа, соль натрия и органическую добавку, отличающийся тем, что он содержит сульфат алюминия, 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 сульфат алюминия 31-40 карбонат натрия 80-120 гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4