СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ЖЕЛЕЗО - ТИТАН - ДИСУЛЬФИД МОЛИБДЕНА Российский патент 2024 года по МПК C25D15/00 

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности композитных покрытий железо – титан - дисульфид молибдена, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей автотракторной техники [C25D3/00, C25D3/56].

Известен СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ЖЕЛЕЗО - ДИСУЛЬФИД МОЛИБДЕНА ИЗ ЭЛЕКТРОЛИТА (Специальные стали – Э.Гудремон, 1960), содержащего сернокислое железо, дисульфид молибдена, соляную кислоту на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6,0 и катодной плотностью 20-80 А/дм² при механическом перемешивании электролита.

Недостатком данного способа является чувствительность дисперсной фазы в виде дисульфида молибдена к высокой температуре, что может привести к образованию из молибдена трехокиси молибдена, являющейся абразивом. Это может произойти от воздействия кислорода. В то же время известно, что титан является дизоксидирующим элементом, поэтому можно избежать негативных последствий взаимодействия молибдена с кислородом, путем добавления в покрытие титана.

Также известен СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ЖЕЛЕЗО - ТИТАН – КОБАЛЬТ [RU2009117368A, ОПУБЛ. 20.11.2010], содержащего хлористое железо, титан щавелевокислый, соляную кислоту, отличающийся тем, что в него дополнительно вводят хлористый кобальт при следующем соотношении компонентов, г/л: хлористое железо 350-400, титан щавелевокислый 15-25, кобальт хлористый 10-15, соляная кислота 0,5-1,5 и осаждение ведут из электролита на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии тока 1,2-6 и частоте тока 50 Гц при температуре электролита 20-40°С, интервале катодных плотностей тока 15-40 А/дм².

Недостатком данного способа является образование пористой структуры при электролитическом осаждении сплава, что снижает прочность и износостойкость, а также ограниченные свойства сплава при высоких температурах, таких как устойчивость к окислению и стойкость к повышенным температурам.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ЖЕЛЕЗО - ТИТАН [RU2230139C1, ОПУБЛ. 10.06.2004], содержащего хлористое железо, соляную кислоту, отличающийся тем, что осаждение ведут из электролита, состоящего из, кг/м3: железо хлористое 350-400, титан щавелевокислый 15-25, соляная кислота 0,5-1,5 на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6,0, катодной плотностью тока 35-50 А/дм², температурой электролита 20-40°С, кислотностью электролита рН 1-0,8.

Основной технической проблемой прототипа, содержащего хлорид железа, соляную кислоту и титан щавелевокислый, является интенсивное дендритообразование при использовании электролита с дисперсными частицами, а также уменьшение выхода по току железа, что приводит к уменьшению износостойкости сплава.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат заключается в повышении износостойкости покрытия за счет использования композитного компонента в виде твердой смазки - дисульфида молибдена в покрытии до 5,0%, порошка титана ПТК-1 до 5,0%.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ электролитического осаждения композиционного покрытия железо - титан - дисульфид молибдена включает осаждение из электролита на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии β=1,2-6,0 и катодной плотностью 20-80 А/дм² при механическом перемешивании электролита с температурой 293-313 К и кислотностью pH 0,8-1,0, при этом полученное покрытие железо – титан – дисульфид молибдена подвергается термической обработке при температуре 673 К в течение 1 часа, в то же время электролит содержит хлорид железа, титановый порошок ПТК-1, соляную кислоту, порошок дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, кг/м³:

Хлорид железа 400-600 Титановый порошок ПТК-1 15-25 Соляная кислота 0,5-1,5 Порошок дисульфида молибдена 20-40

Осуществление изобретения.

Способ электролитического осаждения композиционного покрытия железо – титан - дисульфид молибдена, включающий осаждение из электролита, который имеет в своем составе до 5,0% дисульфида молибдена, до 5,0% титана, а получаемое покрытие на деталях подвергается термической обработке. Получаемые покрытия обладают высокой прочностью сцепления с основой, высокой микротвердостью и износостойкостью. Осаждение происходит из электролита, содержащего хлорид железа, порошок титана, соляную кислоту и порошок дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, кг/м³:

Хлорид железа 400-600 Титановый порошок ПТК-1 15-25 Соляная кислота 0,5-1,5 Порошок дисульфида молибдена 20-40

Электролитическое осаждение ведут при температуре 293-313 К на переменном асимметричном токе с интервалом катодных плотностей тока 20-80 А/дм² при коэффициенте асимметрии β=1,2-6 и механическом перемешивании электролита. Кислотность электролита находится в пределах pH 0,8-1,0.

Способ электролитического осаждения композиционного покрытия железо - титан - дисульфид молибдена используется следующим образом.

Электролит получают соединением водного раствора хлорида железа, титанового порошка ПТК-1 и композитного порошка молибдена. Порошок молибдена находится в пределах 20 - 40 кг/м3. Нижний предел обусловлен тем, что при содержании менее 20 кг/м3 дисульфида молибдена не происходит заметного изменения физико-механических свойств покрытия. Верхний предел ограничивается содержанием дисульфида молибдена 40 кг/м3. При содержании композита более 40 кг/м3 не происходит значительного повышения его в самом покрытии, что делает его применение экономически невыгодным.

Концентрация хлорида железа находится в пределах 400-600 кг/м3. Нижний предел показывает зону минимальной вязкости. Верхний предел показывает зону максимальной электропроводности.

Содержание соляной кислоты находится в пределах 0,5-1,5 кг/м3. Электролитическое осаждение железа на катоде происходит с одновременным разрядом водорода. С повышением содержания соляной кислоты резко увеличивается количество разряжающегося водорода и падает выход по току. Нижний предел выбран по качественным характеристикам структур электролитического железа. При содержании соляной кислоты меньше 0,5 кг/м3 происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытие и этим ухудшает его структуру.

Количество титанового порошка ПТК-1 находится в интервале 15-25 кг/м3. Ниже 15 кг/м3 применение титана нецелесообразно, так как получаемые покрытия по микротвердости близки к покрытиям твердым железом. Выше 25 кг/м³ применение титана приводит к образованию окислов титана, что резко снижает качество покрытия и его микротвердость. Оптимальным является содержание титана 20 кг/м3.

Температурный интервал находится в пределах 293-313 К. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Движение ионов замедленное и скорость осаждения покрытия низкая. Выше 313 К использование электролита невыгодно с экономической точки зрения. Качественного изменения покрытия не происходит, однако увеличиваются затраты на подогрев электролита.

Катодная плотность тока находится в пределах 20-80 А/дм². Ниже 20 А/дм² плотность тока использовать нецелесообразно, так как процесс электролиза имеет низкую скорость осаждения покрытия железо – титан – дисульфид молибдена. При катодной плотности тока выше 80 А/дм² происходит сильное дендритообразование и резко снижается выход по току.

Процесс электролитического осаждения покрытия ведут при температуре 40°С и катодной плотности тока 50 А/дм². Процесс осаждения начинают с коэффициента асимметрии β=1,2 и постепенно в течение 3-5 минут повышают до β=6. Перемешивание электролита происходит мешалкой с нижним расположением. Покрытие имеет Gсц=350 МПа, микротвердость Hµ=10000-12000 МПа, скорость осаждения 0,45 мм/ч, содержание дисульфида молибдена в покрытии 5%, коэффициент трения, по сравнению с электролитическим железом снизился с 0,2 до 0,14.

Детали, восстановленные электролитическим покрытием железо-титан-дисульфид молибдена, загружаются в печь для отжига. Процесс термической обработки проходит в течение 1 часа, при температуре 673 К.

Пример использования заявленного изобретения.

Способ электролитического осаждения композиционного покрытия железо - титан - дисульфид молибдена используется для восстановления покрытия детали автомобиля.

Электролит состоит из следующих компонентов в количестве, кг/м3: хлорид железа 500, титановый порошок ПТК-1 20, соляная кислота 1,0, порошок дисульфида молибдена 30.

Процесс электролитического осаждения покрытия ведут при температуре 313 К и катодной плотности тока 50 А/дм². Процесс осаждения начинают с β=1,2 и постепенно в течение 3-5 минут повышают до β=6. Готовую делать автомобиля с полученным покрытием железо – титан – дисульфид молибдена подвергают термической обработке при температуре 673 К в течение 1 часа. Предлагаемый способ имеет высокую производительность за счет применения переменного асимметричного тока. Осаждение покрытия железо – титан – дисульфид молибдена происходит при высокой катодной плотности тока и имеет высокую скорость осаждения. Покрытия, полученные предлагаемым способом, обладают высокой микротвердостью и износостойкостью, что позволяет их использовать в ремонтном производстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей автомобилей.

Технический результат заключается в повышении износостойкости покрытия за счет использования композитного компонента в виде твердой смазки - дисульфида молибдена в покрытии до 5,0%, порошка титана ПТК-1 до 5,0%.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ электролитического осаждения композиционного покрытия железо - титан - дисульфид молибдена включает осаждение из электролита на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии β=1,2-6,0 и катодной плотностью 20-80 А/дм² при механическом перемешивании электролита с температурой 293-313 К и кислотностью pH 0,8-1,0, при этом полученное покрытие железо – титан – дисульфид молибдена подвергается термической обработке при температуре 673 К в течение 1 часа, в то же время электролит содержит хлорид железа, титановый порошок ПТК-1, соляную кислоту, порошок дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, кг/м³:

Хлорид железа 400-600 Титановый порошок ПТК-1 15-25 Соляная кислота 0,5-1,5 Порошок дисульфида молибдена 20-40

На основе этого провели сравнительные испытания рациональными условиями способа электролитического осаждения композиционного покрытия железо – титан - дисульфид молибдена и прототипа. Провели определение износостойкости покрытый трением с помощью трибометра, а также температурную стойкость с помощью нагревания деталей автомобиля. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительный анализ заявленного изобретения с прототипом

Заявленное изобретение RU2230139C1 Максимальное удельное давление (МПа) 120 75 Предельная температура при испытании образцов на износостойкость (К) 876 768

По полученным результатам видно, что материал, полученный по заявленному изобретению, выдерживает нагрузку 1,5 раза большую, чем аналог, а также покрытие железо-титан-дисульфид молибдена в 1,1 раза более термостойкое при воздействии высоких температур. Повышение износостойкости покрытия, полученного заявленным способом, происходит за счет введения в его состав в качестве композитного компонента твердой смазки - дисульфида молибдена до 5,0%, порошка титана ПТК-1 до 5,0%, а также финальная термическая обработка полученного покрытия на деталях в течение 1 часа при температуре 673 К.

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает повышение износостойкости покрытия примерно на 25% по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких, композитных покрытий железо - титан - дисульфид молибдена, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей автотракторной техники. Способ включает осаждение из электролита на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии β=1,2-6,0 и катодной плотностью 20-80 А/дм² при механическом перемешивании электролита с температурой 293-313 K и кислотностью pH 0,8-1,0, при этом полученное покрытие железо – титан – дисульфид молибдена подвергается термической обработке при температуре 673 K в течение 1 часа, в то же время электролит содержит хлорид железа, титановый порошок ПТК-1, соляную кислоту, порошок дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, кг/м³: хлорид железа 400-600, титановый порошок ПТК-1 15-25, соляная кислота 0,5-1,5, порошок дисульфида молибдена 20-40. Технический результат заключается в повышении износостойкости покрытия за счет использования композитного компонента в виде твердой смазки - дисульфида молибдена в покрытии до 5,0 %, порошка титана ПТК-1 до 5,0%. 1 табл., 1 пр.

Способ электролитического осаждения композиционного покрытия железо - титан - дисульфид молибдена, включающий осаждение из электролита на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии β=1,2-6,0 и катодной плотностью 20-80 А/дм² при механическом перемешивании электролита с температурой 293-313 K и кислотностью pH 0,8-1,0, при этом полученное покрытие железо – титан – дисульфид молибдена подвергают термической обработке при температуре 673 K в течение 1 часа, в то же время электролит содержит хлорид железа, титановый порошок ПТК-1, соляную кислоту, порошок дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, кг/м³:

хлорид железа 400-600 титановый порошок ПТК-1 15-25 соляная кислота 0,5-1,5 порошок дисульфида молибдена 20-40