Способ упрочнения электроосажденных покрытий железо-титан Российский патент 2025 года по МПК C25D3/56 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области упрочнения восстановленных поверхностей стальных деталей и предназначено для получения повышенной твердости и износостойкости восстановленных поверхностей.

Уровень техники

Известен способ электролитического осаждения сплава железо-титан из электролита, содержащего хлорид железа, титан щавелевокислый (патент на изобретение №2230139, МПК C25D 3/56, Способ электролитического осаждения сплава железо-титан. Авт. Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Серебровский В.В., Коняев Н.В., опубл. 10.06.2004, [1]). Процесс осаждения покрытия на изношенные поверхности проходит на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2…6 при температуре 293…323 К и интервале катодных плотностей тока 35…50 А/дм² из электролита, дополнительно содержащего соляную кислоту.

Недостатком данного способа является ограниченная микротвердость и невысокая износостойкость поверхности. Повышение микротвердости и других эксплуатационных свойств покрытий может быть достигнуто их термической обработкой. Повышение износостойкости может быть достигнуто включением в состав покрытия в качестве дисперсной фазы твердой смазки (дисульфида молибдена).

Также известен способ упрочнения поверхностей стальных деталей химико-термической обработкой - цианированием (Патент на изобретение №2261939, МПК С23С 28/00, С23С 8/74, Способ упрочнения металлических поверхностей. Авт. Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Серебровский В.В., Коняев Н.В., Колмыков В.И., опубл. 10.10.2005, [2]). Цианирование выполняется с использованием пасты следующего состава, масс. %: желтая кровяная соль 30-45, углекислый натрий 8-10, углекислый кальций 5-10, сажа до 57 при температуре 600-650°С.

Недостатком прототипа является недостаточная износостойкость покрытия.

Известен способ электролитического осаждения покрытия железо-дисульфид молибдена из электролита, содержащего сернокислое железо (II), соляную кислоту, отличающийся тем, что осаждение ведут из электролита, содержащего, кг/м³:

железо сернокислое 400-600 дисульфид молибдена 100-200 соляная кислота 0,5-1,5

на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии β=1,2-6, катодной плотностью тока 20-80 А/дм², температурой электролита 293-313 К, кислотностью электролита pH 0,8…1 при механическом перемешивании электролита (Патент на изобретение №2537686, МПК C25D 15/00, Способ электролитического осаждения покрытия железо-дисульфид молибдена. Авт. Афанасьев Е.А., Серебровский В.В., Серебровский В.И., Степашов Р.В., опубл. 10.01.2015, [3]).

Недостатком данного способа является невысокая микротвердость покрытия, что не всегда является достаточным для обеспечения необходимых эксплуатационных свойств.

Указанный аналог [3] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению. Поэтому он принят в качестве прототипа.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении или использовании технического решения, является необходимость усовершенствования способа упрочнения электроосажденных покрытий железо-титан, в котором как восстанавливаемое соединение металла, так и ламинированные металлические смазочные агенты относятся к сульфидному или дисульфидному типу.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является повышение износостойкости электроосажденных покрытий железо-титан.

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить способ упрочнения электроосажденных покрытий железо-титан, который характеризуется тем, что осуществляют электроосаждение слоя покрытия железо-титан-дисульфид молибдена с содержанием титана 2,0-6,0%, которое подвергают термической обработке в течение 1 ч при температуре 673 К, причем осуществляют осаждение из электролита, содержащего, кг/м³:

хлорид железа 400-600 титан щавелевокислый 15-25 соляная кислота 0,5-1,5 дисульфид молибдена 20-30

В частном случае процесс электролитического осаждения покрытия ведут при температуре 40°С и катодной плотности тока 50 А/дм².

Процесс осаждения преимущественно начинают с коэффициента асимметрии β=1,2 и постепенно в течение 3-5 минут повышают до β=6.

Перемешивание электролита предпочтительно осуществляют мешалкой с нижним расположением.

Краткое описание чертежей

На чертеже показано влияние температуры отжига на микротвердость покрытий железо-титан-дисульфид молибдена с различным содержанием титана.

Осуществление изобретения

Повышение износостойкости достигнуто включением в состав покрытия в качестве дисперсной фазы твердой смазки - дисульфида молибдена.

В способе упрочнения электроосажденных покрытий железо-титан новым является то, что осуществляют электроосаждение слоя покрытия железо-титан-дисульфид молибдена с содержанием титана 2,0-6,0%.

Известно, что термическая обработка электролитических сплавов приводит к упорядочению их структуры к приведению ее в более или менее равновесное состояние.

Автором установлено, что при увеличении температуры отжига до 673 К микротвердость железотитановых покрытий увеличивается. Причем у покрытий с более высоким содержанием титана увеличение микротвердости происходит значительно более интенсивно, чем у покрытий с низким содержанием титана. Тем не менее максимум твердости наблюдается у покрытий, отожженных при температуре 673 К. Повышение температуры отжига железотитановых сплавов свыше 673 К приводит к снижению их микротвердости.

Для повышения износостойкости электроосажденных покрытий железо-титан в электролит включают в качестве дисперсной фазы твердую смазку - дисульфид молибдена.

Электролит состоит из следующих компонентов в количестве, кг/м³:

хлорид железа 400-600 титан щавелевокислый 15-25 соляная кислота 0,5-1,5 дисульфид молибдена 20-30

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 сцепляемость G_сц=350 МПа, микротвердость Hμ=6000 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 ч при температуре 673 К.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1. При содержании хлорида железа ниже 400 кг/м³ покрытия имеют высокие внутренние напряжения и растрескиваются. При содержании хлорида железа выше 600 кг/м³ электролит приобретает повышенную вязкость и снижается выход железа по току.

Пример 2. При содержании титана щавелевокислого ниже 15 кг/м³ не удается получить содержание титана в покрытии более 2%. При содержании титана щавелевокислого выше 25 кг/м³ покрытия получаются перенапряженными и растрескиваются.

Пример 3. При содержании соляной кислоты ниже 0,5 кг/м³ происходит защелачивание электролита, получаются некачественные покрытия. При содержании соляной кислоты выше 1,5 кг/м³ увеличивается выделение водорода, снижается выход по току.

Пример 4. При содержании дисульфида молибдена ниже 20 кг/м³ не удается получить оптимальное количество дисульфида молибдена в покрытии. При содержании дисульфида молибдена выше 30 кг/м³ покрытие получается рыхлым и некачественным.

Пример 5. Как показано на чертеже, при увеличении температуры отжига до 673 К микротвердость покрытий увеличивается (кривая 1). Причем у сплава с более высоким содержанием титана увеличение микротвердости происходит значительно более интенсивно, чем у сплава с низким содержанием титана. Тем не менее максимум твердости наблюдается у всех сплавов, отожженных при температуре 673 К.

Предложенный способ высокопроизводителен, а также не требует сложной технологии, регламентации и иных параметров процесса.

Заявленный способ может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения.

Изобретение относится к области упрочнения восстановленных поверхностей стальных деталей и предназначено для получения повышенной твердости и износостойкости восстановленных поверхностей. Согласно способу, осуществляют электроосаждение слоя покрытия железо-титан-дисульфид молибдена с содержанием титана 2,0-6,0%, которое подвергают термической обработке в течение 1 ч при температуре 673 К. Осуществляют осаждение из электролита, содержащего, кг/м³: хлорид железа 400-600; титан щавелевокислый 15-25; соляная кислота 0,5-1,5; дисульфид молибдена 20-30. Технический результат: повышение износостойкости электроосажденных покрытий железо-титан. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 пр.

1. Способ упрочнения электроосажденных покрытий железо-титан, характеризующийся тем, что осуществляют электроосаждение слоя покрытия железо-титан-дисульфид молибдена с содержанием титана 2,0-6,0%, которое подвергают термической обработке в течение 1 ч при температуре 673 К, причем осуществляют осаждение из электролита, содержащего, кг/м³:

хлорид железа 400-600 титан щавелевокислый 15-25 соляная кислота 0,5-1,5 дисульфид молибдена 20-30

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что процесс электролитического осаждения покрытия ведут при температуре 40°С и катодной плотности тока 50 А/дм².

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что процесс осаждения начинают с коэффициента асимметрии β=1,2 и постепенно в течение 3-5 минут повышают до β=6.