Способ упрочнения изделий из никеля и его сплавов Советский патент 1993 года по МПК C22F1/10 C25D5/48 

Изобретение относится к гальванопластике и может получить применение в машиностроении для улучшения эксплуатационных характеристик изделий, получаемых электролитическим осаждением никеля и его сплавов, а также других гидридообразую- щих металлов.

Цель изобретения - улучшение механических свойств изделий из никеля и его сплавов, получаемых преимущественно . электролитическим осаждением, и упрощение, технологии.

Поставленная цель достигается тем, что насыщение водородом осуществляют электролитически в растворе серной и селенистой кислот, а охлаждение ведут в жидком азоте.

Способ осуществляют по следующей технологической схеме применительно к изделиям из никеля и его сплавов с кобальтом, марганцем и др. толщиной стенки 0,8-2 мм (основные операции):

1. Обезжиривание химическое или протиркой венской известью.

2. Насыщение водородом в растворе состава, г/л:

Серная кислота50-70 Селенистая кислота 0,02-0,03 при температуре 18-25°С, плотности тока 7-10 Л/дм ; в течение б ч.

3. Охлаждение в жидком азоте в течение 2-2,5ч.

Примечание: Разрыв между операциями 2, 3 не более 1ч.

4. Медленный прогрев в среде воздуха с повышением температуры термошкафа от 20 до 200°С в течение 1,5 ч.

Примеры применения

1. По прототипу путем трехкратного проведения циклов: нагрев-охлаждение в атмосфере водорода соответственно в пределах 300-50QC с последующей дегазацией при 360°С в течение 2 ч.

2. По предлагаемому способу. 2;1. без охлаждения в жидком азоте 2.2. с охлаждением в жидком азоте Испытания проводились в лабораторных условиях на опытных образцах из элекСО

С

00

ю

1о

|Ю

$

со

тролитического никеля в виде лопаток размером 140x10x0,8 мм и цилиндрической емкости высотой 46, наружным диаметром 24 и толщиной стенки 1+0,1 мм,

Образцы-лопатки вырезались из слепка-пластины, получаемой электролитическим осаждением на катоде из ст. 12Х18Н9Т в виде пластины размером 200x100x2 мм с предварительно отполированной до V 8 и обезжиренной рабочей поверхностью в электролите состава, г/л:

Никель сульфами- , новый 600-660 Никель хлористый 12-15 Борная кислота 30-40 Прогресс 0,1-0,15 при рН 3,2-3,5 температуре 50-60°С и плотности тока 5-7 А/дм с интенсивным перемешиванием электролита очищенным сжатым воздухом.

Слепки удалялись с катода подрезкой кромок осадка. Перед подрезкой на лопатки они подвергались шлифованию на плоско- шлифовальном станке до заданной толщины.

Для получения цилиндрических емкостей использовались матрицы соответствующей формы и размера, изготовленные литьем в глиняные формы легкоплавкой композиции состава об.

Стеарин .: 60 Церезин 20 Медно-графитовый порошок 2.0 Перед наращиванием никеля на матрицу ее поверхность протиралась медно-гра- фитовым порошком с помощью кисти и затем на нее наносился сплошной слой меди толщиной 3-5 мм из стандартного сернокислого электролита. . .

После формования детали наращиванием слоя никеля толщиной до 1,5 мм из указанного выше электролита с одного ее торца высверливалось сквозное отверстие, через которое удалялась матрица выплавлением нагреванием при 180-220°С. Затем стенки, детали обтачивались на токарном станке до требуемой толщины (1 мм) и к торцовому отверстию низкотемпературной пайкой присоединялся штуцер для подсоединения к системе гидройспытаний.

Для обработки образцов и деталей по прототипу применялась горизонтальная трубчатая муфельная печь, через которую пропускался водород, поступающий от электролизера с пористым никелевым катодом с запирающим слоем.

Насыщение образцов и деталей по предлагаемому способу осуществлялось в термостатированной винипластовой ванне

емкостью 10 дм . Анодами применялись пластины из свинца, легированного 1-3% по массе висмута

Охлаждение в жидком азоте осуществлялось путем погружения в специальные резервуары, применяемые для его транспортирования и хранения.

Сравнительная оценка качества производилась путем определения механической

прочности образцов-лопаток при испытаниях на растяжение и предельного, давления разрыва цилиндрических емкостей в процессе гидроиспытаний.

Испытания на растяжение и разрыв

5 производились соответственно на разрывной машине PQ.5 при скорости активного захвата 0,5 мм/мин и опытной установке для гидроиспытаний типа ГУ-200.

.Испытания проводились при 20°С на

0 образцах и деталях непосредственно после их обработки, а также после дополнительного отжига в разреженной среде ( Па) при 400 и 800°С в течение 1 ч с последующим охлаждением с печью.

5 Для сравнения и оценки относительного воздействия предлагаемого и известного, способов упрочняющей обработки на свойства испытываемого металла проводились также испытания образцов и деталей в ис0 ходном состоянии {нулевой пример).

Результаты испытаний (усредненные значения по трем образцам) представлены в таблице. Приведенные данные (таблица) показы5 вают, что предлагаемый способ (пример 2.2) упрочнения обеспечивает существенное повышение механических свойств исследуемого металла по сравнению с прототипом и. исходным состоянием (без упрочняющей

0 обработки). При этом одновременно достигается стабилизация механических свойств, нто обнаруживается по степени их зависимости от температуры испытания. Для исходного никеля, обработанного по прототипу,

5 повышение температуры приводит к заметному и одинаковому снижению механической прочности, в то время как никель, прошедший обработку по предлагаемому способу, является более термостойким.

0 Согласно существующим представлениям упрочняющее воздействие окклюдированного водорода обусловлено возможными структурными превращениями металла за счет водородного наклепа и одновремен5 ным образованием соединений типа Me Н, препятствующих движению дислокаций.

Однако выравнивание значений механической прочности исходного электролитического никеля и прошедшего упрочняющую

обработку после отжига может свидетельствовать лишь о том, что указанная выше смете ма является термодинамически неустойчивой и неизбежно должна стремиться к достижению более или менее устойчивого энергетиче- ского равновесия. Этому можно воспрепятствовать, по-видимому, удержанием водорода в системе, что достигается в предлагаемом способе за счет его вытеснения при глубоком холоде к периферии кристалличе- ских зерен и образования на границах спая и местах скопления дислокаций водородных микроколоний. Последние достаточно устойчивы механически вплоть до высоких значений температуры (800-1000°С) и, оче- видно, ответственны за наблюдаемый эффект упрочнения и стабилизации механических Свойств.

Изобретение не требует дополнительных издержек производства и может быть реализовано в условиях действующих ма- шиностроительных предприятий. Его применение обеспечивает повышение эксплуатационных свойств изделий и покрытий, получаемых электролитическим осаждением никеля и его сплавов с кобальтом, железом, марганцем и др., а также традиционными методами (резание, точение, щтам- повка и т.п.) из соответствующих технических металлов и сплавов.

Экономический эффект от использования изобретения достигается за счет упрощения цикла обработки, повышения его технологичности и, эксплуатационных характеристик обрабатываемых изделий и материалов.

Формула изобретения Способ упрочнения изделий и з никеля и его сплавов, включающий насыщение водородом и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью улучшения механических свойств и упрощения технологии, насыщение водородом осуществляют электролитически в растворе серной и селенистой кислот, а охлаждение ведут в жидком азоте.

Использование: изобретение относится к гальванопластике и может получить применение в машиностроении для улучшения эксплуатационных характеристик изделий, получаемых электролитическим осаждением никеля и его сплавов, а также других гидридробразующих металлов. Сущность изобретения: изделия из никеля и его сплавов насыщают водородом на катоде в растворе серной и селенистой кислот, а охлаждение ведут в жидком азоте, 1 табл.