Способ электролитического железнения в хлористых электролитах Советский патент 1993 года по МПК C25D3/20 

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий электролитическим способом, в частности к области электролитического осаждения железных покрытий, и может быть использовано в гальванических цехах ремонтных предприятий.- ., :. . .

Щелью изобретения является повышение равномерности покрытия, улучшение его прирабатываемости и уменьшение де- ндритообразования в процессе его нанесения. .. ; . .. . v - . ; .

Поставленная цель достигается тем, что электролитическое железнение в хлористых электролитах осуществляют на асимметричном переменном токе промышленной частоты с последующим снижением обратного тока в начальной стадии ив дальнейшем

(после начального периода) непрерывным равномерным повышением плотности обратного тока от значения (5,5 - 6,5) до(д - 20,5) А/дм2со скоростью (0,4-28) А/дм , ч, при этом значение катодного тока разно (54 -64) А/дм2.

Спосрб позволяет повысить равномерность распределения покрытия железом за счет того, что вследствие повышения обратного тика до (9 - 20,5) А/дм2 происходит уменьшение поляризуемости электрода за обратный период в (1,5 - 1,8) раза.

Способ дозволяет в (1,5 - 2) раза улучшить приработку покрытия, снизить прира- боточный износ, так как поверхностные слои покрытия имеют меньшие значения микротвердости на поверхности

(Н/ VB 4500 - 4700 МПа) и плотности дисло00 N О О hO

OJ

каций, чем в остальной части покрытия (Н,мв|# 6100 - 6200 МПа). В результате, в условиях граничного трения, образуется пластифицированный менее твердый слой металла, в котором происходит локализация сдвиговой деформации и который облегчает приработку. Указанные необходимые свойства поверхностного слоя достигаются по- степенным повышением к концу электролиза величины обратного тока до (9 - 20,5} А/дм2. С увеличением обратного тока осадки формируются более мягкие, с меньшим количеством дислокаций.

Уменьшение в (2 - 3) раза массы дендри- тоо на покрытии происходит в результате увеличения обратного тока. Дендриты возникают вследствие развития кристаллической шероховатости и в местах растрескивания покрытия. В свою очередь трещины возникают при возрастании внутренних напряжений, а дендритообразова- ние усиливается с повышением шероховатости и внутренних напряжений. Дендритообразование усиливается с повышением толщины покрытий в процессе электролиза. Обратный ток, в целях сдерживания нарастания шероховатости и внутренних напряжений, должен увеличиваться в процессе нанесения покрытия в процессе увеличения его толщины. Предлагаемый способ позволяет это сделать до 0бр. 20,5 А/дм2.

Нижняя граница скорости повышения плотности (обр. обратного тока 0,4 А/дм2 ч обусловлена тем, что при скорости меньшей 0.4 А/дм2 ч величина 0бр. долго нарастает и не достигнет значений, при которых покрытия очень равномерные, микротвердость и плотность дислокаций поверхностного слоя покрытия больше и прираба- тываемость плохая.

Верхняя граница скорости нарастания плотности обратного тока равная 28 А/дм2 ч выбрана исходя из того, что при большей скорости равномерность осадков резко ухудшится. Возрастает также начальный износ при приработке покрытия. Промежуточные (между 0,4 и 28 А/дм2 ч) значения скорости увеличения плотности обратного тока обеспечивают плавное достижение необходимых (оптимальных с позиций повышения равномерности покрытия, улучшения его прирабатываемое™ и уменьшения дендрйтробразования) значений 10бр. при нанесении железных покрытий различной толщины (практически от 0,1 до 1,5 мм), т.е. при различных длительностях процесса электролиза.

Катодная составляющая тока осаждения в процессе нанесения покрытия остается неизменной в интервале (54 - 64) А/дм2. При 1Пр. 54 А/дм2 происходит уменьшение

производительности процесса железнения и катодной поляризации, вследствие чего структура осадка будет более крупнокристаллической, что скажется на твердости и износостойкости покрытия. При 1Пр. 64

А/дм наблюдается заметное дендритооб- разование, подгар деталей, ухудшается качество покрытия.

Допустимый интервал значений плотности обратного тока в начальный момент основного режима составляет (5,5- 6.5) А/дм2. Нижняя граница интервала обусловлена тем, что при 1обр. меньше 5,5 А/дм2 ухудшается равномерность распределения осадка. В случае, если 10бр. в начальный момент

основного режима будет больше 6,5 А/дм2, с учетом заявленной скорости увеличения 1обр. (0,4 - 28) А/дм2 ч к концу процесса поляризуемость Побр. выйдет за значение (Побр. 20,5 А/дм2) и тем самым будет нарушено условие: Побр. ППр.

Равномерность распределения покрытия оценивали в производственных условиях методом стержневого катода, имевшего семь стержней различной длины: глубина

первого углубления составила 10%, последнего 100%. О распределении металла судили по толщине Д осадка на торцах стержней. Более пологая зависимость Дот номера № стержня свидетельствует о лучшем распределении покрытия. На фиг.1 показаны графики распределения осадка на торцах стержней при осаждении известным способом и согласно изобретению. За количественный критерий фактической равномерности распределения железного покрытия принят коэффициент равномерности Кр.

I/ Дмин

Кр 75ЈГ где Дмин - минимальная толщина покрытия,

полученного на наиболее удаленном участке катода: для наших условий - на стержне

Дер. - средняя толщина.

Микротвердость покрытий измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке на пирамиду 0,1 кГс. Этот же прибор использовали для измерения толщины осадка на торцевых шлифах.

Величину начального износа определяли на машине трения СМЦ-2. Конртелом служила букса из чугуна СЧ-21-40: площадь соприкосновения колодки с роликом 1 см. Массу изношенного металла взвешивали на

аналитических весах АДВ-200 с точностью до 0,1 мГ (по результатам трех измерений).

Степень дендритообразования оценивали по процентной массе дендритов по отношению ко всей массе.

Пример. Электроосаждение железных покрытий осуществляли из хлористого электролита, состава, г/л: хлористое железо 400: соляная-кислота 1.0; рН 0,8: при температуре (20 - 35°С). Материал подложки сталь Ст.З.

Закономерность изменения параметров поляризующего тока в процессе нанесения покрытия отражает кривая зависимости амплитудной плотности тока от времени (фиг.2).

Процесс нанесения покрытия состоит из двух фаз: начального и основного режима. Начальный режим осуществляется на асимметричном переменном токе промышленной частоты. При этом прямая составляющая тока остается неизменной, а обратная -изменяется по амплитуде в сторону уменьшения. Исходные параметры режима: амплитудная плотность прямого тока Ir.np. 95 А/дм (средняя плотность- прямого тока Icp.np 60 А/дм2); амплитудная плотность обратного тока (т.обр. 79 А/дм2 (средняя плотность обратного тока (ср.обр. 50 А/дм2); катодно-анодное отношение /Si . При этих параметрах процесс осуществляется в течение 1,5 мин. Затем ступенчато изменяется обратный ток. Новая ступень характеризуется другим значением катод- но-анодного отношения и длится несколько минут. Последней ступенью начального режима является ступень с амплитудной плотностью прямого тока (т.пр. 95 А/дм2 (средней плотностью прямого тока Icp.np. 60 А/дм2), амплитудной плотностью обратного тока (т.обр. 9,5 А/дм2 (средней плотностью обратного тока (ср.обр. 6 А/дм2) и кЗтодно-анодным отношением fU 10. На этом заканчивается начальный режим. Его продолжительность 7 мин. Значения катод- но-анодного отношения:/ 1,2;/ 2 2;/Йз 4; .

Основной режим является продолжением начального. Исходные параметры основного режима: амплитудная плотность прямого тока Ir.np. 95 А/дм2 (средняя плотность прямого тока Icp.np. 60 А/дм2); амплитудная плотность обратного тока d 00р. 9.5 А/дм (средняя плотность обратного тока (ср.обр. 6 А/дм2); катодно-анодное от ношение / 10. Далее процесс осуществля- ется с непрерывным во времени равномерным повышением амплитудной плотности обратного тока при неизменной амплитудной плотности прямого тока. Конкретная величина скорости нарастания во

времени средней плотности обратного тока в диапазоне (0.4 - 28) А/дм2 ч выбирается исходя из необходимой толщины осадка и длительности процесса. Так, при толщине осадка 0.1 мм и времени осаждения 0,5 часа

скорость увеличения средней плотности обратного тока vcp. 28 А/дм2 ч и тогда в конце процесса амплитудная плотность прямого тока равна (т.пр. 95 А/дм2 (средняя плотность прямого тока (ср.пр. 60 А/дм2);

амплитудная плотность обратного тока 1т.обр. 31.7 А/дм2 (средняя плотность обратного тока (ср.обр. 20 А/дм2); катодно- анодное отношение/3 3.

Значение параметров (т.обр. и / в любой

момент основного режима могут быть легко определены по текущему значению времени осаждения в основном режиме.

Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в таблице.

Использование способа по изобретению позволяет на (20 - 25)% повысить равномерность -распределения покрытия железом; в (1,5 - 2) раза улучшить приработку покрытия, в(2 - 3) раза уменьшить массу

дендритов на покрытии.

Формула изобретения Способ электрического железнения в хлористых электролитах, включающий электролиз на переменном токе промышленной частоты с последующим снижением обратного тока в начальной стадии, о т л и - ч а ю щи и с ятем, что, с целью-повышения равномерности покрытия, улучшения его прирабатываемое™ и уменьшения дендритообразования в процессе его нанесения, после снижения обратного тока в начальной стадии процесс ведут при непрерывном равномерном повышении плотности обратного тока от 5,5 - 6,5 до 9 - 20,5 А/дм2 со

скоростью 0,4 -28 А/дм2 ч. при этом значение плотности прямого тока равно 54 - 64 А/дм2.

Сущность изобретения: электролиз ведут в две стадии: на первой - на перемен ном токе промышленной частоты с последующим снижением обратного тока, на второй стадии после снижения обратного тока на первой стадии процесс ведут при непрерывном повышении плотности обратного тока от (5,5 - 6,5) до„(9 - 20,5) А/дм2 со скоростью

А„

MKM

W

ОА

0.4

W

2345 6 7 A wryWTW 0г/г. /

« v4

-