Способ получения композиционных покрытий

 

Изобретение относится к электрохимическому нанесению многослойных композиционных покрытий на изделия и может быть использовано для защиты изделий, работающих в агрессивных средах, например нефтяных скважинах. Цель изобретения - повышение коррозионно-механической стойкости изделий. Способ получения композиционных покрытий на изделиях включает последовательное электрохимическое осаждение слоев никеля, никеля с частицами карбида титана и бора, никеля и никеля с частицами нитрида кремния при соотношении толщин слоев никеля и никеля с частицами 1 : (1 - 5) и равенстве толщин слоев, однородных по структуре. Способ позволяет повысить в 2 - 3 раза коррозионно-механическую стойкость изделий по сравнению с известным способом нанесения композиционных покрытий никель-частицы карбида титана и бора. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 25 0 15/00, 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4415668/02 (22) 26.04.88 (46) 15.07.91. Бюл, М 26 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" (72) В.П.Ткаченко, Ш.И.Азарьяев, С.B.Ëыска, А.Ф.Ткалич, В.В.Вишневский и Т.И.Толмачева (53) 621.357.7 (088.8) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к электрохимическому нанесению многослойных композиционных покрытий на изделия и может быть

Изобретение относится к электрохимическому нанесению многослойных композиционных покрытий на изделия и может. быть использовано для защиты изделий, работающих в агрессивных средах, например, нефтяных скважинах.

Цель изобретения — повышение коррозионно-механической стойкости изделий.

Предлагаемый способ получения композиционных покрытий включет последовательное электрохимическое осаждение слоев никеля, никеля с частицами карбида титана и бора, никеля с частицами нитрида кремния при соотношении тол щин слоев никеля и никеля с частицами 1:(1-5) и равенстве толщины слоев, однородных по структуре, Для реализации способа приготовляют электролиты никелирования, B отдельных емкостях в подогретой до 50 — 60 С воде растворяют хлористый никель и барную кис, 5U„„1663056 А1 использовано для защиты изделий, работающих а агрессивных средах, например нефтяных скважинах. Цель изобретения— повышение коррозионно -механической стойкости изделий. Способ получения композицонных покрытий на изделиях включает последовательное электрохимическое осаждение слоев никеля, никеля с частицами карбада титана и бора, никеля и никеля с частицами нитрида кремния при соотношении толщины слоев никеля и никеля с частицами 1:(1-5) и равенстве толщин слоев, однородных по структуре, Способ позволяет повысить в 2-3 раза коррозионно-механическую стойкость изделий по сравнению с известным способом нанесения композиционных покрытий никель-частицы карбида титана и бора. 2 табл. лоту. Оба раствора соединяют, Полученным раствором наполняют предварительную и основную ванны. Затем в отдельных емкостях полученным раствором разводят до сметанообразного состояния смесь порошков карбида титана и бора и порошок нитрида кремния. Полученную кашицу из смеси порошковкарбидатитанаиборадобавляют в предварительную ванну, а кашицу из порошка нитрида кремния добавляют в основную ванну, Процесс покрытия производится следующим образом.

В зависимости от требуемой толщины покрытия электроосаждение ведут при плотности тока 1--5 А/дм, одинаковой для обеих ванн. Вначале покрываемые детали помещают в предварительную ванну, Первые 10 — 15 мин и роцесс электроосаждения ведут в спокойной ванне, Поскольку первые

10-15 мин процесс идет в спокойной ванне, 1663056

50 то первоначально идет осаждение чистого никеля слоем 1-5 мкм, а затем уже осаждеwe никеля с частицами твердой фазы при барботаже электролита. После нанесения

:предварительного слоя покрытия детали промывают в воде и переносят в основную ванну, где процесс электроосаждения ведут аналогично процессу в предварительной ванне.

Время осаждения слоев никеля составляет 10 — 15 мин. Время осаждения слоев никеля с частицами твердых фаз составляет

15 — 45 мин, что обеспечивает формирование покрытий с необходимым соотношением толщин слоев. Предлагаемым способом можно получать качественные покрытия толщиной до 100 мкм, Для увеличения адгезии покрытия к поверхности детали производят спекание покрытия предпочтительно в вакууме при 900 — 950 С с временем выдержки 20 — 40 мин.

При совместном присутствии в покрытии частиц карбида титана и бора наблюдается повышение коррозионной стойкости получаемого покрытия, которое происходит как за счет ингибирования упомянутых частиц в предварительный слой покрытия, так и за счет физико-химической природы самих частиц. Повышение износостойкости покрытия происходит за счет наличия в основном слое частиц нитрида кремния, осажденных на слой из частиц карбида титана и бора. Никелевые слои обеспечивают сцепление всего покрытия с поверхностью изделия и сцепление между композиционными слоями. При указанной комбинации твердых частиц и слоев в покрытии значительное повышение износостойкости наблюдается при воздействии высокой скорости скольжения и удельной нагрузки. При спекании происходит диффузионное насыщение никелем металла основы и спекание частиц твердой фазы и никеля. В результате получают плотное без пор покрытие, отличающееся высокими износостойкостью и адгезией к металлу основы.

Составы используемых электролитов и режимы электролиза приведены в табл,1.

После нанесения покрытия детали 1 — 4 партий были термообработаны при 950 С в течение 25 мин, 5

Толщину полученонго покрытия определяли микрометром типа MK 0-25 (ГОСТ.

6507-78) путем замера скола небольшой поверхности покрытия исследуемого образца.

Твердость определяли по методу Виккерса микротвердомером типа ПМТ-3.

Исследование коррозионно-механической стойкости проводили на установке трения и износа типа УТИ-1, при этом были созданы условия, в которых работают детали погруженного электродвигателя в нефтяной скважине, т.е. удельная нагрузка на образец составила 90 кг/см2, скорость скольжения 8 м/с, окружающая деталь атмосфера — соляно-уксусно-медный туман при 50ОС и влажности 96 . Испытания на установке проводили непрерывно в течение

2 смен (16 ч).

Также была определена коррозионная стойкость по времени пребывания детали в сосуде со смесью соляной и серной кислот. Выдержка деталей в сосуде составляет 2 смены (16 ч), Адгезию покрытия к металлу основы определили путем изгиба образца на 180О до излома.

Свойства покрытий приведены в табл.2.

Как видно из данных табл.2, предлагаемый способ позволяет в несколько раз повысить коррозионно-механическую стойкость изделий по сравнению с прототипом, Формула изобретения

Способ получения композиционных покрытий, включающий электрохимическое осаждение на изделия слоя никеля с частицами карбида титана и бора и последующую термообработку, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения коррозионномеханической стойкости изделий, на них предварительно электрохимически осаждают слой никеля, а после нанесения слоя никеля с частицами карбида титана и бора последовательно электрохимически осаждают слой никеля и никеля с частицами нитрида кремния при соотношении толщин слоев никеля и никеля с частицами 1:(1 — 5) и равенстве между собой толщин однородных слоев, 1663056

31

t а

an с» t О л л сч о со о о

СЧ СЧ л О л л л

c»c» o o

СЧ СЧ

»СЪ С Ъ

° °

СЧ»О о о

ЧЪ»О

1

1

1 о о

»СЪ

Л СЪ

СЧ л л

СС»»О

»/Ъ

° Л- сЪ О сЪ

СЧ ° л л «

СО О»Ъ о л л оЪ

»»Ъ»»Ъ

СЧ C 4

»»Ъ»»Ъ»»Ъ

CV СЧ СЧ

an an

»4 СЧ о о

»О

»»Ъ

C»I C»I СЧ

I »»4 «л! 1

Е Е сб Л I д о о

»сЪ»сЪ an»сЪ»Ъ

»Ъ»с»»»Ъ an»»Ъ

»ъ о .о »»\ о о о

»»Ъ»»Ъ»»Ъ ъ о

-т»С»

О»сЪ О и Оъ о х а а х

44 Х

Х

СЪ CI

cd cd

СЪ» о о

I 1 о о о

Е 1 о о

I I о о о

I I I о о

v со

t 1 1 1 I

I 1 I I о гЛ

° л к

I I 1 1 1

I 1 I 1 о ъ о

С 4 C»I С Ъ о

1 1 1 1 1

1 I о»съ

o an c

СЧ СЧ С Ъ

СЪ о о

С Ъ С Ъ

Ъ Ъ О

» о с»ъ ъ

С» С Ъ С» С Ъ о

Ф о о о ъ

СЧ С4 с с о о о съ

С»Ъ С Ъ С Ъ с с о о с»съ о о

СЧ CV С Ъ Сс\ о

»»Ъ

С Ъ

»О л !

СЧ С» . an

cD I» М о» х со а х 1 ф о х

X aC X

cI S ad о х а х

l0 cd о х х х

U СЕ

О Id

18) ц

1саа

О

Q о

1 13

I V

CII, И д, »О

О), &

f

1

I о лoi

ы t+

Е

„II

Ю й

1

»»Ъ»»Ъ

1

1 !

О О л 1

aC»»О

I »О

1

1

1 о о о о

С Ъ С Ъ I

1

1 !

С»»Ъ С е» с 4 с ъ 1 1 I I »О»О

I 1 1 I чо !

1663056 о

Ю

tC аао

Х О о! Хх

m o охх

c4 cc v р.о@

o !. x

xvvv (Ч hl c4 с с р л х v о а

cV сЧ N м о в

А а

& Э

О х о и.

3:! а ф

m o

Ill

О ь

Ю

Ю

Ф о

1 I

1 О

Ф со

1 I

13! о х х

Ф с! ° I I голоси

Ю

n !

3() л Ха >Х о

5 Х А л

С Ъ

1 1

1

1о

cv v e e р r й" Х

Ф

Я с6 а

ID

6 е л и й о х и о

1"

v о

И Х о !

1

5 о

1 1

I ф <6

3 5 и

5 5 5 о о о

1 I

5 5 о о