Способ получения композиционных покрытий на основе никеля

 

Использование: для получения твердых износостойких покрытий. Сущность изобретения: покрытия наносят электрохимическим осаждением из электролита, содержащего от 2 до 3 кг/м3 частиц диборида хрома размером 63/56 или 56/40 или 40/28 при чередовании перемешивания электролита и седиментации частиц, причем длительность импульса перемешивания равна 12 - 24 с, а соотношение длительности импульсов перемешивания и седиментации от 1:1 до 1:3. После осаждения покрытия проводят отжиг в вакууме при 1060 - 1150°С в течение 3-5 мин.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 25 D 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4707466/02 (22) 11.05.89 (46) 30,04,92. Бюл. ¹ 16 (71) Институт проблем материаловедения

АН УССР (72) И. М, Федорченко, B. Н. Яненский, Ю, А.

Гуслиенко и М, B. Лучка (53) 621.357.7:669.248(088,8) (56) Самсонов Г. В. и др. Исследованиеусловий получения никель-бор-хромовых композиционных покрытий на стали 45.

Порошковая металлургия, 1977, N. 1, (169), с.

7 — 9, Патент США N 4153453, кл. С 25 D 3/56, 1979.

Изобретение относится к металлургии, в частности электрохимических производств получения композиционных покрытий и их термической обработки и направлено на повышение.их твердости и износостойкости.

Цель изобретения — повышение твердости и износостойкости композиционных покрытий, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения композиционных покрытий на основе никеля, содержащих хром и бор, включающем электрохимическое осаждение никеля на деталь-катод из электролита, содержащего частицы диборида хрома и последующий отжиг при 1060—

1150 С, согласно изобретению процесс проводят при горизонтальном расположении детали — катоде и плотности тока 5 — 15, Ц „„1730211 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ (57) Использование: для получения твердых износостойких покрытий. Сущность изобретения: покрытия наносят электрохимическим осаждением из электролита, содержащего от 2 до 3 кг/м частиц диборида хрома размером 63/56 или 56/40 или

40/28 при чередовании перемешивания электролита и седиментации частиц, причем длительность импульса перемешивания равна 12 — 24 с, а соотношение длительности импульсов перемешивания и седиментации от 1:1 до 1:3. После осаждения покрытия проводят отжиг в вакууме при

1060 — 1150 С в течение 3 — 5 мин.

А /дм в импульсном режиме при чередова2 нии перемешивания и седиментации частиц, причем длительность импульса перемешивания равна 12 — 24 с, а соотношение длительности импульсов перемешивания и седиментации от 1:1 до 1:3 и содержание частиц диборида хрома в электролите составляет от 2 до 3 кг/м при их размере 63/56 или 56/40, или 40/28, а отжиг проводят в вакууме в течение 3 — 5 мин, При низком содержании частиц диборида хрома в электролите (от 2 до 3 кг/м ), концентрации их в покрытии достигает от

18,2 до 23,1 мас,%, а отжиг проводят кратковременный, s течение 3 — 5 мин, обеспечивающий реализацию принципа получения гетерогенных (эвтектических) сплавов в виде композиционного покрытия с направленной кристаллизацией избыточных фаз—

1730211

55 кристаллов боридов сложного состава (типа

СГ2М!В2) и эвтектической матрицы.

Частицы диборида хрома вводили крупнозернистые, узкой фракции (от 40/20 до

63/56 мкм), а учитывая, что процесс фазовой перекристаллизации (эвтектическое оплавление) происходит при фиксированной температуре с большой скоростью, применение крупных частиц позволяет в определенной мере управлять им, растянув

его so времени (от 3 до 5 мин), Для получения покрытий заданного состава процесс электролиза осуществляли на горизонтально расположенном катоде из стандартного электролита, содержащего хлористый никель 300 кг/м, барную кис з лоту 40 кг/м . Процесс проводили при темз пературе от 50 до 60 С, рН от 3 до 4 катодной плотности тока от 5 до 15 А/дм в импульсном режиме при длительности импульсов перемешивания от 12 до 24 с с помощью импульсов сжатого воздуха, при соотношении длительности импульсов перемешивания электролита и седиментации в нем частиц равном от 1:1 до 1:3, Содержание в электролите порошка диборида хрома фракции 63/66, 66/40, 40/28 мкм составляло от 2 до 3 кг/м . Полученные покрытия содержат от 18,2 до 23,1 мас. % диборида хрома и после отжига в вакууме в интервале температур от 1060 до 1150 С в течение от 3 до 5 мин имеют структуру, состоящую из кристаллов боридов, содержащих хром и бор, и никель с ориентированной в направлении от подложки к поверхности и соответствующей эвтектики. Объемное содержание направленных кристаллов увеличивается от 10 до 80 % с повышением массовой доли диборида хрома в покрытии и приводит к увеличению его твердости от 76 до 78

HRA.

При отклонении от оптимальных параметров введения процесса электролиза получении композиционных электролитических покрытий и последующего их отжига в вакууме в интервале рекомендуемых температур и времени изотермической выдержки в сторону уменьшения или увеличения, получение композиционных покрытий заданного состава и структуры не обеспечивается. Так отжиг КЭП Ni—

CrBz в вакууме при температуре ниже

1060 С приводит к образованию кристаллов боридов; не имеющих определенной ориентировки, а имеющиеся в покрытии поры сохраняются. При отжиге покрытий выше 1150 С происходит стекание расплава с поверхности образцов. Приуменьшении времени изотермической выдержки

45 менее 3 мин образующиеся кристаллы избыточной фазы имеют дефектную структуру, сохраняются поры, а при увеличении времени изотермической выдержки более 5 мин— не обеспечивается требуемая структура.

Кроме того, применение порошка диборида хрома зернистостью ниже 40/28 мкм и выше 63/56 мкм не обеспечивает требуемую массовую долю порошка диборида хрома в покрытии. При уменьшении соотношения времени перемешивания электролита ко времени седиментации в нем порошка наполнителя менее 1:1 и более 1;3 не обеспечивается требуемая массовая доля включений диборида хрома в покрытии.

При уменьшении катодной плотности тока менее 5 А/дм уменьшается скорость прог цесса электролиза, при увеличении катодной плотности тока свыше 15 А/дм ухудшается качество получаемых покрытий. При уменьшении концентрации порошка в электролите менее 3 кгlм не обеспечивается необходимая равномерность распределения частиц в покрытии, а увеличение времени перемешивания свыше 24 с не обеспечивает требуемой массовой доли порошка диборида хрома в покрытии.

Пример 1, На плоскость образцов из стали 45 размером 33х33х3 мм осаждали

КЭП никель-диборид хрома в импульсном режиме перемешивания при соотношении времени перемешивания электролита ко времени седиментации порошка диборида хрома в нем, равном 1:1, фракции 63/56 мкм, концентрации его в электролите равной 2 кгlм, времени перемешивания электролита 12 с и катодной плотности тока равной 5 А/дм, При таком режиме соосаждения массовая доля диборида хрома в покрытии составляет 18,2 о/,. После отжига в вакууме при 1060 С в течение 3 мин структура покрытий состоит из кристаллов боридов сложного состава, содержащих никель, хром и бор с ориентировкой в направлении от подложки к поверхности и эвтектики.

Твердость покрытий составляет 76 HRA.

Приведенный износ 0,8128 г/GM2 км, Пример 2, На плоскость образцов из стали 45 размером ЗЗхЗЗхЗ мм осаждали композиционное электролитическое покрытие никель-диборид хрома в импульсном режиме перемешивания при соотношении времени перемешивания электролита и седиментации порошка диборида хрома в нем, равном 1:2, фракции порошка 56/40 мкм, концентрации его в электролите, равном 2,5 кгlм, времени перемешивания з электролита, равном 18 с, и катодной плот1730211

40

50

Составитель M.Ëó÷êà

Редактор Л.Веселовская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Король

Заказ 1492 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ности тока 5 А/дм . При таком режиме соо2 саждения массовая доля диборида хрома в покрытии составляет 19,7 Д. После отжига в вакууме при 1100 С в течение 3 мин структура покрытий состоит из кристаллов боридов сложного состава, содержащих никель, хром и бор, которые сориентированные в направлении от подложки к поверхности, а также эвтектики. Твердость покрытий составляет 78 HRA. Приведенный износ

0,6911 г/см км.

Пример 3. На плоскость образцов из стали 45 размером 33хЗЗхЗ мм осаждали

КЭП никель-диборид хрома в импульсном режиме перемешивания при соотношении времени перемешивания и седиментации, равном 1:3, фракции порошка 40/28 мкм, концентрации его в электролите, равной 3 кг/м, времени перемешивания электролита, равном 24 с, и катодной плотности тока, равной 5 А/дм, При таком режиме соосаждения массовая доля диборида хрома в покрытии составляет 23,1 . После отжига в вакууме при 1150 С в течение 5 мин структура покрытий состоит из кристаллов боридов сложного состава, содержащих никель, хром и бор, с ориентировкой в направлении от подложки к поверхности и эвтектики.

Твердость 77 HRA, приведенный износ

0,7878 г/см км.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать более твердые и износо5 стойкие композиционные покрытия с направленной ориентировкой кристаллов наполнителя от подложки к поверхности.

Формула изобретения

10 Способ получения композиционных покрытий на основе никеля, включающий электрохимическое осаждение никеля на деталь-катод из электролита, содержащего частицы диборида хрома, и последующий

15 отжиг при 1060 — 1150 С, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения твердости к износостойкости, процесс проводят при горизонтальном расположении детали-катода и плотности тока 5 — 15 А/дм в

20 импульсном режиме при чередовании перемешивания и седиментации частиц, причем длительность импульса перемешивания равна 12 — 24 с, а соотношение дл ител ьности импул ьсов перемешивания

25 и седиментации от 1:1 до 1:3 и содержание частиц диборида хрома в электролите составляет от 2 до 3 кг/м при их размере

63/56. или 56/40, или 40/28, а отжиг проводят в вакууме в течение 3 — 5 мин.