Электролит для осаждения металлополимерных покрытий

 

Использование: в гальваностегии для восстановления и упрочнения деталей сельскохозяйственной техники. Сущность изобретения , электролит содержит, г/л. хлористое железо 200-260, сернокислое железо 250-310, хлористый никель 10-20, сернокислый никель 10-20. хлористый кобальт 5-15, карбид титана 10-30, сульфанол 3-5, дисульфанафталиновая кислота 2-3, борна кислота 14-20, винипласт 20-50 2 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 742362 А1 (51)5 С 25 0 15/OG

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747043/26 (22) 09.10.89 (46) 23.06.92. Бюл. ¹ 23 (7.1) Грузинский институт субтропического хозяйства (72) Д.B.Êàöèòàäçå, Д.H.Kèêàáèäçå, Н.М,Рогава, Л.А.Басария и X.Ñ.Íàðñèÿ (53) 621.357:669.248{088,8} (56) Авторское свидетельство СССР № 639971, кл, С 25 Р 13/02, 1 977.

Гурьянов Г.В. Электроосаждение износостойких композиций. — Кишинев: Штинница, 1985, с, 212.

Изобретение относится.к гальваностегии; s частности к области электролитического осаждения износостойких металлополимерных электролитических покрытий для восстановления и упрочения деталей сельскохозяйственной техники, работающих в условиях виброударных нагрузок в агрессивной среде.

Известен электролит для получения металлополимерных покрытий, содержащий поливиниловый спирт, борную кислоту, воду и соединение металла в виде комплекса металла с солянокислым триэтаноламином, Недостатком этого электролита являет- . ся то, что он не обеспечивает получения покрытий необходимой толщины, пригодной для восстановления изношенных деталей сельскохозяйственной техники.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является электроЛит для осаждения металлополимерн ых электролитических покрытий. содержащий хлористое

{54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИЫЕРНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ (57) Использование: в гальваностегии для восстановления и упрочнения деталей сельскохозяйственной техники. Сущность изобретения; электролит содержит, г/л; хлористое железо 200 — 260, сернокислое железо 250-310, хлористый никель 10 — 20, сернокислый никель 10-20. хлористый кобальт

5 — 15, карбид титана 10-30, сульфанол 3-5, дисульфанафталиновая кислота 2 — 3, борна". кислота 14 — 20, винипласт 20 — 50. 2 табл. железо, сульфат алюминия и полимерную фазу.

Однако покрытия, полученные в этом электролите, характеризуются относительно низкой ударной износо- и коррозионной стойкостью в абразивной среде.

Целью изобретения является повышение ударной износо- и коррозионной стойкости покрытия.

Электролит, содержащий хлористое железо, сульфат алюминия и полимерную фазу, дополнительно содержит хлористый никель, сернокислый никель и порошковый винипласт с целью повышения коррозионной стойкости и виброгасящей способности покрытия, серникослое железо с целью повышения выхода по току металла и меньшего разряда водорода, снижения внутренних напряжений и повышения ударной вязкости, сернокислый кобальт, хлористый кобальт и карбид титана, дисперсность карбида с размером частиц (0,75-2,0) мкм, с целью повышения микротвердости полученного осадка, смачивающий компонент—

1742362 сульфанол, блескообразователь -дисульфанафталиновую кислоту, буфирующую добавку — борную кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлористое железо 200 — 260

Хлористый никель 10 — 20

Хлористый кобальт 5-15

Сернокислое железо 250 — 310

Сернокислый никель 10 — 20

Сернокислый кобальт 5 — 15

Винипласт .20-50

Карбид титана 10 — 30

Сульфанол 3 — 5

Дисульфанафталиновая кислота 2 — 3

Борная кислота 14 — 20

Внешний вид полученного покрытия— матово-белый.

Пример 1, Для приготовления электролита берут 2000 г хлористого и 2500 r сернокислого железа (гигроскопические кристаллы), затем берут 100 г сернокислого и 100 r хлористого никеля (гигроскопические кристаллы) и. указанные компоненты растворяют в 10 л дистиллированной воде.

В течение 8 — 10 мин раствор интенсивно перемешивают мешалкой и затем трижды фильтруют. Далее добавляют 200 г порошкообразного винипласта и 100 r порошкообразного карбида титана.

Образцы монтируют на подвесное приспособление, проводят химическое обезжиривание бензином, а затем венской известью с последующей промывкой в холодной воде. Проводят анодное декопирование в ванне анодного декопирования в следующем составе электролита, г/л:

Сернокислое железо 250-300

Ортофосфорная кислота 100 — 150

Ортофосфорный натрий 20-50

Анодная плотность тока 60-80 А/Дм, температура раствора 280-285 К, время обработки 90 с. После декопирования проводят промывку холодной проточной водой при скорости потока 0,65-0,08 м/с и 288295 К, время обработки 40-60 с.

Приготовленный электролит переливают в ванну железнения устройства для осаждения композиционных электролитических покрытий. Раствор прогревают до

60-65 С и с помощью термостата ТС-24А и контактного термометра ТК-121 поддерживают постоян ную температуру.. Затем детали устанавливают в ванну с приготовленным электролитом и выдерживают без тока 25-30 с, осаждение ведут при начальной плотности тока 2 — 3 А/Дм . Плотность тока постепенно доводят регулятором одно50

55 г

В табл. 1 приведены примеры состава и режимы электролиза.

В табл. 2 приведены результаты физикомеханических испытаний восстановленных образцов предлагаемых концентраций и режимов осаждения.

Анализом предварительных экспериментов доказано, что для получения качественного покрытия (табл. 2, пример 2), необходимо подавать полимерную фазу в виде порошкообраэного винипласта со скоростью V = 0,40 — 0,55 г/мин. а порошкообразного карбида титана Ч-0.15-0,21 г!мин, фазного тока POT-25/05 до рабочего значения 30 — 35 А!Дм .

Постоянство концентрации железа, никеля и кобальта во время электролиза

5 поддерживается соответственно с применением растворимых анодов железа, никеля и кобальта. Площадь анодов выбирается в зависимости от площади восстанавливаемой поверхности. Рекомендуется брать со10 отношение 2:1.

Постоянство концентрации винипласта и карбида титана поддерживается с применением в устройстве двухсекционного бункера (с периодической подачей эквива15 лентного количества израсходованных компонентов); одна секция которого заполнена полимерным порошкообразным материалом и снабжена первым трубопроводом для подачи этого материала к одной стороне

20 детали. Другая секция заполнена парошкообразной дисперсионной фазой и снабжена вторым трубопроводом для этой фазы к другой стороне детали, в бункере по периферии диска выполнены отверстия для размеще25 ния анодов, а на днище ванны размещен коллектор, который связан с источником сжатого воздуха, а концы. прилежащие к катодам, выполнены с соплами для выхода сжатого воздуха. Бункер смонтирован на ка30 тодной штанге с выступающим вверх от диска резьбовым хвостовиком.

После окончания разгонного цикла включают одновременно двухсекционный бункер и коллектор. Включение бункера

35 обеспечивает равномерную подачу дисперсионной фазы в виде карбида и титана и полимерного материала в виде порошкообразного винипласта в катодном пространстве ванны.

40 Подача количества винипласта и карбида титана регулируется дозатором, установленным между бункером и трубопроводом..

Дополнительно подаваемый расход указанных компонентов является функцией про45 центного содержания в электролитическом сплаве этих компонентов.

1742362

20

25 л= К 876 10- /p, 30

40

При достижении необходимой толщины покрытия (0,3-0,5 мм) на сторону процесс наращивания прекращают, а диск с хвостовиком с деталью вынимают из ванны, деталь снимают с катодной штанги, промывают горячей водой и нейтрализуют в 10%-ном растворе едкого натрия.

Пример 2, Для приготовления электролита берут 2300 r хлористого и 2800 r сернокислого железа (гигроскопические кристаллы), затем берут по 150 г сернокислого и хлористого никеля (гигроскопические кристаллы), далее — 100 r хлористого и 100 r сернокислого кобальта (гигроскопические кристаллы). Указанные компоненты растворяют в 10 л дистиллированной воде, в раствор добавляют 170 г борной кислоты, 25 r. дисульфанафталиновой кислоты и 40 r сульфанола.

После приготовления электролита дальнейший технологический процесс наращивания о<:уществляется по такой же последовательности, как в примере 1, за исключением расхода дисперсионной фазы и полимерных добавок. Подается карбидтитана 200 r и порошкообразный винипласт 350 r, обеспечивая равномерную подачу в течение всего технологического процесса осаждения.

Пример 3. Для приготовления электролита берут 2600 г хлористого. и 3100 r сернокислого железа (гигроскопические кристаллы); затем берут по 200 г сернокислого и хлористого никеля (гигроскопические кристаллы); далее — 150 r хлористого и 150 г сернокислого кобальта (гигроскопические кристаллы), указанные компоненты растворяют в 10 л дистиллированной воде, добавляют 200 r борной кислоты, 30 r дисульфанафталиновой кислоты и 50 г сульфанола, После приготовления электролита дальнейший технологический процесс наращивания осуществляется по такой же последовательности, как в примере 1, за. 45 исключением расхода дисперсионной фазы и полимерных добавок. Подается карбидтитана 300 r и порошкообразный виниплаат

500 г, обеспечивая равномерное в течей щ всего технологического процесса осажде- 50 ние.

Образование металлического осадка на, катоде происходит в процессе кристаллиэа-: " ции. Характер и расположение кристаллов в " кристаллической решетке определяет 55 структуру осадка. Образование той или иной структуры зависит от природы электролита и режима электролиза.

3а нижним пределом (пример 2) составляющих компонентов электролита получа- . ются осадки крупной кристаллической структуры, покрытие характеризуется низкой ударной износа- и коррозионной стойкостью. За верхним пределом (пример 3) составляющих компонентов электролита качество покрытия .ухудшается (появляется бугристость). Образцы с полученными покрытиями устанавливают на машине для испытания материалов на абразивный износ при виброударной нагрузке. Содержание железа, никеля, кобальта и титана определяют спектральным анализом на установке

"Сидоскоп - СП-17А". Микротвердость покрытий замеряют на приборе МУК-Е (нагрузка 100 г).

Испытание на устойчивость к коррозии проводят в специальных камерах влажности

"Гидростат Г-А" в условиях, приближенных к атмосферной коррозии. Скорость коррозии определяют количественным методом по потере массы образца (изменение толщины) по ГОСТУ, Глубинный показатель коррозии пересчитывается на массовый по формуле где л — глубинный показатель, мм/год;

К вЂ” массовый показатель (потери массы), кг/м2.4;

p — плотность металла, кг/м . з

Испытание на абразивную износостойкость образцов проводят в масляной среде на установке для испытания материала на износ при повторной ударной нагрузке, В . качестве материала абразива применяется кварцевый песок диаметром 0,16-0,2 мм, Число оборотов абразива составляет

950 об/м, частота удара 1100 удар/мин, а время испытания 1200 с. При этом пользуются индустриальным маслом.

Формула изобретения

Электролит для осаждения металлополимерных покрытий, включающий хлористое железо и полимерную фазу, о т л и ч аю шийся тем; что, с целью повышения ударной износо- и коррозионной стойкости покрытий, он дополнительно содержит сернокислое железо, хлористый и сернокислый никель, хлористый и сернокислый кобальт, карбид титана, сульфанол, дисульфанофта-. линовую и борную кислоты, а в качестве ,полимерной фазы — винипласт, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлористое железо 200-260

Сернокислое железо 250 — 310

Сернокислый кобальт 5-15

Хлористый никель 10 — 20

1742362

10-20

5-15

10-30

3 — 5

2 — 3

14 — 20

20-50

Таблица 1

Известный име ам

500-550

5

20

2,5

5- — 150

3-5

50-80

293-299

338

338

0,8 — 1,3

1,4

1,43

Таблица 2

Известный

3,5

1,5

1.021

0,018

0,042

0,5

Сернокислый никель

Хлористый кобальт

Карбид титана

Сульфанол

Состав электролита и режимы электролиза

Хлористое железо

Сернокислое железо

Хлористый никель

Сернокислый никель

Хлористый кобальт

Сернокислый кобальт

Винипласт

Карбид титана

Сульфанол

Лисульфанафталиновая кислота

Борная кислота

Сульфат алюминия

Стабилизатор

Поливинилхлорид

Температура электролита, К

Катодная плотность тока, А/Дм

Н элект олита

Физико-механические свойства покрытий

ВыхОД ПО ТОКУ, %

Содержание, % никеля железа кобальта полимера титана алюминия

Интенсивность ударно-абразивного изнашивания, 10 кгс

Материал образца. Ст, 45

Контробразец Ст. 45

Глубина коррозийного проникновения, мм/год

Скорость коррозии,к/м2 ч

Балл оценки коррозийной устойчивости по ГОСТУ, балл

Микротвердость покрытий, МПа

Тол ина пок ытий,мкм

Дисул ьфанофталиновая кислота

Барная кислота

Винипласт