Способ получения покрытия на деталях из алюминиевых сплавов

 

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам нанесения покрытий на детали из алюминиевых сплавов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в авиационной технике. Способ включает двухкратное осаждение контактного никеля из раствора, содержащего хлористый никель, борную и плавиковую кислоты, с промежуточным и последующим удалением никеля, нанесение подслоя хрома при 10-25^oC, после чего производят износостойкое хромирование, с последующей термообработкой при 120-125^oC.

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам нанесения покрытий на детали из алюминиевых сплавов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в авиационной технике.

Известен способ получения износостойкого хромового покрытия, включающий двухслойное осаждение хрома, при этом первый слой хрома осаждают при 16-23^oC [1] Этот способ предназначен для хромирования стальных деталей.

Известен также способ получения хромового покрытия, включающий осаждение первого слоя их тетрахроматного электролита при комнатной температуре, а второго слоя из стандартного электролита [2] Этот способ предназначен также для хромирования мерительного инструмента, изготовленного из различных марок стали.

Наиболее близким по технической сущности является способ нанесения покрытия на детали из алюминиевых сплавов, включающий двухкратное контактное осаждение промежуточного металлического слоя, в том числе и никелевого слоя с последующим и промежуточным удалением этого слоя, нанесение хромового покрытия и термообработку при 180-200^oC [3] Недостатком известных способов является то, что хромовые покрытия имеют недостаточное сцепление с основой.

Для повышения прочности сцепления покрытия в способе нанесения покрытия на детали из алюминиевых сплавов, заключающемся в двухкратном осаждении контактного никеля из раствора, содержащего хлористый никель, борную и плавиковую кислоты, с промежуточным и последующим удалением никеля, износостойкого хромирования и термообработке, перед износостойким хромированием наносят подслой хрома при 10-25^oC, а после износостойкого хромирования проводят термообработку при 120-250^oC.

Осаждение контактного никеля проводят из раствора, содержащего никель, плавиковую и ортофосфорную кислоты.

Нанесение подслоя хрома из холодного электролита (тетрахроматного, стандартного и др.) при температуре хромирования 10-25^oC перед нанесением износостойкого хрома позволяет резко повысить прочность сцепления покрытия с основной.

В результате создаются условия для осаждения хромовых покрытий толщиной 300 мкм и более, пригодных для восстановления изношенных деталей.

Хромирование ниже температуры 10^oC нецелесообразно, так как в этом случае необходимо интенсивное и длительное осаждение электролита.

Повышение температуры выше 25^oC резко ухудшает свойства подслоя (увеличиваются внутренние напряжения и пористость), в результате чего понижается прочность сцепления хрома с основой.

Улучшение прочности сцепления хрома с основой наиболее сильно проявляется при определенном сочетании плотности тока и толщины осаждаемого подслоя, которые установлены в результате проведенных исследований (примеры 5-10).

Последующая термообработка при 120-250^oC после нанесения износостойкого хрома способствует снижению внутренних напряжений в хромовом покрытии и несколько увеличивает их прочность сцепления с основой.

Следует также отметить, что указанная в прототипе термообработка при 180-200^oC исключает применение этого способа для алюминиевых сплавов Д1, Д16, АМГ6, В95 и др. так как температура старения этих сплавов, которая определяет их прочностные характеристики и коррозионную стойкость, равна 120^oC.

Таким образом, технический эффект, а именно: повышение прочности сцепления хромовых покрытий с основой, достигается за счет совокупности всех существенных признаков, отраженных в формуле изобретения.

Следует также отметить, что предлагаемый способ разработан для восстановления деталей авиационной техники из алюминиевых сплавов.

Пример 1. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65^oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот в соотношении 3:1 по объему. Контактное осаждение никеля проводили в растворе следующего состава, г/л: Никель хлористый 650 Борная кислота 35 Фтористоводородная кислота (40%-ная) 15 Режим: температура раствора 20-25^oC, продолжительность обработки 1 мин.

После промывки в холодной воде слой контактного никеля удаляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 3:1 по объему). Повторное осаждение контактного никеля в приведенном выше растворе проводили после тщательной промывки деталей в воде. Повторное удаление слоя контактного никеля проводили в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот в соотношении 3:1 по объему.

Хромирование деталей после тщательной промывки в холодной воде проводили в стандартном электролите при температуре равной 55^oC и хромирование начинали при i_k 85 А/дм² в течение 5 мин и затем плотность тока снизили до номинальной 50 А/дм². Толщина хрома 300 мкм. Прочность сцепления покрытия с основой проверяли количественно.

Количественно прочность сцепления покрытия с основой определяли по методу сдвига. Испытания проводили на специальных цилиндрических образцах-свидетелях (диаметр 12 мм, L 40 мм) из алюминиевого сплава АК-4. На образцы наносили многослойное покрытие, как описано выше, и в покрытии нарезали 5-6 поясков высотой 1-2 мм. Образцы испытывали на машине 1231-У10. Образец с пояском покрытия устанавливали в матрицу. В момент сдвига пояска покрытия фиксировали значение нагрузок с точностью до 40 Н. Усилие сдвига определяли 6-8 раз. Расчет величины прочности сцепления проводили по формуле: где P нагрузка, Н; d диаметр образца, мм; h высота пояска, мм.

Прочность сцепления покрытия с алюминиевым сплавом АК-4 равняется 105 МПа.

Пример 2. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65^oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 3:1 по объему). Контактное осаждение никеля проводили в растворе следующего состава, мас.

Хлористый никель 20
Ортофосфорная кислота (85%-ная) 10
Фтористоводородная кислота (49%-ная) 3
Вода 67
Режим температуры раствора 20-25^oC, продолжительность обработки - 10 с.

После промывки в холодной воде слой контактного никеля удаляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот в отношении 3:1 по объему. Повторное осаждение контактного никеля в приведенном выше растворе проводили после тщательной промывки деталей в проточной воде. Повторное удаление слоя контактного никеля проводили в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 1:2 по объему). Износостойкое хромирование и определение прочности сцепления покрытия с основой проводили, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия с алюминиевым сплавом АК-4 равняется 70 МПа.

Пример 3.Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля и хромировали как описано в примере 1. Прочность сцепления с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 100 МПа.

Пример 4. Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля и хромировали как описано в примере 2. Прочность сцепления покрытия с основой определяли как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 68 МПа.

Пример 5. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65^oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 3:1 по объему). Контактное осаждение никеля проводили в растворе следующего состава, мас.

Ортофосфорная кислота (85%-ная) 10
Фтористоводородная кислота (48%-ная) 3
Никель хлористый 20
Вода 67
Режим: температура раствора 20-25^oC, продолжительность 10 с.

После промывки в холодной воде слой контактного никеля удаляли в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношении 3:1 к объему). Повторное осаждение контактного никеля в приведенном выше растворе проводили после тщательной промывки деталей в воде. Повторное удаление слоя контактного никеля проводили в растворе концентрированной азотной и плавиковой кислот (в соотношение 3:1 по объему).

Хромирование деталей после тщательной промывки в холодной воде проводили в электролите следующего состава, г/л:
Хромовый ангидрид 400
Натр едкий 40
Кислота серная 2,1
Хром трехвалентный (в пересчете на C₂O₃) 10
Режим: температура электролита 18^oC, плотность тока 20 а/дм², продолжительность хромирования 40 мин.

После нанесения подслоя хрома из тетрахроматного электролита детали хромировали в стандартном электролите при 55^oC и плотности тока i_k 50 А/дм². Толщина хрома 300 мкм. После хромирования проводили термообработку деталей в электропечи при 200^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с алюминиевым сплавом АК-4 равняется 135 МПа.

Пример 6. Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 5. Прочность сцепления покрытия с основой определяли как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 250 МПа.

Пример 7. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали как описано в примере 5, за исключением продолжительности осаждения контактного никеля, которая составляла 15 с. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-4 равняется 175 МПа.

Пример 8. Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой, подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 7. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 235 МПа.

Пример 9. Детали из алюминиевого сплава АК-4 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1, и осаждали подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 5. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-4 равняется 204 МПа.

Пример 10. Детали из алюминиевого сплава АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1, осаждали подслой из тетрахроматного электролита, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 5. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-6 равняется 270 МПа.

Пример 11. Детали из алюминиевого сплава Д-1 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65^oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в азотной кислоте (1:1). Контактное осаждение никеля проводили в растворе следующего состава, мас.

Ортофосфорная кислота (85%-ная) 10
Фтористоводородная кислота (48%-ная) 3
Никель хлористый 20
Вода 67
Режим: температура раствора 20-25^oC, продолжительность 10 с.

После промывки в холодной воде слой контактного никеля удаляли в концентрированной азотной кислоте (плотность 1,35). Повторное осаждение контактного никеля в приведенном выше растворе проводили после тщательной промывки деталей в воде. Повторное удаление слоя контактного никеля проводили в концентрированной азотной кислоте. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита, хромирование и термообработку проводили, как описано в примере 5. Термообработку проводили при 120^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равняется 110 МПа.

Пример 12. Детали из алюминиевого сплава Д-1 после обезжиривания и промывки в воде травили в растворе едкого натра (100 г/л) при 65^oC в течение 30 с, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в азотной кислоте (1:1), осаждали на них контактный слой никеля и хромировали, как описано в примере 1. Термообработку проводили при 120^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равняется 66 МПа.

Пример 13. Детали из алюминиевого сплава Д-1 и Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 11, за исключением продолжительности осаждения контактного слоя никеля, которая составляла 15 с. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5. Термообработку деталей из сплава Д-1 и Д-16 проводили соответственно при 120^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равняется 143 МПа, а со сплавом Д-16 167 МПа.

Пример 14. Детали из алюминиевых сплавов Д-1 и Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 13. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5, за исключением температуры тетрахроматного электролита, которая составляла 5^oC. Термообработку деталей из сплавов Д-1 и Д-16 проводили при 120^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления хромового покрытия со сплавом Д-1 равняется 145 МПа, а со сплавом Д-16 165 МПа.

Пример 15. Детали из алюминиевых сплавов Д-1 и Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 13. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5, за исключением температуры тетрахроматного электролита, которая составляла 30^oC. Термообработку деталей проводили из сплавов Д-1 и Д-16 при 120^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления хромового покрытия со сплавом Д-1 равняется 36 МПа, а со сплавом Д-16 34 МПа.

Пример 16. Детали из алюминиевых сплавов АК-4 и АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5, за исключением температуры тетрахроматного электролита, которая составляла 5^oC. Термообработку деталей из сплавов АК-4 и АК-6 проводили при 200^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-4 равняется 200 МПа, а со сплавом АК-6 275 МПа.

Пример 17. Детали из алюминиевых сплавов АК-4 и АК-6 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5, за исключением температуры тетрахроматного электролита, которая составляла 30^oC. Термообработку деталей из сплавов АК-4 и АК-6 проводили при 200^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом АК-4 равняется 80 МПа, а со сплавом АК-6 93 МПа.

Указанная в материалах заявки температура термообработки является верхним пределом (для сплавов Д-1, Д-16 120^oC, для сплавов АК-4, АК-6 - 210-250^oC), при котором не происходит снижения коррозионной стойкости алюминиевых сплавов. Поэтому определение прочности сцепления хрома с основой после термообработки при температуре выше 250^oC не проводили. Проведение термообработки при температуре ниже 120^oC не эффективно, так как практически не снижаются внутренние напряжения в хроме, а прочность сцепления его с основой уменьшается.

Пример 18. Детали из алюминиевых сплавов Д-1 и Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 11, за исключением продолжительности осаждения контактного слоя никеля, которая составляла 15 с. Осаждение подслоя из тетрахроматного электролита и хромирование проводили, как описано в примере 5. Термообработку деталей из сплавов Д-1 и Д-16 проводили при 110^oC в течение 3 ч. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равняется 90 МПа, а со сплавом Д-16 105 МПа.

Пример 19. Детали из алюминиевого сплава Д-1 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1, и осаждали подслой хрома и тетрахроматного электролита при 20^oC и плотности тока 10 А/дм², продолжительность - 75 мин, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 11. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-1 равна 225 МПа.

Пример 20. Детали из алюминиевого сплава Д-16 после обезжиривания и промывки в воде травили, осветляли, осаждали на них контактный слой никеля, как описано в примере 1, и осаждали подслой хрома из тетрахроматного электролита при 20^oC и плотности тока 10 А/дм², продолжительность - 50 мин, хромировали и термообрабатывали, как описано в примере 11. Прочность сцепления покрытия с основой определяли, как описано в примере 1. Прочность сцепления покрытия со сплавом Д-16 равна 220 МПа.

Примеры 19 и 20 иллюстрируют определение оптимального режима нанесения подслоя для получения прочносцепленного покрытия с основой.

Использование изобретения позволяет повысить прочность сцепления покрытия с основной, что дает возможность применять алюминиевые сплавы в тяжелонагруженных узлах трения авиационной техники и уменьшить их массу, а также восстанавливать детали при ремонте авиационной технике, что особенно актуально в настоящее время.

Формула изобретения

Способ получения покрытий на деталях из алюминиевых сплавов, заключающийся в двукратном осаждении контактного никеля из раствора, содержащего хлористый никель, борную и плавиковую кислоты, с промежуточным и последующим удалением никеля, износостойком хромировании и последующей термообработке, отличающийся тем, что перед износостойким хромированием наносят подслой хрома при 10 25^oС, а после износостойкого хромирования проводят термообработку при 120 250^oС.