Электролит для нанесения композиционных покрытий на основе хрома
Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к электрохимическому нанесению композиционных покрытий на основе хрома и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для изготовления износостойкости изделий, работающих в условиях трения с ограниченной подачей смазки. Электролит для нанесения композиционных покрытий на основе хрома содержит хромовый ангидрид 200 - 250 г/л, серную кислоту 2,0 - 2,5 г/л, добавку бензоилпирувоилгидразинокарбонилметилпиридиний хлорид 0,1 - 0,5 г/л и частицы твердой фазы-дисперсные частиц нитрида бора 8 - 20 г/л и фторида кальция 40 - 60 г/л. Дисперсные частицы нитрида бора и фторида кальция предпочтительно использовать в массовом отношении 1 : (3 - 5). Предлагаемый электролит обеспечивает повышение антифрикционности и пластичности хромовых покрытий за счет включения в состав композиционных осадков частиц твердой смазки и снижения микротверости хромовой матрицы. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области гальваностегии, в частности, к электрохимическому нанесению композиционных покрытий на основе хрома и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для изготовления износостойких изделий, работающих в условиях трения с ограниченной подачей смазки.
Известен электролит для получения композиционных хромовых покрытий следующего состава, г/л (авт. св. 1700105, C 25 D 15/00, 1989): Хромовый ангидрид - 150-250 Серная кислота - 1,5-2,5 Нитрид титана - 1,5-20 Бромистый алюминий - 1,0-3,0 O,O-Дизтил-O-[бис-N-(B-оксиэтил-n-аминофенол]тиофосфат - 1,0-3,0. Из данного электролита формируются покрытия с высокой микротвердостью (10-11 ГПа) и повышенной износостойкостью. Однако антифрикционные свойства получаемых покрытий невысоки. Так коэффициент трения (скольжения) покрытий в паре с закаленной сталью 45 в условиях сухого трения составляет 0,7-0,8. Кроме того, такие покрытия отличаются повышенной хрупкостью. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является электролит для нанесения композиционных покрытий на основе хрома, содержащий, г/л (авт.св. 1810399, C 25 D 15/00, 1993): Хромовый ангидрид - 200-250 Серная кислота - 2,0-2,5 Нитрид титана - 10-20 БПХ (бензоилпирувоилгидразинокарбонилметилпиридиний хлорид) - 0,1-0,5Известный электролит характеризуется повышенной рассеивающей способностью (16-20%), высоким выходом металла по току (22-26%) и высококоррозионными свойствами осадков. Однако антифрикционные характеристики получаемых покрытий не удовлетворительны при использовании их на деталях в узлах трения с ограниченной подачей смазки. Коэффициент трения таких покрытий при сухом трении (контртело-сталь 45) составляет 0,7-0,8. Предельная нагрузка схватывания в условиях граничного трения не превышает 40 МПа. Указанные недостатки обусловлены отсутствием в составе покрытий самосвязывающихся веществ. Другой недостаток известного электролита заключается в низкой пластичности хромовых покрытий, что обусловлено высокой (
8ГПа) микротвердостью осадков. Предлагаемый электролит обеспечивает повышение антифрикционности и пластичности хромовых покрытий за счет включения в состав композиционных осадков частиц твердой смазки и снижения микротвердости хромовой матрицы. Заявляемый электролит для нанесения композиционных покрытий на основе хрома, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, добавку бензоилпирувоилгидразинокарбонилметилпиридиний хлорид и частицы твердой фазы, отличается тем, что в качестве частиц твердой фазы он содержит дисперсные частицы нитрида бора и фторида кальция при следующем соотношении компонентов, г/л:Хромовый ангидрид - 200-250
Серная кислота - 2,0-2,5
Бензоилпирувоилгидразинокарбонилметилпиридиний хлорид - 0,1-0,5
Нитрид бора - 8-20
Фторид кальция - 40-60
Дисперсные частицы нитрида бора и фторида кальция предпочтительно использовать в массовом отношении 1:(3-5). Добавка БПХ имеет структурную формулу
Для приготовления электролита используют дисперсные порошки нитрида бора (
-BN) и фторида кальция с размером частиц не более 1-2 мкм. Осаждение проводят при плотности тока 20-40 А/дм2 и температуре электролита 60-70oC. Включение в хромовую матрицу нитрида бора, являющегося самосвязывающим веществом, в виде дисперсных частиц с гексагональной слоистой структурой позволяет значительно уменьшить коэффициент трения покрытий. При этом пластичность композиционных хромовых осадков повышается, поскольку микротвердость (-BN) невысока и составляет 0,2-0,4 ГПа. Введение в состав покрытий фторида кальция дает возможность повысить предельные нагрузки схватывания, так как образующаяся при сухом трении разделительная кальцийфторидная пленка надежно предохраняет поверхность пары трения от металлического контакта. Кроме того, фторид кальция, растворяясь частично в электролите хромирования, приводит к формированию пластичных осадков хрома с низкой микротвердостью. Это обусловлено формированием хромовой матрицы в виде гексагональной модификации хрома 
-Cr, имеющей значительно более низкие значения микротвердости, чем модификация -Cr, обычно получаемая при электрохимическом выделении хрома. Оптимизация указанных свойств обусловлена выбором оптимального соотношения концентраций нитрида бора и фторида кальция в электролите. Если концентрация частиц нитрида бора в электролите меньше 8 г/л, количество частиц твердой смазки в покрытии значительно понижается. При этом возрастает коэффициент трения и значения микротвердости, а антифрикционность и пластичность покрытий ухудшаются. Уменьшение концентрации фторида кальция менее 40 г/л приводит к снижению качества частиц CaF2 в хромовой матрице и повышению предельных нагрузок схватывания. Увеличение концентраций частиц нитрида бора более 20 г/л и фторида кальция более 60 г/л нецелесообразно, так как это приводит к формированию рыхлых некачественных осадков с неудовлетворительным сцеплением с основным металлом. Таким образом, заявляемый состав компонентов придает электролиту новые свойства. Электролит готовят следующим образом. Рассчитанное количество хромового ангидрида загружают в ванну и растворяют в воде, подогретой до 60-80oC. После растворения хромового ангидрида в раствор добавляют 3/4 рассчитанного количества серной кислоты. Перемешанный электролит анализируют и, установив действительное содержание хромового ангидрида и серной кислоты, дополнительно вводят недостающее количество. В полученный электролит вводят при интенсивном перемешивании растворенную в отдельной порции воды добавку БПХ и микропорошки нитрида бора и фторида кальция. Корректировку концентрации хромового электролита и серной кислоты проводят по ГОСТ 9.073-77. Корректировку состава по концентрации микропорошков в электролите проводят через каждые 400-500 А
ч/л. Конкретные примеры, иллюстрирующие использование изобретения, представлены в таблице. Хромирование образцов из стали 45 проводили из электролитов, приготовленных по 12 вариантам, в которых изменяли комбинацию компонентов электролита и соотношение концентраций частиц нитрида бора и фторида кальция с целью определения оптимального состава электролита по показателям антифрикционных и пластичных свойств покрытий и сравнения с характеристиками прототипа. Отношение концентраций CrO3: H2SO4 во всех составах электролитов поддерживалось на постоянном уровне около 100, так как отклонение от этого соотношения приводит к формированию недоброкачественных осадков. Хромирование осуществляли при температуре электролита 65oC и плотности тока 30 А/дм2. Антифрикционные свойства покрытий изучали на машине трения СМЦ-2 в условиях сухого и граничного (смазка Ц-52) трения при удельной нагрузке 4 МПа и скорости скольжения 2,5 м/с. Микротвердость покрытий определяли на приборе ПМТ-3 по ГОСТ 9450-76. Оценку пластичности композиционных осадков осуществляли методом испытания на сжатие хромированных цилиндрических образцов (диаметр 10 мм, высота 15 мм) на 1/3 высоты. Пластичность характеризуется потерей массы хрома в процентах к первоначальной массе. Из таблицы следует, что из предлагаемого электролита формируются покрытия, обладающие по сравнению с покрытиями, полученными из электролита прототипа, более высокими антифрикционными свойствами и показателями пластичности.
Формула изобретения
Хромовый ангидрид - 200 - 250
Серная кислота - 2,0 - 2,5
Бензоилпирувоилгидразинокарбонилметилпиридиний хлорид - 0,1 - 0,5
Нитрид бора - 8 - 20
Фторид кальция - 40 - 60
2. Электролит по п.1, отличающийся тем, что он содержит дисперсные частицы нитрида бора и фторида кальция при массовом соотношении 1 : 3 - 5.
РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
