Способ нанесения химических и электрохимических композиционных покрытий

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гальваническом производстве при нанесении композиционных покрытий для защиты деталей от износа и для формирования на инструменте режущих слоев. Целью изобретения является разработка способа, позволяющего осадить композиционные покрытия с равномерным распределением частиц порошка любой зернистости на покрываемой поверхности любой кривизны и по сечению покрытия без нарушения точности профиля детали. Поставленная цель достигается тем, что покрываемая деталь на стадии прикрепления частиц порошка частично погружается в выпуклое эластичное дно ванны, в которой осуществляется нанесение композиционного покрытия. Складки эластичного дна изолируют непокрываемую поверхность, а на поверхность, свободную от изолирующего материала, засыпается порошок в необходимом количестве, который хорошо удерживается на ней за счет ограничивающих ее складок эластичного дна. Выпуклое дно ванны образуется за счет прогиба эластичного материала, служащего дном, при погружении ванны в жидкость с плотностью выше плотности раствора для нанесения покрытия. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гальваническом производстве при нанесении композиционных покрытий для защиты деталей от износа и для формирования на инструменте режущих слоев.

Для нанесения композиционных химических и электрохимических покрытий широко используется способ осаждения металлов из суспензий, представляющих собой электролиты с добавкой определенного количества дисперсного порошка (см. Р.С.Сайфулин. Композиционные покрытия и материалы. -М: Химия, 1977 , с. 9-11). Однако при достаточно высокой зернистости порошков они с трудом поддерживаются во взвешенном состоянии.

Известен способ порционного нанесения порошков сверху на покрываемую поверхность через слой электролита (см. А.К.Байкалов, И.Л.Сукенник. Алмазный правящий инструмент на гальванической связке.- Киев: Наукова думка, 1976, с. 37- 38, рис. 28б. После прихватывания порошка с помощью осаждающегося покрытия на поверхности детали, где он удерживается силами трения, производится поворот детали на определенный угол, следующая порция порошка засыпается уже на другую часть поверхности, а после прихватывания порошка осуществляется следующий поворот и так далее до получения сплошного слоя композиционного покрытия по всему профилю детали. Однако и этот способ имеет недостатки: его осуществление затруднено, если размеры частиц порошка велики, а радиус кривизны деталей мал, так как в этом случае частицы соскальзывают с покрываемой поверхностью, не успевая закрепиться осаждаемым металлом. К тому же данный способ не позволяет получать детали с высокой точностью распределения закрепленных частиц порошка по профилю, т.к. одновременно с закреплением порошка на одной части поверхности детали, на противоположной ее части осаждается слой металла без включения частиц порошка. Это характеризуется неравномерностью распределения включенных частиц по сечению покрытия.

Схематически распределение частиц порошка по профилю детали (или по сечению покрытия) осаждаемым покрытием по этому способу представлено на фиг. 1а.

Целью изобретения является разработка способа, позволяющего осадить композиционные покрытия с равномерным распределением частиц порошка любой зернистости на покрываемой поверхности любой кривизны и по сечению покрытия без нарушения точности профиля детали.

Схематически распределение закрепляемых частиц порошка по профилю детали (или по сечению профиля) осаждаемым покрытием по предлагаемому способу представлено на фиг. 1б.

Стрелками указаны: направление порционной части частиц порошка на деталь и направление ступенчатого поворота детали для закрепления порционно подающихся частиц порошка по всей поверхности детали.

Поставленная цель достигается тем, что покрываемая деталь на стадии прикрепления частиц порошка частично погружается в выпуклое эластичное дно ванны, в которой осуществляется нанесение композиционного покрытия. Складки эластичного дна изолируют непокрываемую поверхность, а на поверхность, свободную от изолирующего материала, засыпается порошок в небольшом количестве, который хорошо удерживается на ней за счет ограничивающих ее складок эластичного дна.

Выпуклое дно ванны образуется за счет прогиба эластичного материала, служащего дном, при погружении в жидкость с плотностью выше плотности раствора для нанесения покрытия.

Стадии осуществления предлагаемого способа схематически представлены на фиг. 2: 1 - ванна для нанесения покрытия, 2 - кожух, 3 - эластичное дно ванны, 4 - раствор для нанесения покрытия, 5 - жидкость с плотностью,превращающей плотность раствора для нанесения покрытия, 6 - дозированная порция частиц порошка, засыпаемая через поверхность электролита на участок покрываемой поверхности, 7 - деталь, на которой закрепляются (фиг. 2в) и заращиваются (фиг. 2г) частицы порошка.

На фиг. 2 показан процесс химического осаждения покрытия. В случае электрохимического нанесения покрытия в ванне 1 должны присутствовать аноды, а деталь должна быть подключена на катод.

На фиг. 2а представлена ванна (без раствора) для нанесения покрытия с эластичным дном в свободном состоянии. В качестве материала эластичного дна может быть использована резина, полиэтиленовая или поливинилхлоридная пленка и др.

На фиг. 2б показана та же ванна с раствором для нанесения покрытия, вставленная в кожух, заполненный жидкостью с плотностью, превышающей 1,2 г/см³ (максимальное значение плотности наиболее распространенных гальванических электролитов для нанесения покрытий). Эластичное дно в этом положении имеет выпуклую форму в сторону раствора с меньшей плотностью. В качестве жидкости с высоким значением плотности может быть использован, например, глицерин. В случае надобности через глицерин может быть осуществлен нагрев гальванических растворов до необходимой температуры.

Для затяжки покрываемым металлом подготовленная к нанесению покрытия деталь загружается в электролит в центре ванны. После затяжки на стадии вращения частиц порошка, деталь опускается таким образом, чтобы она частично погрузилась в эластичное дно и для контакта с рабочим раствором осталась только определенная необходимая часть покрываемой поверхности (см. фиг. 2в).

Засыпаемый через слой раствора порошок попадает на эту открытую часть поверхности детали и надежно удерживается на ней между выступающими складками эластичного дна. Остальная поверхность детали, охватываемая материалом эластичного дна, покрытию не подвергается. После прихватывания частиц порошка деталь поворачивается на определенный угол и в контакт с раствором вступает очередной участок без композиционного покрытия, на который засыпается следующая порция порошка, а участок с закрепившимися частицами изолируется, скрываясь в складке эластичного дна.

Таким образом осуществляется равномерное прихватывание порошка по всем участкам профиля детали на одну и ту же толщину покрытия, которая необходима. Для окончательного заращивания металлом покрытия прикрепленного порошка деталь перемещается из складки эластичного дна в центр ванны, где покрытие одновременно осаждается на все участки, равномерно распределяясь по профилю (см. фиг. 2г. Распределение частиц порошка на поверхности детали в этом случае соответствует схеме, представленной на фиг. 1б.

Предлагаемый способ нанесения композиционных покрытий может быть проиллюстрирован следующими примерами.

С целью нанесения никель - алмазного режущего слоя композиционные покрытия наносились на развертку диаметром 20 мм и надфиль диаметром 4 мм. Параллельно испытывались два варианта покрытия с использованием порционной засыпки алмазного порошка марки АСВ 80/63 через слой электролита: способом, принятым за прототип (свободное расположение детали в растворе) и предложенным способом (с погружением детали в складки эластичного дна).

Сравнение результатов двух способов нанесения композиционных покрытий проводилось по следующим параметрам: по количеству включенных в покрытие частиц и по равномерности распределения частиц по сечению покрытия, влияющее на профиль детали. Однослойные композиционные покрытия наносились из сульфаматного электролита при катодной плотности тока 4 а/дм³ в три стадии: затяжка, прикрепление, заращивание.

На стадии затяжки детали покрывались на толщину 5 - 10 мкм в объеме электролита без алмазных частиц при постоянном вращении. После затяжки детали, покрывающиеся по способу, принятому за прототип, оставались в объеме раствора (фиг. 2г), а детали, покрывающиеся по предлагаемому способу, частично погружались в складки эластичного дна гальванической ванны (фиг. 2в).

Стадия прикрепления осуществлялась в четыре этапа, каждый из которых состоял в повороте детали на 90^o, засыпке строго дозированного количества алмазного порошка и осаждении тонкого слоя никеля для прихватывания алмаза. После каждого поворота деталей, находящихся в объеме электролита (прототип), засыпаемый алмаз совместно с никелем осаждался на поверхности, обращенной к зеркалу электролита, при этом никель покрывал не только эту часть детали, но и всю остальную поверхность, где алмаз уже осел и где он еще не закрепился (что и приводит к нарушению точности профиля). В то же время на деталях, частично погруженных в складки эластичного дна (предлагаемый способ), никель - алмазное покрытие осаждалось одинаковой толщины последовательно, на каждом из четырех участков (а за четыре этапа - по всей поверхности), что обеспечивало полную равномерность распределения частиц по сечению покрытия и как следствие - полное соблюдение точности профиля.

После прикрепления алмазных частиц на всех четырех участках деталей осуществлялась стадия заращивания алмазных частиц осаждающимся никелевым покрытием по всей поверхности деталей при постоянном вращении. Для этого детали, покрывающиеся по предложенному способу, извлекались из складок эластичного дна и помещались в объеме электролита, как и детали, покрывающиеся по способу, принятому за прототип.

После завершения этапа заращивания детали с нанесенными никель - алмазными покрытиями, осуществленными по разным способам, контролировались по выбранным параметрам: по количеству включенных в покрытие частиц и по равномерности распределения частиц по сечению покрытия.

Количество включенных в никелевое покрытие частиц (при равных условиях осаждения никеля) подсчитывалось в поле зрения микроскопа МИМ-6 при увеличении 147, равномерность распределения частиц по сечению покрытия определялось на микрошлифах с помощью того же микроскопа - как диапазон (толщину) покрытия, в котором закреплен слой алмаза по всему профилю детали (на фиг. 1 - расстояние от поверхности детали до поверхности, обозначенной цифрой 4). Очевидно, чем меньше толщина покрытия, в котором закреплены частицы, тем выше их равномерность по сечению покрытия и тем выше точность профиля детали.

Результаты определений приведены в таблице.

Как видно из представленных данных, характеристики композиционных покрытий, полученных предлагаемым способом, по сравниваемым параметрам превосходят характеристики прототипа (в 2 - 4 раза по количеству включенных частиц и во столько же раз - по равномерности их распределения по сечению покрытия).

Предложенный способ получения композиционных покрытий позволяет в широких пределах регулировать содержание частиц порошка в покрытии на деталях даже с малым радиусом кривизны без изменения точности профиля детали, способствует значительному расширению номенклатуры деталей, предназначенных для нанесения покрытий с разного рода включениями. Он существенно упрощает технологию формирования равномерных композиционных покрытий и конструкцию требующейся для этого оснастки.

Формула изобретения

\ \ \1 1. Способ нанесения химических и электрохимических композиционных покрытий, включающий загрузку детали в раствор, чередующиеся порционную засыпку порошка на покрываемую поверхность детали и поворот на определенный угол детали после прихватывания частиц порошка к поверхности детали вплоть до получения сплошного слоя композиционного покрытия по всему профилю детали, отличающийся тем, что покрытие наносят в ванне с эластичным дном, а на стадии прикрепления частиц порошка деталь частично погружают в складки этого дна, изолируя при этом не покрываемые засыпаемым порошком участки поверхности детали. \\\2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ванну с эластичным дном вставляют в кожух, который заполняют жидкостью с плотностью, превышающей плотность раствора для нанесения покрытия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3