Электролит для нанесения композиционных хромовых покрытий

 

Изобретение относится к области композиционных покрытий, в частности хромовых, и может быть использовано в различных областях машиностроения для защиты изделий от высокотемпературного окисления и ползучести. Электролит хромирования содержит хромовый ангидрид 150-250 г/л; серную кислоту 1,5-2,5 г/л; ультрадисперсные частицы кремния 3,0-30 г/л и производные фосфорилированных тиоамидов 0,1-1,0 г/л. Предложенный электролит позволяет получить покрытия для защиты изделий от высокотемпературного окисления и ползучести, т.е. с высокими показателями жаростойкости и жаропрочности. 1 табл.

Изобретение относится к области композиционных покрытий, в частности хромовых, и может быть использовано в различных областях машиностроения для защиты изделий от высокотемпературного окисления и ползучести.

Известен электролит для нанесения композиционных покрытий на основе хрома следующего состава, г/л: Хромовый ангидрид - 150 - 250 Серная кислота - 1,5 - 2,5 Нитрид титана - 1,5-2,0 Бромистый алюминий - 1,0-3,0 o,o-Диэтил-o-[бис-N -(β- окси-этил-п-аминофенол]тиофосфат - 1,0 - 3,0 (авт.св. СССР N 1700105, кл. C 25 D 3/04, бюл. N 47, 1991 г.) Известный электролит отличается стабильностью и устойчивостью к окислению частиц твердой фазы. Покрытия, полученные из электролита указанного состава, имеют высокую микротвердость (до 10 - 11 ГПа) и повышенную износостойкость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является сульфатный электролит хромирования, содержащий, г/л: Хромовый ангидрид - 150 - 250 Серная кислота - 1,5 - 2,5
Нитрид титана - 1,0-2,0
Бензоилпирувоилгидразинокарбонилметилпиридиний хлорид - 0,1 - 0,5
(авт.св. СССР N 1810399, кл. C 25 D 15/00, бюл. N 15, 1993 г.)
Покрытия, полученные из такого электролита характеризуются высоким сопротивлением коррозионному разрушению и повышенной микротвердостью.

Однако сопротивление указанных покрытий высокотемпературному окислению невысоко. Удельный привес массы образцов с покрытием, полученным из известного электролита, практически совпадает со значениями привеса образцов обычного электролитического хромового покрытия и составляет 17·10^-2 мг/мм² при температуре отжига 900^oС. Другой недостаток электролита-прототипа - это пониженная жаропрочность полученных покрытий. Так, при нагреве покрытия до 900^oC показатели микротвердости снижаются более чем на 40%.

Указанные недостатки обусловлены природой частиц твердой фазы, используемых в электролите, т.к. нитриды титана не являются жаростойкими веществами, а также незначительным содержанием (≅ 8,5%) второй фазы в хромовой матрице.

Задачей изобретения является разработка состава электролита, позволяющего получать покрытия для защиты изделий от высокотемпературного окисления и ползучести, т.е. с высокими показателями жаростойкости и жаропрочности.

Поставленная задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения, а именно в известный электролит хромирования, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, частицы твердой фазы и органическую добавку, вводят в качестве частиц твердой фазы ультрадисперсные частицы кремния, а в качестве органической добавки - производные фосфорилированных тиоамидов (ЖОХ, 1982, т. 52, вып. 8, c. 1776 - 1785, комплексообразующие свойства и ЖАХ, 1982, т. 37, вып. 10, с. 1739 - 1743 , экстракционные свойства) при следующем содержании компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид - 150 - 250
Серная кислота - 1,5 - 2,5
Кремний - 3,0 - 30,0
Производные фосфорилированных тиоамидов (ПФТ) - 0,1 - 1,0
При этом для приготовления электролита используют ультрадисперсные порошки кремния с размером частиц 0,04 - 0,08 мкм.

Осаждение проводят при плотности тока 25 - 100 А/дм и температуре 45 - 70^oС.

Введение в электролит хромирования ультрадисперсных порошков кремния и производных фосфорилированных тиоамидов в указанных концентрациях обеспечивает получение композиционных хромовых покрытий с одновременно высокими показателями жаростойкости и жаропрочности.

Включение в состав электролита хромирования порошка кремния в ультрадисперсном состоянии приводит к формированию в хромовой матрице силицидной фазы - Cr₅Si₃, образующейся в процессе электролиза.

Введение в электролит хромирования производных фосфорилированных тиоамидов способствует увеличению содержания силицидной фазы в составе покрытий.

Ниже приводим примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Пример 1. Электролит готовят следующим образом. Хромовый ангидрид растворяют в 4/5 частях требуемой для ванны дистиллирванной воды при температуре 60 - 80^oС. Затем добавляют 3/4 рассчитанного количества серной кислоты и в полученный электролит при интенсивном перемешивании вводят кремний и растворенную в отдельной порции воды органическую добавку - производные фосфорилированных тиоамидов. Доводят электролит до необходимого объема дистиллированной водой.

Пример 2. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 150
Серная кислота - 1,5
Добавка (ПФТ) - 0,1
Кремний - 3,0
Пример 3. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 250
Серная кислота - 2,5
Добавка (ПФТ) - 1,0
Кремний - 3,0
Пример 4. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 200
Серная кислота - 2,0
Добавка (ПФТ) - 0,5
Кремний - 2,0
Пример 5. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 200
Серная кислота - 2,0
Добавка (ПФТ) - 0,1
Кремний - 2,0
Пример 6. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 200
Серная кислота - 2,0
Добавка (ПФТ) - 0,1
Кремний - 31,0
Пример 7. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 200
Серная кислота - 2,0
Добавка (ПФТ) - 10,0
Пример 8. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 200
Серная кислота - 2,0
Добавка (ПФТ) - 1,1
Кремний - 10,0
Пример 9. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 125
Серная кислота - 1,5
Добавка (ПФТ) - 0,5
Кремний - 20
Пример 10. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 275
Серная кислота - 2,5
Добавка (ПФТ) - 0,5
Кремний - 20,0
Пример 11. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 125
Серная кислота - 1,25
Добавка (ПФТ) - 0,05
Кремний - 2,0
Пример 12. Приготовление электролита, как в примере 1.

Электролит состава, г/л:
Хромовый ангидрид - 275
Серная кислота - 2,75
Добавка (ПФТ) - 1,1
Кремний - 31,0
Испытания покрытий.

Показателем жаростойкости является удельный привес массы образцов S·10² мг/мм²). Испытания на жаростойкость осуществляли в печи СШВЛ - 0,6 - 2 /25. Образцы нагревались постепенно с 200 до 900^oC. Изменение привеса оценивали гравиметрическим способом.

Показателем жаропрочности является изменение микротвердости при нагреве ( Δ H, ГПа). Микротвердость определяли на микротвердомере ПМТ - 3 с нагрузкой на индентор 100 г (ГОСТ 9450-76).

Характеристика и преимущества предлагаемого электролита, а также свойства получаемых покрытий отражены в таблице.

Как видно из приведенных данных, покрытия, полученные из предлагаемого электролита, отличаются наименьшими показателями удельного привеса и изменением микротвердости при нагреве, т.е. имеют более высокую жаростойкость и жаропрочность.

Формула изобретения

Электролит для нанесения композиционных хромовых покрытий, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, частицы твердой фазы и органическую добавку, отличающийся тем, что он содержит в качестве частиц твердой фазы ультрадисперсные частицы кремния, а в качестве органической добавки - производные фосфорилированных тиоамидов при следующем содержании компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид - 150 - 250
Серная кислота - 1,5 - 2,5
Кремний - 3,0 - 30,0
Производные фосфорилированных тиоамидов (ПФТ) - 0,1 - 1,0

РИСУНКИ

Рисунок 1