Способ осаждения композиционных электрохимических покрытий

 

Изобретение относится к области технологии осаждения композиционных электрохимических покрытий и может найти применение для упрочнения поверхностей деталей машин, приборов и инструмента. Технический результат - улучшение условий осаждения композиционных электрохимических покрытий. Способ включает создание между поверхностями анода и катода межэлектродного пространства с прокачиванием через созданное пространство электролита-суспензии, содержащего частицы дисперсной фазы определенного размера. Скорость течения электролита-суспензии в пространстве между анодом и катодом циклически изменяют так, что в каждом цикле за скоростью, способствующей механической активации катодной поверхности частицами дисперсной фазы, следует скорость, способствующая зарастанию частиц покрытием, а величины этих скоростей определяют из условия, выраженного в виде математической зависимости, приведенной в заявке.

Изобретение относится к области технологии осаждения электрохимических покрытий, а именно к области технологии осаждения композиционных электрохимических покрытий, и может найти применение для упрочнения поверхностей деталей машин, приборов и инструмента.

Известен способ осаждения композиционных электрохимических покрытий, включающий создание между поверхностями анода и катода межэлектродного пространства с прокачиванием через него электролита-суспензии, содержащего частицы дисперсной фазы. (см. книгу И.Н.Бородина "Порошковая гальванотехника", М, Машиностроение, 1990, стр. 201-211). Способ взят за прототип.

Недостатком этого способа является то, что скорость течения электролита-суспензии не связана с размерами и плотностью частиц дисперсной фазы и является постоянной в процессе осаждения покрытия, что снижает качество покрытия, так как при скорости выше определенного значения затрудняется адгезия частиц дисперсной фазы к катодной поверхности и зарастание их кристаллизующимся осадком, а при скорости ниже этого значения снижается активирующая способность частиц, возникающая вследствие их перемещения по катодной поверхности.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества композиционных электрохимических покрытий.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в улучшении условий осаждения композиционных электрохимических покрытий.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе осаждения композиционных электрохимических покрытий, включающем создание между поверхностями анода и катода межэлектродного пространства с прокачиванием через созданное пространство электролита-суспензии, содержащего частицы дисперсной фазы, скорость течения электролита-суспензии в межэлектродном пространстве циклически изменяют так, что в каждом цикле за скоростью течения электролита-суспензии, способствующей механической активации катодной поверхности частицами дисперсной фазы - v_a, следует скорость, способствующая зарастанию частиц покрытием - v_з, а величины этих скоростей принимают из условия v_з < v_о < v_а, где v_о - средняя скорость течения электролита-суспензии, при которой происходит отрыв частиц дисперсной фазы от катодной поверхности.

Связь между размерами и плотностью частиц дисперсной фазы и средней скоростью течения электролита-суспензии по межэлектродному пространству, при котором происходит отрыв частиц от катодной поверхности, сформулирована в виде: где K - коэффициент адгезии; λ - коэффициент сопротивления трению; ν - коэффициент кинематической вязкости электролита; g - ускорение свободного падения; P₁, P₂ - плотность частицы и электролита соответственно; d - диаметр частицы; δ - толщина ламинарного слоя.

При скоростях электролита-суспензии меньше v_о частицы, контактирующие с катодной поверхностью, остаются неподвижными относительно этой поверхности, что обеспечивает возможность зарастания их кристаллизующимся осадком. При скоростях течения электролита-суспензии больше v_о частицы перемещаются по поверхности катода механически активируя ее. Указанные отличительные признаки изобретения способствуют улучшению условий осаждения композиционных электрохимических покрытий.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение обладает новизной и изобретательским уровнем.

Пример осуществления способа.

При осаждении композиционных электрохимических покрытий из стандартного сернокислого электролита никелирования с дисперсной фазой в виде частиц карбида кремния при значениях: λ = 2,7 · 10^-3; ν = 1,35 · 10^-6 м²/с, g = 9,8 м/с², P₁ = 3210 кг/м³, P₂ = 1150 кг/м³, d = 5 · 10^-6 м, k = 6,85, δ = 6,4 · 10^-4 м средняя скорость, расчитанная по вышеизложенной формуле, равна v_о = 4,8 м/с. В этом случае осаждение покрытия следует проводить при скорости течения v₃ < 4,8 м/с, а активацию катодной поверхности при скорости v_а > 4,8 м/с.

Для реализации процесса может быть использовано устройство (заявка N 97111979/02 от 15.07.97 г.), обеспечивающее циклический характер прокачивания электролита-суспензии по межэлектродному пространству с возможностью изменения скорости течения внутри каждого цикла. При движении нагнетающей мембраны этого устройства вверх обеспечивается скорость течения электролита-суспензии по межэлектродному пространству больше v_о. В этот период времени происходит механическая активация катодной поверхности движущимися частицами дисперсной фазы. При движении нагнетающей мембраны вниз обеспечивается течение электролита-суспензии со скоростью меньше v_о. В этот период обеспечивается возможность зарастания частиц дисперсной фазы кристаллизующимся осадком. Полный цикл движения мембраны обеспечивает как активацию катодной поверхности, так и зарастание частиц дисперсной фазы. Циклы повторяются до достижения толщины покрытия.

Формула изобретения

Способ осаждения композиционных электрохимических покрытий, включающий создание между поверхностями анода и катода межэлектродного пространства с прокачиванием через созданное пространство электролита-суспензии, содержащего частицы дисперсной фазы, отличающийся тем, что скорость течения электролита-суспензии в межэлектродном пространстве циклически изменяют так, что в каждом цикле за скоростью, способствующей механической активации катодной поверхности частицами дисперсной фазы, следует скорость, способствующая зарастанию частиц покрытием, а величины этих скоростей определяют из условия
v_з < v_о < v_а,
где v_з - скорость электролита-суспензии, способствующая зарастанию частиц покрытием;
v_а - скорость течения электролита-суспензии, способствующая активации катодной поверхности;
v_о - средняя скорость течения электролита-суспензии, при которой происходит отрыв частиц от катодной поверхности, определяемая по формуле

где K - коэффициент адгезии;
λ - коэффициент сопротивления трению;
ν - коэффициент кинематической вязкости электролита;
g - ускорение свободного падения;
P₁, P₂ - плотность частицы и электролита соответственно;
d - диаметр частицы;
δ - толщина ламинарного слоя.