Электролит-суспензия на основе железа для получения износостойких покрытий на детали машин, включающий нанопорошок на основе карбида вольфрама
Владельцы патента RU 2424382:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный технический университет" (КурскГТУ) (RU)
Изобретение относится к области порошковой гальванотехники, а именно к материалам для получения композиционных гальванических покрытий, и может быть использовано для создания износостойких покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства. Электролит-суспензия содержит нанопорошок на основе карбида вольфрама, содержащий частицы сферической формы размером 0,1 мкм и менее. Технический результат: повышение устойчивости процесса нанесения покрытий, износостойкости и физико-механических свойств. 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области порошковой гальванотехники, а именно к материалам для получения композиционных гальванических покрытий, может быть использовано для создания износостойких покрытий в условиях единичного, серийного и массового производства.
Известен электролит железнения для получения покрытий на детали машин, состоящий из хлористого железа, воды и соляной кислоты [1, с.23].
Недостатком электролита для получения покрытий на детали машин является то, что износостойкость покрытий относительно невысока.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электролит-суспензия на основе железа для получения износостойких покрытий на детали машин, включающий порошок карбида вольфрама с размерами частиц 1-10 мкм.
Недостатком применения известного электролита-суспензии является необходимость в постоянном направленном перемещении частиц дисперсной фазы к катоду, а также невысокая износостойкость и физико-механические свойства полученных покрытий [2, с.45, 193].
Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы повысить устойчивость процесса нанесения покрытий, износостойкости и физико-механические свойства покрытий.
Поставленная задача решается тем, что в качестве дисперсной фазы применяются нанопорошки на основе карбида вольфрама с размером частиц 0,1 мкм и менее.
Указанные нанопорошки получают из отходов твердого сплава марки ВК8, содержащего 8% кобальта и 92% карбида вольфрама, методом электроэрозионного диспергирования. Экспериментально установлено, что химический состав нанопорошка, полученного из указанной марки твердого сплава, незначительно отличается от исходного.
Технологическая установка для получения нанопорошков из отходов твердых сплавов состоит из источника питания искровыми разрядами, реактора и системы управления. В реакторе между электродами находятся гранулы - куски сплава произвольной формы и размеров. Электроды изготавливаются из диспергируемого материала. Межэлектродный промежуток заполняется дистиллированной водой так, что слой гранул погружен в эту жидкость.
Соприкасаясь, гранулы образуют множество электрических контактов, соединенных в межэлектродном промежутке последовательно-параллельно. Один разрядный импульс между электродами вызывает в слое гранул, погруженных в рабочую жидкость, искрение во многих местах. В местах контакта материал гранул может быть не только расплавлен, но и доведен до более высоких температур, при которых возможно испарение и взрывное удаление материала. При этом частицы вещества отрываются от поверхности гранул и мгновенно охлаждаются жидкостью. В результате электрической эрозии возникают частицы преимущественно сферической формы.
Пример
Технология приготовления электролита-суспензии
1. Простой хлористый электролит железнения (FeCl2·4H2O - 300 г/л, НСl - 0,8-1,5 г/л) приготавливается по стандартной методике [1, с.23].
2. Электролит-суспезию с добавлением нанопорошков на основе карбида вольфрама получают следующим образом:
Для получения максимальной износостойкости в приготовленный электролит железнения вводят небольшими порциями нанопорошок на основе карбида вольфрама в концентрации 100 г/л и тщательно перемешивают. Ввиду того что размер частиц порошка в суспензии до 1 мкм, достаточно предварительного перемешивания суспензии перед осаждением покрытия и отсутствует необходимость в постоянном направленном перемещении частиц к катоду.
Режимы железнения: плотность катодного тока - 40-60 А/дм2, температура электролита - 60-80°С. Материал анода - Сталь 10 ГОСТ 1050-88, катод - палец поршневой двигателя СМД-14/18/20 (площадь поверхности - 1,3 дм2), время нанесения покрытия - 40-60 мин (до толщины слоя - 0,5 мм на сторону).
Электролит-суспензия с частицами размером до 1,0 мкм кинетически устойчив и из технологических соображений наиболее пригоден для получения композиционных гальванических покрытий. В процессе электроосаждения электролит в перемешивании не нуждается. Под действием частиц порошка на основе карбида вольфрама размером до 0,1 мкм происходит искажение кристаллической решетки металла. Наибольшую твердость имеют покрытия с явно выраженными дефектами кристаллической решетки. Электролит-суспензия на основе карбида вольфрама с размером частиц до 0,1 мкм способствует увеличению микротвердости и износостойкости покрытий деталей машин.
Применение в качестве дисперсной фазы нанопорошков на основе карбида вольфрама с размером частиц 0,1 мкм и менее вместо порошка карбида вольфрама с размерами частиц 1-10 мкм позволяет повысить устойчивость процесса (отсутствует необходимость перемешивания электролита в течение всего времени нанесения покрытия), относительную износостойкость (ГОСТ 23.208-79 Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы) покрытий деталей машин в среднем на 20%, а вместе с тем увеличить их ресурс. Увеличение ресурса деталей машин позволит снизить затраты на их восстановление и ремонт.
| Концентрация нанопорошка на основе карбида вольфрама в электролите, г/л | Относительная износостойкость |
| 0 | 1 |
| 50 | 1,11 |
| 100 | 1,27 |
| 150 | 1,28 |
Источники информации
1. Мелков М.П. Электролитическое наращивание деталей машин твердым железом. Саратов: Приволжское книжное издательство, 1964. - 204 с.
2. Бородин И.Н. Порошковая гальванотехника. - М.: Машиностроение, 1990. - 240 с.
Электролит-суспензия на основе железа для получения износостойких покрытий на детали машин, включающий нанопорошок, отличающийся тем, что электролит-суспензия содержит нанопорошок на основе карбида вольфрама, содержащий частицы сферической формы размером 0,1 мкм и менее.
