Способ электрохимического нанесения высоконаполненных композиционных хромовых покрытий с развитой структурой поверхности

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других областях техники. Способ заключается в том, что покрытие осаждают из электролита, содержащего 200-300 г/л хромового ангидрида, 0,5-10 г/л серной кислоты и 1-50 г/л дисперсной фазы из ряда, включающего нитрид титана, нитрид бора и карбид вольфрама, с применением периодических импульсов катодного тока от 500 до 2000 А/дм² с частотой от 0,005 Гц до 0,023 Гц и продолжительностью от 0,5 до 10 с, при этом в промежутке между импульсами осаждение проводят при плотности катодного тока в диапазоне от 40 до 70 А/дм². Технический результат: получение высоконаполненных покрытий, содержащих дисперсную фазу до 18 мас.%, с развитой структурой поверхности, микротвердостью покрытий до 1800 кг/мм², при этом износостойкость в условиях смазки увеличивается в 6-8 раз по сравнению с покрытиями, полученными без дисперсной фазы.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к электрохимическим и электрофоретическим способам нанесения металлических покрытий, в частности к процессу электролитического хромирования и получению композиционных покрытий на его основе, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других областях техники.

Известен способ электрохимического получения композиционных покрытий на основе хрома из стандартного электролита, в состав которого входит хромовый ангидрид и серная кислота [1].

Недостатком данного способа является низкая микротвердость осадков, которая в зависимости от режимов его проведения в ванне хромирования составляет 600-800 кг/мм².

Известны способы получения хромовых покрытий с развитой структурой [2, 3], где указанный эффект достигается путем введения в электролит алифатических органических сульфокислот, содержащих от 1 до 6 атомов углерода и неорганических солей из ряда молибдат аммония, молибдат щелочного или щелочноземельного металла, ванадат аммония, ванадат щелочного или щелочноземельного металла, цирконат аммония, цирконат щелочного или щелочноземельного металла.

Недостатком данных методов является низкое значения выхода по току (менее 12%) и отсутствие влияния применяемого способа на микротвердость осадков.

Известен способ электрохимического получения композиционных покрытий на основе хрома [4], при котором в кремнефторидном электролите хромирования, содержащем твердые частицы, производится обработка хромового покрытия током обратной полярности.

Недостатком данного способа является наличие режима анодного травления, что вызывает уменьшение толщины покрытия. Также к недостатку можно отнести отсутствие влияния режима тока на содержание твердых частиц в покрытии.

Наиболее близок к предлагаемому способ хромирования в стандартном электролите [4], по которому в электролит непосредственно перед окончанием нанесения хромового покрытия вводят сульфиды цинка или кадмия и производят кратковременный катодный импульс с плотностью тока 500-600 А/дм². Данный прием позволяет получать поверхностный слой хромового покрытия, насыщенный сульфидами цинка или кадмия, которые выступают в качестве твердой смазки при дальнейшей приработке детали.

Недостатком данного способа является модифицирование поверхностного слоя покрытия без изменения без изменения объема хромового осадка. Также к недостатку данного изобретения можно отнести отсутствие влияния применяемого способа на микротвердость осадков.

Технической задачей изобретения является получение высоконаполненных композиционных покрытий на основе хрома с развитой структурой поверхности для увеличения микротвердости, маслоемкости и износостойкости хромовых покрытий

Техническая задача решается путем применения в стандартном электролите хромирования импульсного режима катодного тока с крайне высокой плотностью тока импульса и низкой частотой и продолжительностью импульса.

Ход осуществления изобретения

В электролите с содержанием: 200-300 г/л хромового ангидрида, 0,5-10 г/л серной кислоты и 1-50 г/л дисперсной фазы применяется импульсный режим катодного тока с плотностью тока импульса от 500 до 2000 А/дм² в течение электролиза с частотой от 0,005 Гц до 0,023 Гц и продолжительностью от 0,5 до 10 с. Плотность тока, используемая для осаждения хрома в промежутке между импульсами, лежит в диапазоне от 40 до 70 А/дм². Процесс осаждения осуществляется при температуре 50-65°С.

Применение указанного режима электролиза позволяет получать покрытия с содержанием дисперсной фазы до 18% масс. Микротвердость получаемых покрытий лежит в диапазоне от 1200 до 1800 кг/мм² в зависимости от интенсивности и продолжительности импульсов тока и плотности тока в промежутке между импульсами. В зависимости от тех же параметров износостойкость покрытия в условиях смазки превышает соответствующее значение для хромовых покрытий без дисперсной фазы в 6-8 раз. Поверхность покрытий полублестящая, по внешнему виду имеющая сходство с «молочным» хромовым осадком. Морфология покрытий развита и не имеет микротрещин.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного, применением нескольких импульсов с большей плотностью катодного тока. Также, импульсы производятся в ходе электролиза, а не непосредственно перед его окончанием.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных способов хромирования не позволил выявить заявляемого способа, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого способа критерию "существенные отличия".

Способ нанесения покрытия имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение можно реализовать в промышленном производстве деталей для пар трения, в работе которых предусмотрена подача смазывающих веществ. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Сайфулин Г.С., Комбинированные электрохимические покрытия и материалы, М., Химия, 1972, с. 98.

2. Патент US 8277953 В2.

3. Патент US 8110087 В2.

4. Заявка на изобретение RU 2006131135 А.

5. Патент US 2999798.

Способ электролитического нанесения композиционных хромовых покрытий на детали, заключающийся в том, что покрытие осаждают из электролита, содержащего 200-300 г/л хромового ангидрида, 0,5-10 г/л серной кислоты и 1-50 г/л дисперсной фазы из ряда, включающего нитрид титана, нитрид бора и карбид вольфрама, с применением периодических импульсов катодного тока от 500 до 2000 А/дм² с частотой от 0,005 Гц до 0,023 Гц и продолжительностью от 0,5 до 10 с, при этом в промежутке между импульсами осаждение проводят при плотности катодного тока в диапазоне от 40 до 70 А/дм².