Способ электролитического осаждения сплава железо-бор

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых износостойких покрытий, в частности железоборидных покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Способ включает осаждение покрытия из электролита, содержащего 200-400 кг/м3 хлорида железа, 0,6-1,4 кг/м3 декагидробората натрия, 4,0-5,0 кг/м3 лимонной кислоты, 1,0-1,5 кг/м3 соляной кислоты. Осаждение ведут на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии тока 2-7 при температуре электролита 20-30°С в интервале катодных плотностей тока 60-100 А/дм2. Технический результат: повышение микротвердости и износостойкости железоборидного покрытия.

 

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности, железоборидных покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Известен способ электролитического осаждения сплава железо-бор из электролита, содержащего хлорид железа 300-450 кг/м3, борную кислоту 2,5-60 кг/м3, соляную кислоту 0,5-1,5 кг/м3. Процесс осаждения ведут на переменном асимметричном токе, начиная с коэффициента асимметрии 1,2 и повышая до 6, катодной плотности тока 15-60 А/дм2, температуре электролита 20-40°С и кислотности электролита рН 0,8 (Патент №2250936, 2003 г.)

Недостатком данного способа являются большие пределы расхода легирующего элемента (борная кислота) 2,5-60 кг/м3 и невысокое содержание легирующего элемента в покрытии около 1,0%, что в свою очередь не дает возможность получения максимальной микротвердости и износостойкости электролитического железоборидного покрытия.

Для устранения вышеперечисленных недостатков, предлагается способ электролитического осаждения сплава железо-бор из электролита следующего состава, кг/м3:

Хлорид железа 200-400
Декагидроборат натрия 0,6-1,4
Лимонная кислота 4-5
Соляная кислота 1,0-1,5

Процесс осаждения ведут на переменном асимметричном токе, начиная с коэффициента асимметрии 2 и повышая до 7, катодной плотности тока 60-100 А/дм2, температуре электролита 20-30°С. Кислотность электролита находится в пределах рН 0,8-1,2.

Электролит данного состава получают соединением водных растворов хлорида железа, декагидробората натрия и лимонной кислоты. Для поддержания кислотности добавляется соляная кислота.

Концентрация хлорида железа находится в пределах 200-400 кг/м3. Нижний предел показывает зону минимальной вязкости. Верхний предел показывает зону максимальной электропроводности.

Содержание декагидробората натрия находится в интервале 0,6-1,4 кг/м3. Ниже 0,6 кг/м3 применение декагидробората натрия нецелесообразно, т.к. получаемое покрытие по твердости близко к покрытию твердым железом. Выше концентрации 1,4 кг/м3 применение декагидробората натрия приводит к изменению физико-механических свойств покрытия, резко увеличивается хрупкость за счет образования окислов бора, что отрицательно сказывается на износостойкости покрытия.

Содержание соляной кислоты находится в пределах 1,0-1,5 кг/м3. Верхний предел установлен из экономических соображений, электроосаждение железа на катоде происходит с одновременным разряжением водорода. С повышением содержания соляной кислоты резко увеличивается количество разряжающегося водорода и падает выход по току. Нижний предел выбран по качественным характеристикам структур электролитического железа. При содержании соляной кислоты меньше 1,0 кг/м3 происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытия и этим ухудшает их структуру.

Содержание лимонной кислоты находится в интервале 4-5 кг/м3. Ниже 4 кг/м3 применение лимонной кислоты нецелесообразно, т.к. лимонная кислота является связующим звеном между декагидроборатом натрия и хлоридом железа. Недостаточное количество лимонной кислоты отрицательно сказывается на качестве электролита, а впоследствии и на содержании легирующего компонента в электроосажденном покрытии. Верхний предел ограничен с экономической точки зрения, т.к. при концентрации больше 5 кг/м3 лимонной кислоты не происходит изменения качества электролита и концентрации легирующего элемента в покрытии. Также лимонная кислота выступает в электролите как стабилизатор и предотвращает образование трехвалентного железа.

Переменный асимметричный ток дает возможность вести процесс при пониженной температуре 20-30°С. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Движение ионов замедленное и скорость осаждения низкая. Выше 30°С использовать электроосаждение покрытий невыгодно, т.к. получаемые покрытия имеют низкую микротвердость.

Катодная плотность тока находится в пределах 60-100 А/дм2. Ниже 60 А/дм2 плотность тока использовать нецелесообразно, т.к. процесс электролиза имеет низкую скорость осаждения покрытия. При катодной плотности тока больше 100 А/дм2 происходит интенсивное дендритообразование и резко снижается выход по току.

Процесс осаждения покрытия происходит на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 2-7. Начало осаждения проходит 2-3 минуты при коэффициенте асимметрии β=2. При этом образуется покрытие пониженной твердости, которое имеет высокую сцепляемость с основой Gсц=350 МПа. Потом происходит постепенное уменьшение анодной составляющей до коэффициента асимметрии β=7, который характеризуется стабильной скоростью осаждения и высокой микротвердостью покрытия. Дальнейшее повышение β не рекомендуется, т.к. процесс не отличается от осаждения на постоянном токе.

На основе проведенных испытаний оптимальными условиями способа являются условия, приведенные в качестве примера:

Электролит состоит из следующих компонентов в количестве, кг/м3:

Хлорид железа 350
Декагидроборат натрия 1,0
Лимонная кислота 5,0
Соляная кислота 1,5

Процесс электроосаждения ведут при температуре 25°С и катодной плотности тока 80 А/дм2. Анодом служит малоуглеродистая сталь. Предварительно деталь подвергается обезжириванию венской известью и анодной обработке в растворе 30% серной кислоты. Процесс осаждения начинается при коэффициенте асимметрии 2, который повышают до 7. В дальнейшем осаждение идет при коэффициенте асимметрии 7. Покрытие имеет сцепляемость Gcц=350 МПа, микротвердость 9500 МПа. Состав покрытия: железо - 97%, бор - 3% (в прототипе около 1,0%). Скорость электроосаждения равна 0,5 мм/ч (в прототипе 0,35 мм/ч.).

Предлагаемый способ имеет высокую производительность за счет применения переменного асимметричного тока с высокой катодной плотностью и высокое содержание бора в электролитическом покрытии. Он экономически эффективен, т.к. осаждение покрытия происходит при высокой катодной плотности тока и имеет высокую скорость осаждения покрытия до 0,5 мм/ч. Покрытия, полученные предлагаемым способом, обладают высокой микротвердостью и износостойкостью за счет высокого содержания бора в электролитическом покрытии, что позволяет их использовать в ремонтном производстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.

Способ электролитического осаждения сплава железо-бор из электролита, содержащего хлорид железа, борсодержащее соединение и соляную кислоту, отличающийся тем, что в состав электролита дополнительно вводят лимонную кислоту, в качестве борсодержащего соединения используют декагидроборат натрия в следующем соотношении, кг/м3:

хлорид железа 200-400
декагидроборат натрия 0,6-1,4
соляная кислота 1,0-1,5
лимонная кислота 4,0-5,0,

а осаждение ведут на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии тока 2-7 при температуре электролита 20-30°С в интервале катодных плотностей тока 60-100 А/дм2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении для получения покрытий сплавом железо-никель на восстанавливаемых в размер изношенных деталей машин, в частности сельскохозяйственных машин.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения магнитомягкого материала элементов интегральных микросистем, концентрирующих или экранирующих магнитное поле.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для для нанесения покрытия из медно-никелевого сплава. Электролит содержит: соль меди и соль никеля, образующее комплекс с металлом вещество, обеспечивающую электропроводность соль, серосодержащее органическое соединение и регулятор окислительно-восстановительного потенциала электролита во время операции нанесения покрытия, который больше или равен 20 мВ относительно электрода сравнения Ag/AgCl.

Изобретение относится к изготовлению дырчатых пластин аэрозольных устройств. Изготовление заготовки аэрозолеобразующей дырчатой пластины для ингаляционного распылителя лекарственного средства включает обеспечение матрицы из проводящего материала, нанесение на матрицу защитного покрытия в виде набора столбиков, гальванизацию областей вокруг столбиков, удаление защитного покрытия с получением заготовки из нанесенного гальваническим образом материала с образующими аэрозоль отверстиями в местах, где были столбики защитного покрытия, и удаление заготовки с матрицы.
Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых износостойких покрытий, в частности железо-кобальтовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.
Изобретение относится к области гальваностехники и может быть использовано для восстановления изношенных поверхностей деталей машин. Электролит содержит, г/л: сульфат цинка 200-240; сульфат железа 15-20; сульфат алюминия 31-40; карбонат натрия 80-120; гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и автомобилестроении для защиты от коррозии стальных изделий.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению сплава пермаллоя Ni81Fe19 для получения магнитомягкого материала элементов интегральных микросистем, концентрирующих или экранирующих магнитное поле.
Изобретение относится к области гальваностегии и может найти применение в радиоэлектронной промышленности, машиностроении и других областях, требующих получения тонких защитных пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий.

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых износостойких покрытий, в частности железоборидных покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Способ включает осаждение покрытия из электролита, содержащего 200-400 кгм3 хлорида железа, 0,6-1,4 кгм3 декагидробората натрия, 4,0-5,0 кгм3 лимонной кислоты, 1,0-1,5 кгм3 соляной кислоты. Осаждение ведут на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии тока 2-7 при температуре электролита 20-30°С в интервале катодных плотностей тока 60-100 Адм2. Технический результат: повышение микротвердости и износостойкости железоборидного покрытия.

Наверх