Электролитический способ нанесения композиционных покрытий

 

Изобретение относится к электроосаждению композиционных покрытий. Цель изобретения - повышение износостойкости покрытий. Способ нанесения композиционных электролитических покрытий включает осуществление процесса в проточном электролите при наложении на постоянный ток дополнительного постоянного тока, который пропускают по покрываемой поверхности в направлении движения электролита. Использование проточного электролита и дополнительного постоянного тока позволяет регулировать содержание непроводящих частиц в покрытии, а также повысить скорость осаждения и снизить шероховатость покрытий. 3 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 25 0 15/00, 5/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4435315/26 (22) 10.03,88 (46) 30.03.92. Бюл, N 12 (71) Западно-Сибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института нефтяного машиностроения (72).Е.К. Липатов и В.В. Пнев (53) 621.357.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 104165, кл, С 25 05/00, 1956, Авторское свидетельство СССР

N. 398700, кл, С 25 0 15/00, 1971, (54) ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ

Изобретение относится к электрохимическому нанесению покрытий и может быть использовано при нанесении композиционных покрытий в авиационной, химической, нефтяной отраслях промышленности, а также при ремонте деталей.

Известен способ гальванического покрытия, при котором вдоль. поверхности осаждения прикладывают постоянное магнитное поле, создаваемое путем пропускания постоянного тока через катод, Основной недостаток известного способа нанесения покрытий заключается в низкой износостойкости из-за отсутствия пропускания электрического тока через покрываемую поверхность детали.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлага- . емому. является способ электролитического хромирования, при котором на постоянный ток накладывают импульсный... Ж, 1723206 А1 (57) Изобретение относится к электроосаждению композиционных покрытий. Цель изобретения — повышение износостойкости покрытий. Способ нанесения композиционных злектролитических покрытий включает осуществление процесса в проточном электролите при наложении на постоянный ток дополнительного постоянного тока, который ггропускают по покрываемой поверхности в направлении движения электролита, Использование проточного электролита и дополнительного постоянного тока позволяет регулировать содержание непроводящих частиц в покрытии, а также повысить скорость осаждения и снизить шероховаTocTb покрытий. 3 ил., 3 табл, Хотя известный способ нанесения покрытий позволяет повысить выход по току и скорость осаждения, однако он обладает следующими недостатками: пониженной износостойкостью покрытий. в особенности на никелевой и медной матрицах; высокой шероховатостью покрываемой поверхности детали; техническими трудностями при нанесении покрытий в труднодоступных местах.

Цель изобретения заключается в повышении износостойкости покрытий.

Поставленная цель достигается тем, что в электролитическом способе нанесения композиционных покрытий из электролита с твердыми частицами при наложении дополнительного тока на постоянный процесс нанесения покрытий осуществляют в проточном электролите, а дополнительный постоянный ток пропускают по покрываемой

1723206

35

40 следующим образом

50 поверхности детали в направлении движения электролита.

При протекании дополнительного тока по покрываемой поверхности детали в межэлектродном проетранстве образуется круговое магнитное поле, которое воздействует на движущиеся в электролите диссоциированные ионы, При этом на катионы электролита будет действовать сила Лоренца F>, определяемая уравнением

F> q Н W>Slnа, (1) где q — заряд катиона электролита;

W> — средняя скорость движения электролита в межэлектродном пространстве (МЭП);

Н вЂ” напряженность магнитного поля в

МЭП;

a — угол между векторами скорости и напряженности Н; в нашем примере а= 90 и Sin a= 1.

Напряженность магнитного поля, генерируемая дополнитЕльным током, определяется выражением

Н-—

Jt t (2) где I — дополнительный ток, протекающий по покрываемой поверхности детали;

r — радиус покрываемой поверхности детали.

Под действием силы Лоренца катионы электролита получают дополнительное ускорение при движении к покрываемой поверхн.ости детали. При этом они увлекают за собой непроводящие частицы в электролите, что составляет вторую фазу. В результате пропускания дополнительного тока по покрываемой поверхности детали образуется более плотный осадок с низкой шероховатостью поверхности, что значительно повышает износостойкость покрытия.

На фиг.1 изображено. устройство для осуществления способа, центральный продольный разрез; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — график зависимости и износостойкости покрытий; нанесенных на различ-

ых матрицах, от плотности ополнительного тока, где кривая — для хромового покрытия; И вЂ” для медного покрытия с дисульфидом молибдена при движении электролита в направлении дополнительного тока; И! — то же, при движении электролита в противоположном направлении; IV — для никелевой матрицы и дисульфида молибдена при движении электролита в направлении дополнительного тока; V — то же, при движении электролита в и ротивоположном направлении.

Устройство для осуществления предлагаемого способа нанесения композиционных покрытий содержит оправку 1, токоподводы 2, 3, изоляционные кольца 4, 5, 6, шайбу 7, гайку 8, обрабатываемую деталь 9, разъемный анод 10, уплотнительные кольца

11, .щеткодержатели 12 — 14, меднографитовые щетки 15, источник 16 технологического тока, дополнительный 17 источник тока, центробежный насос 18, электродвигатель

19, муфту 20, ванну 21 с электролитом, трубопроводы 22, 23, Оправка 1 представляет собой вал с буртиком и резьбовой частью, Оправка 1 устанавливается в шпиндель катодной головки и приводится от него во вращение. На цилиндрической поверхности оправки 1 установлены изоляционные кольца 4, 5, 6 покрываемая деталь 9. На наружных поверхностях колец 5, 6 смонтированы токоподводы 2„3, которые наружными поверхностями контактируют с медно-графитовыми щетками 15, расположенными в щеткодержателях 13, 14, соединенными с дополнительным источником 16 тока. Покрываемая деталь 9 с помощью шайбы 7 и гайки 8 прижимается к торцовым поверхностям токоподводов 2, 3.

Отрицательная шина источника 17 технологического тока через меднографитовые щетки 15, расположенные в щеткодержателе 12, оправку 1 соединена с покрываемой деталью 9, а положительная шина присоединена к аноду 10, Анод 10 установлен по отношению к детали 9 с зазором S, выбираемым из технологических соображений, Центробежный насос 18 приводится во вращение электродвигателем 19 через муфту 20 и посредством трубопровода 22 соединен с позволяющим каналом анода 10.

Отводной канал анода 10 соединен посредством трубопровода 23 с ванной 21, заполненной электролитом.

Предлагаемый способ нанесения композиционных покрытий осуществляется

Покрываемую деталь 9 устанавливают на оправке 1 и закрепляют с помощью токоподвода 2, шайбы 7, гайки 8. Разъемный анод 10 устанавливают по отношению к детали 9 с зазором S. После установки детали

9 и анода 10 деталь 9 приводят во вращение с угловой скоростью ак, выбираемой их технологических сообращений.

В зазор S с помощью центробежного насоса 18, приводимого во вращение от электродвигателя 19, через трубопровод 22 из ванны 21 подают электролит. В межэлектродном пространстве электролит движется в осевом направлении и через трубопровод

23 сливается в ванну 21. Электролит, цирку1723206 . лирующий в межэлектродном зазоре S, содержит непроводящие частицы композиционного покрытия и образует с ними суспензию, После включения системы циркуляции суспензии к покрываемой детали 9 5 и аноду 10 от источника технологического тока 17 подают рабочее напряжение. При этом технологический ток через отрицательную шину, меднографитовые щетки 15, наружную поверхность буртика оправки 1 10 подводится к покрываемой детали 9, а к аноду 10 — через положительную шину источника 17. После включения источника 17 тока включают дополнительный источник 16 тока, При включении этого источника допол- 15 нительный ток протекает. по покрываемой поверхности детали. Плотность дополнительного тока j определяется выражением

I = 2 m (3) 20 где m — толщина слоя, по которому протекает дополнительный ток l.

Ток ) накладывают на постоянный технологический ток и пропускают в направлении движения электролита. Электролит 25 протекает в МЭП со скоростью И/э. Посредством изменения плотности дополнительного тока f можно регулировать процентное содержание частиц второй фазы в покры30

35 к где С= а тии, снизить . шероховатость покрываемой поверхности детали и посредством этого повысить износостойкость покрытия.

Изобретение .иллюстрируется п римерами, которые сведены в табл. 1 — 3.

Анализ примеров нанесения покрытия показывает следующее. . При нанесении хромовых. покрытий предлагаемый способ обеспечивает повышение скорости нанесения покрытий на

11%; повышение износостойкости покрытий на 9,8%. . При нанесении композиционных покрытий на основе меди и дисульфида молибдена повышается скорость нанесения покрытия в среднем на 35% и износостойкость на 24%.

При нанесении композиционных покрытий на основе никеля и дисульфида молибдена повышается скорость нанесения покрытия в среднем на 33% и износостойкость на 26%.

Анализ результатов испытаний показывает, что предлагаемый способ нанесения композиционных покрытий наиболее выгодно применять при нанесении медных и никелевых композиционных покрытий.

Таким образом, пропускание дополнительного тока Ro покрываемой поверхности детали по сравнению с прототипом обеспе- . чивает повышение износостойкости в среднем на 25% и снижение шероховатости в 1,5 раза.

Движение электролита в направлении движения дополнительного тока позволяет повысить износостойкость покрытий на 2,83,3% по сравнению с движением электролита в противоположном направлении. . Установлено, что наибольшее влияние на износостойкость оказывает плотность дополнительного. тока. Зависимость износостойкости от плотности дополнительного тока приведена на фиг. 3, из которой видно, что дополнительный ток оказывает влияние на износостойкость при плотности тока 320 кЫм . Так как плотность тока прямо пропорциональна напряжению U, приложенному к слою металла, на который наносят покрытие, то зависимость износостойкости от напряжения аналогична зависимости от плотности тока. Это видно, из уравнения

U-к

J- =— (4) где J — плотность дополнительного тока;

U — напряжение дополнительного тока; к- электропроводность материала матрицы; . а- длина слоя матрицы, по которому протекает электрический ток.

Так как величины а и а во время нанесения покрытия не изменяются, то уравнение (4) можно преобразовать в виде

j=С U. (5) Поэтому зависимости скорости нанесения покрытий, износостойкости от плотности и напряжения дополнительного тока будут одинаковыми и различаются только по масштабу.

Формула изобретения

Электролитический способ нанесения композиционных покрытий из электролита с твердыми частицами, при котором на постоянный ток накладывают дополнительный ток, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости покрытий, процесс осуществляют в проточном электролите, а дополнительный постоянный ток пропускают по покрываемой поверхности в направлении движения электролита.

1723206

Покаэетели

Способ нанесения покрытий

Предлага" 1 По прототиеиый пу

Серная кислота

Едкий натр

Плотность основного то» ка, кд/и*

Плотность дополнительно» го тока, кд/мв

9>6

7,8

720

Скорость двнеения электролите, и/с

-6

Скорость осакдения>10 и/с

Иэносостоймость покрытий, имэlч>

1 9

0,042

0,038 при деииеним электро" лита в направлении пропускания дополнительного тока

0,0088

° меправленни>противополоеном пропусканип .: тока

0,0091 беэ проточного электролита

0,097

Способ нанесения покрытий

Показатели

По прототипу

Предлагая ц>й

Р»

1 (2

Состав электроЛите > l /h >

Надь сернокислая (CuSSO6)

Серная кислота (H

Дисульфид иолнбдема

l4> Sg

Условия осакдения>

250 250

50 50

2 2

20 20

Плотность основмого то ка, »A/»4

Плотность дополнительного тока, кд/мв

Скорость освидвния> 10 и/с

12,5 12,0

0,27

0>3

0,19

0,27

Скорость деикения электролита, и/с

СОДЕРМЕННЕ ДИСУЛЬфИДа ИОЛиб» дана ° покрытмм, иас.2>

То ев, об.2

Иэносостойкость, ммь/ч>

1>9

2,1

10 3

1,12

3 ° 8

14>3

3,9

14,7 прм денеении электролита .. в направлении пропусквния дополнительного тока при двиеении электролите ° направлении, протмеополоинои пропусканмп дополми" тельного тока ювроковатость поееркности, 10 в и

0,88

0,89

0,92 0,91

4>2

Имеется дендрмты

2 5

СОстав электрОлитв>Ã/ë>

Хромовый ангидрид

Свкар йаурмлсульфат натрия

Условия осаждения>

1,8

1,5

Таблица l

1,8

1 5

Т в б л н ц е 2

1723206

Показатели

Способ нанесения. покрытий ю

Предлагаемый По прототипу

«юю«ююююююююююю

Плотность основного тока, кА/м

0 31

1,27

Плотность дополнительного тока, кА/м2

800

Скорость движения электролита, м/с

0,21

Содержание дисульфида молибде" на в покрытии, мас.Ф:

То же, об.Ф

0,14 при движении электролита в направлении пропускания дополнительного тока

О,11 в направлении, противоположном пропусканию допол" нительного тока

0,105

2,2

Состав электролита,г/л:

Никель сернокислый (NiS04) Аммоний хлористый

Натрий азотнокислый (NaN0 ) Борная кислота

Дисульфид молибдена

Условия осаждения:

Скорость осаждения

Износостойкость покрытий, ммз/ц:

Шероховатость поверхности, 10 м

2,2

1,4

2,2

0,34

4,8

18,7

Таблица3

2,2

1,4

1,98

9,7

6,7

Наблюдаются дендриты

1723206

1723206

1723206

)ч

Й)

Редактор М.Циткина

Заказ 1046 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 сЪ

О

Е

Q.

Ю о э э

О о

Щ

12

6

О 200 300 400 500 600 700 800

Ллотносгпь дополнительного аока, кА/4

Iu2.3

Составитель Е,Липатов

Техред М.МоРгентал Корректор С.черни