Способ диффузионного хромирования изделий из алюминиевых сплавов

 

Использование: диффузионная металлизация в машиностроении, приборостроении, авиационной, автомобильной и тракторной промышленности и других областях техники. Сущность изобретения: хромирование алюминиевых деталей осуществляют в режиме нагрева при катодном процессе при напряжении 180 360 В, плотности тока 0,1-0,5 А/см², за 2 10 мин, в хромосодержащем электролите, который состоит из водного раствора нитрата хрома в соотношении, мас. Cr(NO₃)₃-5-25, вода остальное. Применение способа позволяет интенсифицировать процесс хромирования, повышает износостойкость и предотвращает коробление. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к диффузионной металлизации, и может быть применено в машиностроении, приборостроении, авиационной, автомобильной и тракторной промышленности и других областях техники. Известны способы хромирования изделий из алюминиевых сплавов с предварительной анодной обработкой в кислотах. Однако такие способы хромирования изделий из алюминиевых сплавов трудоемки и не обладают большой прочностью сцепления хромового никеля слоя с основным металлом, поскольку хромовое покрытие формируется только на поверхности алюминиевой детали. Также известен способ комплексной обработки изделий из алюминиевых сплавов, в том числе путем диффузионного хромирования с использованием окиси хрома. Недостатком этого способа является длительность процесса насыщения хромом, низкая износостойкость полученных изделий, а также коробление изделий из алюминиевых сплавов. Цель изобретения интенсификация процесса хромирования, повышение износостойкости за счет плавного распределения хрома и предотвращение коробления за счет локальности нагрева. Поставленная цель достигается тем, что хромирование изделий из алюминиевых сплавов осуществляют в режиме локального нагрева в хромосодержащем электролите, который содержит нитрат хрома при следующем соотношении компонентов, мас. Нитрат хрома Cr(NO₃)₃ 5 25 Вода Остальное при катодном процессе с напряжением 180 360 В, и плотностью тока 0,1 0,5 А/см² за время от 2 до 10 мин. С целью повышения износостойкости за счет сглаживания микрорельефа поверхности обработку ведут в водном растворе нитрата хрома при следующем соотношении компонентов, мас. Нитрат хрома 21 25 Вода Остальное Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ хромирования изделий из алюминиевых сплавов отличается тем, что процесс осуществляют при катодном процессе с напряжением 180 360 В, плотности тока 0,1 0,5 А/см² в течение 2 10 мин. При сравнении хромосодержащего состава, принятого за прототип с заявляемым, можно сделать вывод, что отличие состоит в том, что в качестве хромосодержащей среды используется водный раствор нитрата хрома (Cr(NO₃)₃. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию "новизна". Техническое решение со сходными признаками, отличающее заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, предложенное решение обладает существенными отличиями. Способ хромирования алюминиевых деталей осуществляют в режиме нагрева при катодном процессе в электролите, состоящем из водного раствора хромосодержащей соли: Cr(NO₃)₃ в массовом отношении в равным 5 25. Благодаря катодному процессу хром осаждается на поверхности алюминиевой детали и дифундирует на глубину 240 250 мкм. Катодный процесс электролитного нагрева характеризуется образованием парогазовой оболочки, в которой содержится атомарный водород, являющийся восстановителем окислов в поверхностном слое алюминиевой детали и очищающий ее. Т. е. не требуется специальных растворов для предварительной обработки алюминиевой детали перед хромированием. При этом парогазовый слой отделяет алюминиевую деталь-катод от электролита, т.е. разрывает электрическую цепь. При высоком напряжении (180 360 В) происходит пробой парогазовой оболочки электрическими разрядами, которые оплавляют осаждаемые на деталь частицы хрома. При этом процессе интенсивно нагревается поверхность алюминиевой детали и происходит как образование алюминидов хрома, так и термодиффузионный процесс проникновения хрома в глубину алюминиевой детали до 240 250 мкм. Для этого алюминиевую деталь частично погружают в электролит, подают напряжение 180 360^о В. При напряжении менее 180 В и плотности тока менее 0,1 А/см² не создается парогазовая оболочка и отсутствует электроразрядный процесс, который способствует активной глубокой диффузии хрома. При напряжении более 360 В и плотности тока более 0,5 А/см² происходит настолько интенсивный процесс нагрева алюминиевой детали, что расплавляет ее поверхность. Примеры осуществления способа приведены в таблице. Обрабатывались цилиндрические алюминиевые заготовки поршней пусковых двигателей. Время обработки 2 10 мин. Состав электролита также приведен в табл. 1. Концентрацию хрома в слое и глубину определяли по изучению хрома при возбуждении его атомов быстрыми электронами с помощью растрового электронного микроскопа. Результаты измерений показывают, что концентрация хрома при обработке образцов в течение 6 8 мин в слое глубиной 10 15 мкм составляет 4 6% в первых 100 мм 1,5 2,0% во вторых 100 мкм 0,8 1,5% в третьих 100 мкм 0,05 0,5% Таким образом использование предлагаемого способа хромирования изделий из алюминиевых сплавов позволяет создать диффузионный слой хрома, за счет чего достигается повышение износостойкости. Указанные в таблице граничные значения концентрации электролита являются оптимальными для получения требуемого рабочего ресурса. При выходе за заявленные граничные значения в составе электролита наблюдаются следующие недостатки: при уменьшении количества нитрата хрома менее 5 мас. диффузионный слой имеет малую концентрацию хрома и не достигается повышение износостойкости, при превышении количества нитрата хрома более 25 мас. наблюдается образование жесткой корки на поверхности детали, что также снижает эксплуатационные свойства деталей из алюминиевых сплавов.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий обработку в хромсодержащей среде, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса хромирования, повышения износостойкости за счет более плавного распределения хрома и предотвращения коробления за счет локальности нагрева в качестве хромосодержащей среды используют водный раствор нитрата хрома при следующем соотношении компонентов, мас. Нитрат хрома 5 25 Вода Остальное
а обработку проводят при катодном процессе с напряжением 180 360 В и плотностью тока 0,1 0,5 А/мс² в течение 2 10 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости за счет сглаживания микрорельефа поверхности обработку ведут в растворе, содержащем, мас. Нитрат хрома 21 25
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1