Способ электролитического железнения в хлористых электролитах

 

Сущность изобретения: электролиз ведут в две стадии: на первой - на перемен ном токе промышленной частоты с последующим снижением обратного тока, на второй стадии после снижения обратного тока на первой стадии процесс ведут при непрерывном повышении плотности обратного тока от (5,5 - 6,5) до„(9 - 20,5) А/дм2 со скоростью

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (а9) (И) (и)з С 25 О 3/20

ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПА ГЕНТУ

1 (21) 4863386/26 (22) 15.06;90 (46) 67.06ЗЗ. Ben. М 21 (71) Днепропетровский институт тинженеров железнодорожного транспорте им, M.È.Êâлинина (72) Н;А.Костин, Ю,B.Ìèõàéëåíêî, Н,П.Заика; Л.:АЛромов, В.А.Заблудовский и

В.Й.Япгтановский (ЩДнепропетровский институт инженеров жвлезнодортожнаго транспорта .имМ,И.КалинИиа фб) Авторское свидетельство СССР

М 168569,.кл. С 25 О 5/18, 1963.

Авторскве свидетельство. СССР

М 204083, im. С 25.0 3/20, 1985, Авторское свидетельство СССР

М 354009, кл. С 25 О S/18, 1970.

Изобретение относится к области нане.сения металлических покрытий электролитическим способом, в частности к области электролитического осаждения железных покрытий. и может быть использовано в гальванических цехах ремонтных предприятий.

Целью изобретения является повышение равномерности покрытия, улучшение

6l0 прирабатываемости и уменьшение дендритообраэования в процессе его нанесения, Поставленная цель достигается тем, что электролитическое железнение в хлористых электролитах осуществляют на асимметричном йеременном токе промышленной частоты с последующим снижением обратного тока в. начальной стадии и в дальнейшем (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗНЕНИЯ В ХЛОРИСТЫХ ЭЛЕКТРОЛИТАХ (57) Сущность изобретения: электролиэ ведут вдве стадии: на первой-на переменном токе промышленной частоты с последующим снижением обратного тока, на второй стадии после снижения обратного тока на первой стадии процесс ведут при непрерывном повышении плотности обратного тока

or(5,5-6 5) до(9-20,5)А/дм со скоростью (0,4-28) А/дм ч, при этом значение плотности прямого тока равно (54 — 64) А/дм2, 2 ил., 1 табл. (после начальног() периода) непрерывным ®1 равномерным повышением плотности об- с ратного татка от аначения то,б — 6,5) до 9 — О

20,5) А/дм со скоростью(0,4-28) A/äì, ч, при этом значение катодного тока равно (54

-64) А/дм .

Спосрб позволяет повысить равномерность распределения покрытия железом эа счет того, что вследствие повышения обратного тока до (9 — 20,5) Аlдм2 происходит (.Д уменьшение поляризуемости электрода за обратный период в (1,5 — 1,8) раза.

Способ лозволяет в (1,5 — 2) раза улучшить приработку покрытия, снизить приработочный износ, так как поверхностные слои покрытия имеют меньшие значения микротвердости на поверхности (Нр ";. 4500-4700 МПа) и плотности дисло1820921 каций, чем в остальной части покрытия (Hp, 6100 - 6200 МПа). В результате, в условиях граничного трения, образуется пластифицированный менее твердый слой металла, в котором происходит локализация сдвиговой деформации и который облегчает приработку, Указанные необходимые свойства поверхностного слоя достигаются по° степенным повышением к концу электролиза величины обратного тока до (9—

20,5) А/дм . С увеличением обратного тока осадки формируются более мягкие, с меньшим количеством дислокаций.

Уменьшение в (2- 3) раза массы дендритов на покрытии происходит в результате увеличения обратного тока. Дендриты возникают вследствие развития кристаллической шероховатости и в местах растрескивания покрытия. В свою очередь трещины возникают при возрастании внутренних напря>кений, а дендритообразование усиливается с повышением шероховатости и внутренних напряжений.

Дендритообразование усиливается с повышением толщины покрытий в процессе электролиза. Обратный ток, в целях сдерживания нарастания шероховатости и внутреиних напря>кений, должен увеличиваться в процессе нанесения покрытия в процессе увеличения его тблщины. Предлагаемый способ позволяет это сделать до 4бр. = 20,5

А/ 2

Нижняя граница скорости повышения плотности lpop. обРатнОго тока 0,4 А/дмг ч обусловлена тем, что и ри скорости меньшей

0,4 А/дм ч величина lpgp. долго нарастает г. и не достигнет значений, при котерых покрытия очень равномерные, микротвердость и плотность дислокаций поверхностного слоя покрытия больше и прирабатываемость плохая, Верхняя граница скорости нарастания плотности обратного тока равная 28 А/дм ч выбрана исходя из того, что при большей скорости равномерность осадков резко ухудшится. Возрастает также начальный износ при приработке покрытия. Промежуточные (между 0,4 и 28 А/дм . ч) значения скорости увеличения плотности обратного тока обеспечивают плавное достижение необходимых {оптимальн ых с позиций повышения равномерности покрытия, улучшения его прирабатываемости и уменьшения дендритообразования) значений lp5p. при нанесении железных покрытий различной толщины (практически от 0,1 до 1,5 мм), т.е. при различных длительностях процесса электролиза, Катодная составляющая тока осаждения в процессе нанесения покрытия остается неизменной в интервале (54 — 64) А/дм .

При l», «54 А/дм;происходит уменьшение г производительности процесса железнения и катодной поляризации, вследствие чего структура осадка будет более крупнокристаллической, что скажется на твердости и иэносостойкости покрытия. При lpp. > 64

10 А/дм наблюдается заметное дендритообг разование, подгар деталей, ухудшается качество покрытия.

Допустимый интервал значений плотности обратного тока в начальный момент ос15 новного режима составляет(5,5- 6.5) A/äì .

Нижняя граница интервала обусловлена тем, что при 1рбр. меньше 5,5 А/дм ухудшается равномерность распределения осадка.

В случае, если )pop. в начальный момент

20 основного режима будет больше 6,5 А/дм, с учетом заявленной скорости увеличения

lp5p. (0,4 — 28) А/дм ч к концу процесса поляризуемость П0бр. выйдет за значение (Псар. = 20,5 А/дм ) и тем самым будет нару25 шено условие: П0бр. «Плр.

Равномерность распределения покрытия оценивали в производственных условиях методом стержневого катода, имевшего семь стержней различной длины: глубина

ЗО первого углубления составила 10, последнего 100 . О распределении металла судили по толщине Ь осадка на торцах стержней. Более. пологая зависимость Лот номера М стержня свидетельствует о лучЗ5 шем распределении покрытия. На фиг.1 показаны графики распределения осадка на торцах стержней при осаждении известным способом и согласно изобретению. За количественный критерий фактической равно40 мерности распределения железного покрытия принят коэффициент равномерности Кр. мин

Kp= - —

45 где Ь ин — минимальная толщина покрытия, полученного на наиболее удаленном участке катода: для наших условий — на стержне

N T;

6ср. — средняя толщина.

50 Микротвердость покрытий измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке на пирамиду

0,1 кГс. Этот же прибор использовали для измерения толщины осадка на торцевых шлифах.

Величину начального износа определяли на машине трения СМЦ-2. Конртелом служила букса иэ чугуна СЧ-21-40; площадь соприкосновения колодки с роликом 1 см.

Массу изношенного металла взвешивали на

1820921 аналитических весах АДВ-200 с точностью до 0,1 мГ (по результатам трех измерений).

Степень дендритообразования оценивали по процентной массе дендритов по отношению ко всей массе.

Пример. Электроосаждение железных покрытий осуществляли из хлористого электролита, состава, г/л: хлористое железо

400; соляная кислота 1.0; рН 0,8; при температуре (20 — 35ОС). Материал подложки сталь Ст.3.

Закономерность изменения параметров поляризующего тока в процессе нанесения покрытия отражает кривая зависимости амплитудной плотности тока от времени (фиг.2).

Процесс нанесения покрытия состоит из двух фаэ: начального и основного режима. Начальный режим осуществляется HB асимметричном переменном токе промышленной частоты. При этом прямая составляющая тока остается неизменной, а обратная — изменяется по амплитуде в сторону уменьшения. Исходные параметры режима: амплитудная плотность прямого тока l .np. = 95

Аlдм (средняя плотность- прямого тока

Icp.np = 60 А/дм ); амплитудная плотность обратного тока tr.овр,= 79 А/дм (средняя

2 плотность обратного тока Icp.o6p. = 50

А/дм ); катодно-анодное отношение jt> =

1,2, При этих параметрах процесс осуществляется в течение 1.5 мин. Затем ступенчато изменяется обратный ток. Новая ступень характеризуется другим значением катодно-анодного отношения и длится несколько минут. Последней ступенью начального режима является ступень с амплитудной плотностью прямого тока (т.np. = 95 А/дм

z (средней плотностью прямого тока lcp.np. =

-60 А/дм2), амплитудной плотностью обратного тока Iã.opp. = 9,5 Аlдм (средней плотног стью обратного тока lcp.o6p. = 6 А/дм ) и

2 катодно-анодным отношением P4 = l0. На этом заканчивается начальный режим, Его продолжительность 7 мин. Значения катодно-анодного отношения:Р1 = 1,2;Pz = 2; рз =

=4; p4= 10.

Основной режим является продолжением начального. Исходные параметры основного режима; амплитудная плотность прямого тока IT.пр. = 95 А/дм (средняя плот2 ность прямого тока Icp.пр. = 60 Аlдм ); амп2.

50 электролиз на переменном токе промышленной частоты с последующим снижением обратного тока в начальной стадии, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью. повышения равномерности пОкрытия, улучшения его прирабатываемости и уменьшения дендритообраэования в процессе его нанесения, после снижения обратного тока в начальной стадии процесс ведут при непрерывном равномерном повышении плотности обоатного тока от 5,5 — 6,5 до 9 — 20,5 Аlдм со скоростью 0,4 — 28 А/дм . ч, при этом значение плотности прямого тока равно 54 — 64 д/ „„2 литудная плотность обратного тока гч

=9,5 Аlдм (средняя плотность обратного тока Icp.oáp. - 6 Аlдм ): катодно-анодное от2, ношение j3-10. Далее процесс осуществля.

5 ется с непрерывным во времени равномерным повышением амплитудной плотности обратного тока при неизменной амплитудной плотности прямого тока. Конкретная величина скорости нарастания во

10 времени средней плотности обратного тока в диапазоне (0,4 —. 28) Аlдм ч выбирается исходя из необходимой толщины осадка и . длительности процесса. Так, при толщине осадка 0,1 мм и времени осаждения 0,5 часа

15 скорость увеличения средней плотности обратного тока vcp. = 28 А/дм . ч и тогда в

2 конце процесса амплитудная плотность прямого тока равна IT.np, -95 Аlдм (средняя

2 плотность прямого тока lcp.nð. = 60 Aläì );

2.

20 амплитудная плотность обратного тока

b.o6p. = 31,7 Aläì (средняя плотность обг ратного тока !Ср.обр. = 20 Аlдм ); катодно2, анодное отношение P= 3.

Значение параметров !т.обр. и Р в любой

25 момент основного режима могут быть легко определены по текущему значению времени осаждения в основном режиме.

Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в таблице, 30 Использование способа по изобретению позволяет на (20 — 25) повысить равномерность -распределения покрытия железом; в (1,5- 2) раза улучшить приработку покрытия, в(2 — 3) раза уменьшить массу

35 дендритов на покрытии.

Формула изобретения

Способ электрического железнения в хлористых электролитах, включающий

182092 1! ж э за u.Ct

o at x e юуео

t"

18 S ! е 1 4 а I

a s ц о 1 ъ s e o сч

at э>з т а

I с 1 е 3 tt 3 м

I I X . X X X

1 X 1

5 I .

1 l» 1 о

1 е е1, Râ а !» о! ac% 1 о

YS МЕОЕР ««!О

os xeîî2в !о

I c 1 K t- cs c О м 1 а

» сО ФЧ OO а а а а ! ч а ф !ч

° » а CQ сч

EV О\!

an

CA а м о аА

° ° » м ф а О\ со О\ а а ° а а а

lyl а» М I М Ф»

o o о о о о а o - а !ч о а о О оГ О "Ф О Ч5!

1 >>a

Ж*" 2

0хе

rеа со !ч cv a а а а а

М O C0 O

° Ф ф Ч! ОЪ а

X дФ. ! ° aA

О 1 « о а.

XhC 1 О

1Ч а а ° ф CV л в л !

I

1

° » I

ut 1 !!

I

I

1 о

z e

a! !! с л !. о

8 а

° ° ° °

I I

1 I 4 I

° .t-о!

I

jI — — ——

l 6!

a. -u a ор

Я Ф

41 .аг Ф м м»»!

1

s o

4 . 1 а е

Y о

s- ac o о.

fee х 3;8 о

m o a а

«!ч

О М 10 .Е О

l

I

1 е0 е I о м (Ч а а а а Щ ф ф ф а» 1 а

Ю а

an м з! Re I 4е». 1

).g. с а х а*с - г ! е.l

1 Е t 1- I ф аS 4У О. Ч с CC»«Cf о е а а а

an ч5 О

1 ! !

I.э

I ъО о

o o o cn o .е

ЕЧ СО 1Ч O

3 i Яфоое !м

3 F- i ДГ1ч с! о О м О

1 о а 1 ч5 1

I

1

1

1 о О 1

1.

1

I

3 аО 1

t о с с !

CC

«Ю*:С 3 CV ф Ф

I

- -! o а an а а

oocyte-э а О м ч! м чЭ

4 У О

1- .1» ао! сxca»

8ю о

З X о о с с

X

Cl о 1- о е * И

% о % о э с Ф.э с с! 5р

° с! ч м -е а О

1 I

1 1

1 1

I I

1 ц I

1 4 X I

1 1».1 I о t

1Е51 ! е е

1 О, a !

I Я

Й ф

I 3 ао

1 !"

2х

I Е 4 ! a g

C X

I

1

1 ! .! о

1Ва

1ООФ о в

t с ц

1

I

I

1 !

1

1 !

1

1

1

1

I

1

1 б !

1820921

Ц2

7 Фаркин.

2 3 4

Фиг. (Составитель Ю.Михэйленко

Редактор Т.Никольская Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Заказ 2041 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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