Гальванопластический способ получения деталей

 

Изобретение относится к гальванопластическому способу изготовления деталей и позволяет повысить стойкость формообразующих деталей к значительным механическим воздействиям. На модель осаждают первый слой никель-фосфорового сплава толщиной 200-500 мкм, при 70-80^oС, плотности тока 0,3-5,0 А/дм² из электролита, содержащего, маc. %: никель сернокислый (7-водный) 12,8-16,8; натрий хлористый 1,4-1,7; кислота борная 1,4-1,7; кислота ортофосфорная 2,8-4,4; натрий фосфорноватистокислый 1,2-2,8; вода - остальное, при рН 2,0-2,5. Затем поочередно наносят слой никель-кобальтового сплава, толщиной 300-600 мкм, никеля и меди, причем толщина никельсодержащих слоев составляет не менее 7000 мкм. Полученный многослойный пакет с моделью подвергают термообработке при температуре 270-300^oС в течение 2-3 часов, после чего извлекают модель. 2 табл.

Изобретение относится к изготовлению деталей методом гальванопластики и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности, для изготовления формообразующих деталей пресс-форм.

В настоящее время в практике широкое применение получил способ изготовления формообразующих деталей пресс-форм методом механической обработки. Однако, указанный способ характеризуется повышенной трудоемкостью, особенно при изготовлении формообразующих деталей сложной конфигурации (до 6 месяцев).

По совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом является гальванопластический способ получения отражателей заключающийся в послойном электролитическом осаждении никель- и железосодержащих сплавов на модель, извлечении модели и последующей термообработке пакета слоев (1). Детали, полученные указанным способом, обладают высокими термостойкими характеристиками. Вместе с тем, применительно к изготовлению формообразующих деталей пресс-форм, известный способ не обеспечивает достаточно высокую стойкость получаемых деталей при воздействии на них больших механических нагрузок, в результате которых происходит образование трещин, приводящих к снижению качества отливаемых в пресс-формах изделий и к уменьшению срока службы пресс-форм.

В основу изобретения поставлена задача повысить стойкость формообразующих деталей к значительным механическим воздействиям и за счет этого повысить долговечность пресс-форм и качество отливаемых изделий.

Поставленная задача решается тем, что в гальванопластическом способе получения деталей, включающем последовательное многослойное электролитическое осаждение никельсодержащих слоев на модель, термообработку и извлечение модели, согласно изобретению, на последний слой наносят дополнительно слой меди, а первый никельсодержащий слой осаждают толщиной 200-500 мкм из электролита, содержащего, мас. никель сернокислый 7-водный 12,8-16,3; натрий хлористый 1,4-1,7; кислота борная 1,4-1,7; кислота ортофосфорная 2,8-4,4; натрий фосфорноватистокислый 1,2-2,8; вода остальное, при рН 2,0-2,5, плотности тока 0,3-0,0 А/дм² и 70-80^oС, при этом осаждение никельсодержащих слоев производят до толщины не менее 7000 мкм в последовательности, обеспечивающей твердость каждого последующего слоя меньше предыдущего.

Второй слой получают путем осаждения сплава никель-кобальт при 42-46^oС, плотности тока 0,3-4,0 А/дм² из электролита, содержащего, мас. никель сульфаминовокислый 36,0-40,0; кобальт сульфаминовокислый 1,8-2,5; никель двухлористый 1,2-1,5; кислота борная 3,0-4,0; сахарин 0,035-0,04; натрий втор-алкилсульфаты на основе α- олефинов 0,05-0,1; вода остальное, при рН 3,0-3,5.

Перед осаждением меди производят осаждение никеля при 50-55^oС, плотности тока 0,3-4,0 А/дм² из электролита, содержащего, мас. никель сульфаминовокислый 34,0-36,0; никель двухлористый 0,3-0,5; кислота борная 3,0-3,5; сахарин 0,035-0,04; натрий втор-алкилсульфаты на основе a-олефинов 0,05-0,1; вода остальное, при рН 3,5-4,0.

Слой меди осаждают при 18-21^oС, плотности тока 1,0-3,0 А/дм² из электролита, содержащего, мас. медь сульфаминовокислая 20,0-26,0; кислота серная 8,0-12,0; калий пирофосфорнокислый 0,25-0,5; вода остальное, при рH 0,3-0,8. Сплав никель-кобальт осаждают до толщины 300-600 мкм. Термообработку осуществляют при 270-300^oС в течение 2-3 часов.

Заявляемый способ обладает высокой стойкостью к значительным механическим нагрузкам, что существенно при изготовлении формообразующих деталей пресс-форм, работающих в жестких температурных и механических диапазонах. Это объясняется тем, что формообразующие детали, полученные предлагаемым способом, обладают высокими твердостью и пластичностью. Твердость обусловлена использованием в качестве рабочей поверхности, воспринимающей механические нагрузки, никельфосфорного слоя, который после термообработки достигает твердости свыше 62 HRC. Благодаря многослойности формообразующих деталей, происходит компенсация внутренних напряжений сочетаемых слоев. Каждый последующий после первого слоя имеет меньшую твердость, и, следовательно, выше пластичность по отношению к первому рабочему слою, т.е. является компенсатором переменных деформаций предыдущего слоя. В результате, применительно к многослойной системе в целом, при воздействии механической нагрузки наступает внутренняя компенсация переменных деформаций, благодаря которой исключается образование трещин на рабочей поверхности формообразующей детали, что обеспечивает высокое качество поверхностей изготавливаемых в пресс-форме деталей и увеличивается срок службы пресс-форм. Кроме того, применение в качестве рабочего слоя сплава никель-фосфор, обладающего противопригарными свойствами, исключает прилипание пластмассы к поверхностям формообразующих деталей пресс-форм при изготовлении изделий.

Способ осуществляют следующим образом.

Рабочую поверхность матрицы (нержавеющая сталь, полиметилметакрилат и т. д. ) обрабатывают обезжиривающим раствором и наносят слой никель-фосфорного сплава толщиной 200-500 мкм из электролита, содержащего, мас.

никель сернокислый 7-водный 12,8-16,8 натрий хлористый 1,4-1,7 кислота борная 1,4-1,7 кислота ортофосфорная 2,8-4,4 натрий фосфорноватистокислый 1,2-2,6 вода остальное при рН 2,0-2,0 и температуре 70-80^oС. Подают ток затяжки плотностью 0,3 А/дм² в течение 1 часа, после чего ток постепенно повышают до 5,0 А/дм². При этом элекролит непрерывно перемешивают и фильтруют. Сплав осаждают в течение 7-17 часов при скорости 20-35 мкм/ч.

На образованный никель-фосфорный слой осаждают слой никель -кобальтового сплава толщиной 300-600 мкм из электролита, содержащего, мас.

никель сульфаминовокислый 36,0-40,0 кобальт сульфаминовокислый 1,8-2,5 никель двухлористый 1,2-1,5 кислота борная 3,0-4,0
сахарин 0,035-0,04
натрий втор-алкилсульфаты на основе a-олефинов 0,05-0,1
вода остальное
при рН 3,0-3,5 и температуре 42-46^oС. Подают ток затяжки плотностью 0,3 А/дм² в течение 1 часа, после чего ток постепенно повышают до 4,0 А/дм².

На никель-кобальтовый слой осаждают слой никеля толщиной 5900-6500 мкм из электролита, содержащего, мас.

никель сульфаминовокислый 34,0-36,0
никель двухлористый 0,3-0,5
кислота борная 3,0-3,5
сахарин 0,035-0,04
натрий втор-алкилсульфаты на основе a-олефинов 0,05-0,1
вода остальное
при рН 3,5-4,0 и температуре 50-55,^oС. Подают ток затяжки плотностью 0,3 А/дм² в течение 1 часа, после чего ток постепенно повышают до 4,0 А/дм².

Последним осаждают слой меди толщиной 12000-15000 мкм из электролита, содержащего, мас.

медь сульфаминовокислая 20,0-26,0
кислота серная 8,0-12,0
калий пирофосфорнокислый 0,25-0,5
вода остальное
при рН 0,3-0,8, плотности тока 1,0-3,0 А/дм² и температуре 18 - 21^oС.

Затем производят термообработку полученного многослойного пакета в сушильном шкафу в течение 2-3 часов при температуре 270-300^oС, после чего с помощью съемника извлекают модель.

Между никель-кобальтовым слоем и слоем никеля может быть нанесен один или несколько никельсодержащих слоев, причем каждый последующий слой должен иметь твердость ниже твердости предыдущего слоя. При этом толщина пакета никельсодержащих слоев должна составлять не менее 7000 мкм.

В таблице 1 приведены примеры осуществления способа, в таблице 2 - эксплуатационные характеристики полученных формообразующих деталей.

Oсаждение слоев осуществляли на модели из стали Х18Н9-10Т, рабочие поверхности которых предварительно обезжиривали синтетическим моющим средством.

Проведенные опытно-промышленные испытания пресс-форм с формообразующими деталями, изготовленными по предлагаемому способу, показали, что способ обеспечивает высокую твердость первого (рабочего) слоя формообразующих деталей (от 62,5 НRС до 65 НRС), и, как следствие, высокую стойкость к значительным температурным и механическим нагрузкам. На указанных пресс-формах изготовлено от 1,9 до 2,2 млн. изделий с качественными поверхностями, при этом прилипание пластмассы к поверхности формообразующих деталей не наблюдалось.

Формула изобретения

1. Гальванопластический способ получения деталей, включающий последовательное многослойное электролитическое осаждение никельсодержащих слоев на модель, термообработку и извлечение модели, отличающийся тем, что на последний никельсодержащий слой наносят дополнительно слой меди, а первый никельсодержащий слой осаждают толщиной 200 500 мкм из электролита, содержащего, мас.

Никель сернокислый (7-водный) 12,8 16,8
Натрий хлористый 1,4-1,7
Кислота борная 1,4-1,7
Кислота ортофосфорная 2,8-4,4
Натрий фосфорноватистокислый 1,2-2,8
Вода Остальное
при рН 2,0 2,5, плотности тока 0,3 5,0 А/дм² и 76 80°С, при этом осаждение никельсодержащих слоев производят до толщины не менее 7000 мкм в последовательности, обеспечивающей твердость каждого слоя меньше предыдущего.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй слой получают путем осаждения сплава никель-кобальт при 42 46^oС и плотности тока 0,3 4,0 А/дм² из электролита, содержащего, мас.

Никель сульфаминовокислый 36 -40
Кобальт сульфаминовокислый 1,8-2,5
Никель двухлористый 1,2-1,5
Кислота борная 3 4
Сахарин 0,035 0,04
Натрий втор-алкилсульфаты на основе α-олефинов 0,05-0,1
Вода Остальное
при рН 3,0-3,5.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед осаждением меди производят осаждение никеля при 50 55°С, плотности тока 0,3-4,0 А/дм² из электролита, содержащего, мас.

Никель сульфаминовокислый 34 36
Никель двухлористый 0,3 0,5
Кислота борная 3,6 3,5
Сахарин 0,035-0,04
Натрий -втор-алкилсульфаты на основе a-олефинов 0,05 0,1
Вода Остальное
при рН 3,5 4,6.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой меди осаждают при 18 - 21°С, плотности тока 1,0 3,6 А/дм² из электролита, содержащего, мас.

Медь сульфаминовокислая 26,6 25,0
Кислота серная 8,9 12,6
Калий пирофосфорнокислый 0,25 0,5
Вода Остальное
при рН 0,3 0,8.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сплав никель-кобальт осаждают до толщины 300 600 мкм.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем,что термообработку осуществляют при 270 300^oС в течение 2-3 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3