Способ получения композиционных металлоалмазных покрытий

 

Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий и может быть использовано при нанесении металлоалмазных покрытий для широкого класса матриц, применяемых в технике гальванических покрытий (хром, кобальт, цинк, никель, кадмий, серебро, золото, медь, палладий и др.). Способ включает введение в электролит очищенного ультрадисперсного алмазного порошка (УДА) в количестве 2 - 20 г/л в виде электролитной суспензии с концентрацией УДА 8 - 10% с содержанием примесей не более 2% и удельной поверхностью 400-500 м²/г. Технический результат: увеличение микротвердости, износостойкости, коррозионной стойкости изделий. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий, в частности к электрохимическому хромированию, и может найти применение в различных областях промышленности для увеличения износостойкости, коррозийной стойкости деталей, узлов и механизмов, обрабатывающего инструмента, а также снижения коэффициента трения в трущихся деталях и, как следствие, для увеличения срока их службы.

Изобретение эффективно может быть использовано для широкого класса матриц, применяемых в технике гальванических покрытий (хром, кобальт, цинк, никель, кадмий, серебро, золото, медь, палладий и др.), в частности для нанесения хром-алмазных покрытий на инструмент и трущиеся детали машин, алмаз-серебряных покрытий на контакты и разъемы электрических устройств, кобальт-алмазных покрытий на головки видеотехники и т.д.

Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для повышения долговечности деталей, расположенных в труднодоступных местах механизмов, узлов, устройств.

Известен способ нанесения электрохимических покрытий (Поветкин В.В., Ковенский И. М. Структура электрохимических покрытий.- М.: Металлургия, 1989, с.102). Способ предусматривает нанесение износостойких покрытий, например на основе никеля, осаждением их на детали машин в электролите при повышении амплитудной плотности тока и достижении максимальных величин в интервале 20-60 А/дм².

Недостатком известного способа нанесения электрохимических покрытий является их низкая износостойкость и коррозионная стойкость.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ нанесения хром-алмазных покрытий с помощью электролита, содержащего алмазографит - (патент РФ N 2096535 МПК 7 C 25 D 15/00.) Недостатком известного способа нанесения хром-алмазных покрытий является то, что при достаточно низкой себестоимости способ не обеспечивает требуемых высоких физико-механических характеристик и структуры покрытий для ответственных и прецизионных узлов, а также в случаях, когда высокое качество покрытий является приоритетным.

Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости, микротвердости и коррозийной стойкости покрытий наносимых на ответственные детали узлов и механизмов машин.

Указанная задача достигается тем, что в применяемый электролит взамен алмазографита вводят 2-20 г/л УДА повышенной степени очистки и дисперсности, обладающий следующими характеристиками: - величина удельной поверхности порошка 400-500 м²/г, - содержание примесей не более 2%.

В отличие от применяющихся модификаций алмазосодержащих материалов, которые достаточно легко перемешиваются с электролитом, предлагаемая модификация УДА при использовании обычных приемов вводится в электролит с большим трудом (длительность перемешивания может составить 50-80 часов).

В предлагаемом способе перед введением в электролит осуществляется предварительная подготовка очищенного порошка УДА следующим образом. Для расчетного объема ванны и электролита приготавливается 28-30% концентрат УДА в электролите выбранной рецептуры. Затем концентрат постепенно в 5-6 приемов при тщательном перемешивании разбавляется электролитом и переводится в электролитную суспензию с концентрацией УДА 8-10%. Далее расчетное количество полученной электролитной суспензии УДА равномерно небольшими порциями при активном барботировании ванны в течение 20-30 мин вводится в электролит ванны. Перед нанесением покрытий, например хром-алмазных, электролит нагревают до температуры 50-60^oC, выдерживают при заданной температуре в течение 6-48 ч, проводят проработку электролита при плотности тока 40-50 А/дм²в течение 2-6 ч, а процесс осаждения проводят при температуре электролита 50-60^oC и плотности тока 50-60 А/дм².

Увеличение износостойкости и микротвердости покрытия происходит за счет совершенствования структуры металлоалмазного покрытия (формируется беспористая субмикрокристаллическая упорядоченная структура) в результате воздействия на него высокодисперсных частиц повышенной чистоты и гомогенности в процессе осаждения. Чем больше кристалликов осадка ориентировано в одном направлении (в более высокодисперсном порошке содержится больше центров кристаллизации), тем совершеннее структура и выше анизотропия свойств осадка, т. е. с увеличением степени совершенства текстуры хромовых покрытий повышается износостойкость, микротвердость и коррозийная стойкость покрытия.

Для пояснения изобретения ниже описаны примеры осуществления способа.

Пример 1.

В хромовый электролит вводят электролитную суспензию очищенного УДА при следующем соотношении компонентов, г/л: Хромовый ангидрид (CrO₃) - 225-275 Кислота серная (H₂SO₄) - 0,25-0,75 Калий кремнефтористый (K₂SiF₂) - 18-20 Барий сернокислый (BaSO₄) - 6-8 УДА повышенной чистоты и дисперсности - 2-20 В табл. 1 приводятся варианты использования растворов хромовых электролитов, отличающихся друг от друга содержанием УДА.

Пример 2. В цинковый электролит вводят электролитную суспензию очищенного УДА при следующем соотношении компонентов, г/л:
Окись цинка (ZnO₂) - 30-40
Натрий цианистый общий (NaCN) - 70-90
Натрий едкий (NaOH) - 70-90
Натрий сернистый (NaSO₂) - 2-4
УДА повышенной чистоты и дисперсности - 1-22
В табл. 2 приводятся варианты использования растворов электролитов цинкования, отличающихся содержанием УДА.

Пример 3. В электролит серебрения вводят электролитную суспензию очищенного УДА при следующем соотношении компонентов, г/л:
Серебро азотнокислое (в пересчете на металл) (AgNO₃) - 20-30
Калий цианистый свободный (KCN) - 30-50
Калий углекислый (K₂CO₃) - 20-40
УДА повышенной чистоты и дисперсности - 1-22
В табл. 3 приводятся варианты использования растворов электролитов серебрения, отличающихся содержанием УДА.

Во всех примерах толщина металлоалмазного покрытия составляла 8-10 мкм.

Износостойкость покрытий определяли на машине трения СМЦ-2 в условиях трения скольжения со смазкой, на нагрузке 98Н, скорость скольжения 1,15 м/сек, на образцах стали 30ХГСА по схеме: вращающийся диск (контртело) - неподвижный диск с покрытием толщиной 8-10 мкм.

В качестве контртела использовали диск диаметром 180 мм, толщиной 0,5 мм, закаленный до твердости 50-55 HRC.

Микротвердость измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 200 гр.

Коррозионную стойкость покрытия определяли методом погружения в 3% раствор хлористого натрия (NaCl) с последующим определением числа коррозионных поражений на 5 см² поверхности через 100 ча испытаний.

Из табл. 1-3 видно, что предложенный способ получения металлоалмазных покрытий по сравнению с известными обеспечивает повышение износостойкости, микротвердости и коррозийной стойкости при содержании УДА в электролите в пределах 2-20 г/л.

Формула изобретения

1. Способ электрохимического нанесения металлоалмазного покрытия, включающий введение в электролит ультрадисперсного алмазного порошка и осаждение, отличающийся тем, что в электролит вводят 2 - 20 г/л очищенного ультрадисперсного алмазного порошка с удельной поверхностью 400 - 500 м²/м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищенный ультрадисперсный алмазный порошок содержит примесей не более 2%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультрадисперсный алмазный порошок вводят в электролит в виде электролитной суспензии с концентрацией порошка 8 - 10%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлоалмазного покрытия наносят хромалмазное покрытие при температуре электролита 50 - 60^oC и плотности тока 50 - 60 А/дм².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3