Способ электролитического осаждения сплава железо-фосфор

 

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых износостойких покрытий, в частности железофосфорных покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Осаждение ведут из электролита, содержащего, г/л: хлористое железо 350-400, соляную кислоту 0,6-0,8, гипофосфит натрия 2-12, на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6, при катодной плотности тока 35-45 А/дм², температуре электролита 30-50°С. Способ позволяет получать покрытия с высокой микротвердостью и износостойкостью.

Изобретение относится к электролитическому осаждению твердых износостойких покрытий, в частности железофосфорных покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Известен способ электролитического осаждения сплава железо-фосфор из электролита, содержащего хлористое железо 150-350 г/л, соляную кислоту 1-2,4 г/л, гипофосфит натрия (калия) 3,5-7,0 г/л, сахарин 3-4 г/л. Процесс ведется при плотности тока 10-35 А/дм² и температуре 60-80^oC (а.с. N 264098, МПК C 25 D 3/56. Способ электролитического осаждения сплава железо-фосфор, авт. А. А. Лашас).

Недостатком известного способа является проведение процесса при высокой температуре, слабая сцепляемость с основой, требуется частая корректировка.

За прототип взят известный способ электролитического железнения на основе электролита, содержащего хлористое железо, соляную кислоту, гипофосфит натрия (калия). Процесс ведется при температуре 75-80^oC и катодной плотности тока 25-30 А/дм² (a.с. N 166869, МПК C 23 B 5/04. Способ электролитического железнения, авт. А.А. Лашас и И.Н. Выстрелков).

Недостатком данного способа является недостаточная микротвердость получаемых покрытий и сравнительно низкая их износостойкость.

Для повышения микротвердости получаемых покрытий и повышения их износостойкости предлагается способ электролитического осаждения сплава железо-фосфор из электролита, содержащего, г/л: Хлористое железо - 350-400 Соляная кислота - 0,6-0,8 Гипофосфит натрия - 2-12 Процесс осаждения ведут на переменном асимметричном токе, начиная с коэффициента асимметрии 1,2 и повышая до 6, катодной плотности тока 35-45 А/дм², температуре электролита 30-50^oC. Концентрация хлористого железа находится в пределах 350-400 г/л. Нижний предел показывает зону минимальной вязкости. Верхний предел показывает зону максимальной электропроводности (Швецов А. Н. Основы восстановления деталей осталиванием. Омск, 1973, с. 77-79).

Содержание соляной кислоты находится в пределах 0,6-0,8 г/л. Верхний предел установлен из экономических соображений, электроосаждение железа на катоде происходит с одновременным разряжением водорода. С повышением содержания соляной кислоты резко увеличивается количество разряжающегося водорода и падает выход по току. Нижний предел выбран по качественным характеристикам структур электролитического железа. При содержании соляной кислоты меньше 0,6 г/л происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытия и этим ухудшает их структуру.

Содержание гипофосфита натрия находится в интервале 2-12 г/л. Ниже 2 г/л применение гипофосфита натрия нецелесообразно, т.к. получаемое покрытие по твердости близко к покрытию твердым железом. Выше 12 г/л применение гипофосфита натрия приводит к изменению физико-механических свойств покрытия, резко увеличивается хрупкость, что отрицательно сказывается на износостойкости покрытия.

Температурный интервал находится в пределах 30-50^oC. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Движение ионов замедленное, и скорость осаждения покрытия низкая. Выше 50^oC использовать электролит невыгодно с экономической точки зрения. Качественного изменения покрытия не происходит, однако увеличиваются затраты на подогрев электролита.

Катодная плотность тока находится в пределах 35-45 А/дм². Ниже 35 А/дм² плотность тока использовать нецелесообразно, т.к. процесс электролиза имеет низкую скорость осаждения покрытия. При катодной плотности тока больше 45 А/дм² происходит интенсивное дендридообразование и резко снижается выход потока.

Начало осаждения покрытия происходит начиная с коэффициента асимметрии 1,2, который обеспечивает высокую сцепляемость покрытия с основой G_сц = 300 МПа. Если коэффициент асимметрии ниже 1,2, процессa осаждения не происходит. В процессе электроосаждения коэффициент асимметрии увеличивается до 6, который характеризуется стабильной скоростью осаждения. Дальнейшее повышение коэффициента асимметрии не рекомендуется, т. к. с дальнейшим снижением анодной составляющей процесс переходит на постоянный ток.

На основе проведенных испытаний оптимальными условиями способа являются условия, приведенные в качестве примера.

Электролит состоит из следующих компонентов в количестве, г/л: Хлористое железо - 350 Соляная кислота - 0,7 Гипофосфит натрия - 8 Процесс электролитического покрытия ведут при температуре 40^oC и катодной плотности тока 40 А/дм². Процесс осаждения начинается при коэффициенте асимметрии 1,2, который повышают до 5. В дальнейшем осаждение идет при коэффициенте асимметрии 5. Покрытие имеет сцепляемость G_сц = 300 МПа, микротвердость 7500 МПа. Скорость осаждения равна 0,3 мм/ч.

Предлагаемый способ позволяет получать покрытия с высокой микротвердостью и износостойкостью, что дает возможность использовать его в народном хозяйстве для восстановлении и ремонта деталей машин.

Формула изобретения

Способ электролитического осаждения сплава железо-фосфор из электролита, содержащего хлористое железо, соляную кислоту, гипофосфит натрия, отличающийся тем, что осаждение ведут из электролита, содержащего, г/л:
Хлористое железо - 350 - 400
Соляную кислоту - 0,6 - 0,8
Гипофосфит натрия - 2 - 12
на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2 - 6, при катодной плотности тока 35 - 45 А/дм², температуре электролита 30 - 50^oС.