Электролит для нанесения трехкомпонентного антифрикционного покрытия

 

Изобретение относится к получению антифрикционных гальванических покрытий. Электролит содержит, г/л: медь борфтористоводородная 4-5 (в пересчете на металл); свинец борфтористоводородный 35-55 (в пересчете на металл); олово борфтористоводородное 4-6 (в пересчете на металл); кислота борфтористоводородная 140-160; желатин 0,4-0,6; резорцин 6-8; борная кислота 40-50. Технический результат: повышение стабильности электролита для получения антифрикционного покрытия состава: 82-88 Pb; 8-12% Sn; 4-6% Сu, способного выдержать значительные нагрузки при работе в жестких условиях тяжелых дизельных двигателей. 3 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области получения антифрикционных гальванических покрытий и может быть использовано в машиностроении при изготовлении высоконагруженных сталебронзовых подшипников скольжения для дизельных двигателей.

Известен борфтористоводородный электролит для получения антифрикционных бронзовых покрытий, содержащий борфтористоводородные соли Cu, Pb Sn, борфтористоводородную кислоту, тиомочевину (авт. свид. 1043187).

Недостатком данного электролита является недостаточная стабильность электролита, т. к. при работе и хранении его происходит окисление Sn(II) до Sn(IV), что ухудшает качество покрытия. Для восстановления работоспособности электролита после месячного хранения необходима проработка с оловянным анодом и фильтрация раствора, т. к. при хранении и работе протекает гидролиз фторбората: BF₄^- + H₂O = H₃BO₃ + F^-.

Наличие фтор-иона приводит к образованию шламообразного фтористого свинца, значительно ухудшающего качество покрытия.

Кроме этого, для получения компактного покрытия нужного химического состава необходимо произвести добавление всех компонентов электролита в требуемом количестве.

Наиболее близким к предлагаемому электролиту является электролит для покрытия вкладышей подшипников тройным сплавом Cu-Pb-Sn, содержащий фторбораты Cu, Pb, Sn, борфтористоводородную кислоту, желатин. Электролит позволяет вести осаждение покрытия при pH 0,4-0,7, температуре 18-25^oC и D_к = 1-1,5 А/дм². Аноды Sn - 7,5%; Pb - 92,5%. Полученный из этого электролита сплав содержит 0,75-2% Cu, 6-9% Sn, Pb - остальное.

Недостатком известного электролита является низкая скорость осаждения (0,4 мкм/мин) и низкая стабильность.

После хранения электролита без проведения электролиза в течение 3-7 суток невозможно получить компактное, однородное покрытие того же качества, как и вновь составленного.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение стабильности электролита для получения антифрикционного гальванического покрытия состава: 82-88% Pb, 8-12% Sn, 4-6% Cu, способного выдерживать значительные нагрузки при работе в жестких условиях тяжелых дизельных двигателей.

Указанный технический результат достигается тем, что электролит для нанесения трехкомпонентного антифрикционного покрытия, содержащий борфтористоводородные соли свинца, олова и меди, борфтористоводородную кислоту и желатин, дополнительно содержит резорцин и борную кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л: Cu(BF₄)₂ в пересчете на Cu - 4-5 Pb(BF₄)₂ в пересчете на Pb - 35-55 Sn(BF₄)₂ в пересчете на Sn - 4-6 HBF₄ - 140-160 Желатин - 0,4-0,6 Резорцин - 6-8 H₃BO₃ - 40-50 Процесс осаждения проводят при температуре 18-30^oC с катодной плотностью тока 2-2,4 А/дм². Аноды содержат 86-90% Pb, 14-14% Sn.

При соблюдении указанных режимов и состава электролита осаждается гальваническое антифрикционное покрытие состава 82-88% Pb; 8-12% Sn; 4-6% Cu при скорости осаждения 1 мкм/мин.

Введение в электролит добавки резорцина позволяет значительно повысить стабильность электролита как при длительной работе, так и при хранении. Резорцин, является восстановителем, предотвращает окисление Sn (II) до Sn (IV). Тем самым поддерживается на необходимом уровне содержание в электролите Sn (II) и снижается концентрация отрицательно влияющего на качество покрытия Sn (IV).

Введение в электролит H₃BO₃ в концентрации насыщенного раствора смещает равновесие реакции влево:
BF₄^- + H₂O = H₃BO₃ + F^-.

Тем самым подавляется гидролиз фтороборот-иона и повышается стабильность электролита при работе и хранении. Кроме того, уменьшение концентрации фтор-иона снижает образование в элекролите шламообразного фтористого свинца, отрицательно влияющего на качество покрытия.

Значения концентраций компонентов являются оптимальными и обеспечивают качество и необходимый химический состав гальванического покрытия.

При увеличении содержания свинца в электролите до 60 г/л резко снижаются скорости осаждения меди и олова и их количество в покрытии уменьшается.

Увеличение концентрации HBF₄ в электролите до 200 г/л приводит к снижению содержания меди и олова в покрытии. Увеличение катодной плотности тока с 1,2 А/дм² до 3,2 А/дм² вызывает уменьшение доли меди и олова в покрытии. Ухудшается внешний вид покрытия.

Сущность предлагаемого изобретения пояснена примерами, приведенными ниже, и проиллюстрировано таблицами: таблица 1 - содержание компонентов в электролитах 6 типов различной концентрации; таблица 2 - химический состав гальванических покрытий, полученных из приготовленных электролитов; таблица 3 - химический состав полученных осадков; таблица 4 - изменение химического состава гальванического покрытия, полученного из электролита с различным сроком хранения; а также отображена графиками: изменение химического состава гальванического покрытия в зависимости от содержания Pb в электролите (электролит 1, 2, 3, 4) - фиг. 1; изменение химического состава гальванического покрытия в зависимости от содержания HBF₄ в электролите (электролит 2, 5, 6) - фиг. 2; изменение химического состава гальванического покрытия в зависимости от каждой плотности тока (D_к) - фиг. 3.

Пример 1. Для определения влияния концентрации свинца и борфтористоводородной кислоты в электролите на химический состав покрытия приготовили электролиты, состав которых приведен в таблице 1.

Химический состав гальванических покрытий, полученных из приготовленных электролитов, приведен в таблице 2.

Изменение химического состава гальванического покрытия в зависимости от содержания Pb в электролите (электролиты 1, 2, 3, 4) приведено на фиг. 1.

Изменение химического состава гальванического покрытия в зависимости от содержания HBF₄ в электролите (электролиты 2, 5, 6) приведено на фиг. 2.

Пример 2. Для определения влияния катодной плотности тока на химический состав гальванического покрытия из электролита, содержащего, г/л: Cu - 4,5; Pb - 40; Sn - 5; HBF₄ - 150, желатин - 0,5; резорцин - 7; H₃BO₃ - 45, осаждалось гальваническое антифрикционное покрытие при D_к - 1,2; 2; 2,4; 3,2 А/дм². Химический состав полученных при этом осадков приведен в таблице 3.

При D_к = 3,2 А/дм² осаждалось темное шероховатое покрытие с пригаром на краях образцов.

Изменение химического состава гальванического покрытия в зависимости от каждой плотности тока (D_к) отражено на фиг. 3.

Пример 3. Из свежеприготовленного известного электролита, содержащего г/л: Cu - 0,8; Sn - 6,0; Pb - 45; HBF₄ - 163,3; желатин - 1,0 при D_к = 1,25 А/дм², осаждалось компактное темно-серое покрытие состава, %: Cu - 2,0; Sn - 6,4; Pb - остальное.

После хранения в течение двух суток из электролита получено темное покрытие, содержащее, %: Cu - 2,4; Sn - 2,4.

Через семь суток после приготовления электролита осаждалось темное шероховатое покрытие состава, %: Cu - 3,3; Sn - 0,6. При этом электролит содержал, г/л: Cu - 0,7; Sn - 1,2; Pb - 45; HBF₄ - 164,5, желатин - 1.

При хранении известного электролита без электролиза в течение семи суток окислилось 90% олова (II). Это не позволило получить удовлетворительного по качеству и химическому составу гальванического антифрикционного покрытия.

Пример 4. Приготовили предлагаемый электролит, содержащий, г/л: Cu - 4,7; Sn - 4,7; Pb - 48,1; HBF₄ - 142,6; желатин - 0,5; резорцин - 7,5; H₃BO₃ - 45. Из свежеприготовленного раствора при D_к = 2 А/дм² получено компактное серое покрытие состава, %: Cu - 4,9; Sn - 11,8. Изменение химического состава гальванического покрытия, полученного из этого электролита, при хранении приведено в таблице 4.

Полученное покрытие 9 было компактным, серого цвета без пригаров и наростов.

После хранения без электролиза в течение 49 суток (7 недель) электролит содержал, г/л: Cu - 4,3; Sn - 2,3; Pb - 47,7; HBF₄ - 143,5; желатин - 0,3; резорцин - 6,5; H₃BO₃ - 40.

Таким образом, за семь недель окислилось 50% от исходного олова (II), внешний вид покрытия не ухудшился. После добавления фторборатов олова и меди, желатина и борной кислоты электролит сохраняет работоспособность.

Таким образом, предлагаемый электролит обладает длительной работоспособностью, стабильностью при хранении, поддается корректировке по составу, позволяет наносить антифрикционное гальваническое покрытие состава, %: Pb - 82-88; Sn - 8-12; Cu - 4-6, способное выдержать значительные радиальные нагрузки при работе в жестких условиях тяжелых дизельных двигателей.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1043187, кл. C 25 D 31/58, 1983.

2. Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Л., Машиностроение, 1977, с. 31.

Формула изобретения

Электролит для нанесения трехкомпонентного антифрикционного покрытия, содержащий борфтористоводородные соли свинца, олова и меди, борфтористоводородную кислоту и желатин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит резорцин и борную кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л:
Медь борфтористоводородная (в пересчете на металл) - 4 - 5
Свинец борфтористоводородный (в пересчете на металл) - 35 - 55
Олово борфтористоводородное (в пересчете на металл) - 4 - 6
Кислота борфтористоводородная - 140 - 160
Желатин - 0,4 - 0,6
Резорцин - 6 - 8
Борная кислота - 40 - 50

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4