Электролит для осаждения покрытия

 

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железомолибденовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхности. Электролит содержит, г/л: хлористое железо 350 - 400, молибдат аммония 0,2 - 1,2, лимонная кислота 2 - 8, соляная кислота 0,5 - 2. Технический результат: повышение микротвердости и износостойкости покрытия.

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железо-молибденовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхности.

Известен хлористый электролит железнения, содержащий 200 - 250 г/л хлористого железа и 2-3 г/л соляной кислоты (Мелков М.П. Твердое осталивание автотракторных деталей. М., "Транспорт", 1971, с. 19-20). Однако этот электролит работает при высокой температуре (60-80^oC) и обеспечивает получение покрытий со значением микротвердости только 4500-6500 МПа.

За прототип взят электролит для осаждения покрытия, содержащий: молибдат натрия 30 г/л; сернокислое железо 2-10 г/л, лимонную кислоту 20 г/л; аммиак до pH 3-9 г/л. Электролит работает при температуре 40-60^oC и позволяет получать покрытия до 7000 МПа при интервале катодных плотностей тока 0,7-1 А/дм² (Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Л. "Машиностроение", 1977, с. 71-72).

Недостатком данного электролита является низкая микротвердость и износостойкость.

Для получения электролита, обладающего повышенной микротвердостью и износостойкостью, предлагается электролит, содержащий хлористое железо, молибдат аммония, лимонную кислоту, соляную кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л: Хлористое железо - 350-400 Молибдат аммония - 0,2-1,2 Лимонная кислота - 2-8 Соляная кислота - 0,5-2 Процесс осаждения ведется при температуре электролита 30-40^oC и интервале катодных плотностей тока 35-40 А/дм². Покрытие имеет следующий состав: железо 97-99,2%, молибден 0,8-3%. Поверхность покрытия гладкая, блестящая.

Данный электролит получают соединением хлористого железа и молибдато-цитратного комплекса. Молибдато-цитратный комплекс предварительно получают из молибдата аммония и лимонной кислоты. Количество молибдата аммония находится в интервале 0,2-1,2 г/л. Ниже 0,2 г/л применение молибдата аммония нецелесообразно, т. к. получаемое покрытие по твердости близко к покрытию твердым железом. Выше 1,2 г/л применение молибдата аммония приводит к образованию окислов молибдена, что резко ухудшает качество покрытия, снижает твердость покрытия. Наиболее оптимальным является содержание молибдата аммония 0,8 г/л. Получаемое покрытие имеет микротвердость порядка 8300 МПа.

Содержание лимонной кислоты находится в пределах 2-8 г/л. Нижний предел обусловлен тем, что лимонная кислота является связующим звеном молибдата аммония и хлористого железа, и при концентрации менее 2 г/л не происходят связи в соединении - не получается качественный электролит. Верхний предел ограничен с экономической точки зрения, т.к. больше 8 г/л лимонной кислоты не происходит изменение качества электролита и покрытия. Лимонная кислота выступает в электролите так же, как и стабилизатор, предотвращает образование трехвалентного железа.

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).

Для поддержания кислотности электролита (pH) добавляется соляная кислота в количестве 0,5-2 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 0,5 г/л происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытие и этим ухудшает его структуру. Наиболее оптимальным вариантом данного электролита является содержание соляной кислоты 1,5 г/л.

Электроосаждение происходит при температуре 30-40^oC. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Выше 40^oC не происходит значительных качественных изменений покрытия. Катодная плотность тока для данного электролита находится в пределах 35-40 А/дм². Ниже 35 А/дм² плотность тока использовать нецелесообразно, т.к. целью получения электролита является повышение производительности электролита, а при низкой катодной плотности тока - малый выход по току. При катодной плотности тока больше 40 А/дм² происходит интенсивное дендридообразование и резко снижается выход по току.

На основе проведенных испытаний оптимальным составом электролита является состав, приведенный в качестве примера.

Для получения электролита сначала готовится молибдато-цитратный комплекс, включающий молибдат аммония 0,8 г/л и лимонную кислоту 5 г/л. Потом полученный комплекс соединяют с хлористым железом 350 г/л и соляной кислотой 1,5 г/л. Хлористое железо, молибдат аммония и лимонная кислота растворяются в дистиллированной воде. Анодом служит малоуглеродистая сталь. Электроосаждение происходит при температуре 40^oC и катодной плотности тока 40 А/дм² при скорости осаждения покрытия 0,3 мм/ч. Полученное покрытие имеет микротвердость 8300 МПа. Состав покрытия: железо - 98,5%, молибден - 1,5%. Электролит для осаждения покрытия наносится на металлические поверхности.

Предлагаемый электролит позволяет получать покрытия, обладающие значительной микротвердостью и износостойкостью, и использовать его в народном хозяйстве для восстановления и ремонта деталей машин.

Формула изобретения

Электролит для осаждения покрытия, включающий соль железа, соль молибденовой кислоты и лимонную кислоту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит соляную кислоту, в качестве соли железа - хлористое железо, а в качестве соли молибденовой кислоты - молибдат аммония, при следующем соотношении компонентов, г/л: Хлористое железо - 350 - 400 Молибдат аммония - 0,2 - 1,2 Лимонная кислота - 2 - 8
Соляная кислота - 0,5 - 2