Способ нанесения композиционных гальванических покрытий с использованием порошков, полученных электроэрозионным диспергированием

Изобретение относится к области гальванотехники. Способ включает получение частиц порошка непосредственно в гальванической ванне электроэрозионным диспергированием, совмещая процессы получения порошка и электроосаждения композиционного гальванического покрытия, дисперсность и диапазон размеров частиц определяются энергией разрядного импульса, поданного на электроды диспергатора. Технический результат: оптимизация процесса приготовления суспензии, обеспечение необходимого гранулометрического состава частиц порошка, оптимизация процесса нанесения электрохимических покрытий. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электрохимического нанесения металлических покрытий и может быть использовано для создания композиционных гальванических покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства.

Для нанесения композиционных гальванических покрытий используют композиции из электролитов и дисперсных частиц как чистых металлов, так и частиц оксидов, нитридов, сульфидов и т.д. Состав и свойства покрытия зависят от свойств матрицы и свойств частиц в покрытии, коэффициента диффузии, концентрации частиц в ванне, плотности тока, кислотности и температуры электролита.

Известно [1], что частицы менее 2 мкм находятся в электролите в виде суспензии и попадают в покрытия в основном по механизму конвективной диффузии, а частицы больших размеров требуют принудительной транспортировки к катоду. Существующие способы транспортировки частиц к катоду подробно изложены в [1].

В технологических схемах с использованием акустических колебаний для транспортировки частиц поддержание суспензии достигается пропусканием через электролит звуковых волн от источника колебаний к катоду. При этом одними из основных факторов, влияющих на процесс образования композиционного покрытия, являются плотность и форма тока. Контакт частицы с катодом - необходимое, но недостаточное условие образования композиционного покрытия.

Недостатками таких схем нанесения композиционных покрытий является то, что использование промышленных источников тока с различными формами выпрямленного тока не позволяет обеспечить высокую долю дисперсных частиц в покрытии; указанный способ обладает низкой прогнозируемостью результатов.

Наиболее часто композиционные гальванические покрытия осаждают из электролитов-суспензий, полученных следующим образом: в приготовленный электролит небольшими порциями вводят порошок, тщательно перемешивают. Результаты теоретических и практических изысканий [2] показывают, что для значительного улучшения физико-механических свойств композиционных покрытий необходимы порошки с размером частиц 0,01-...0,4 мкм.

Недостатки способа:

1. В связи с получением и использованием ультрадисперсных порошков серьезной проблемой является их агрегативная устойчивость, так как склонность порошков к слипанию обусловлена действием ван-дер-ваальсовых сил.

2. Для приготовления суспензий порошки измельчают либо непосредственно в приготовленном электролите, либо диспергируют в воде или спиртовых растворах с введением различных добавок, изменяющих поверхностные свойства частиц и повышающих их смачиваемость, что приводит к загрязнению электролита.

Задача предлагаемого изобретения - оптимизация процесса приготовления суспензии, обеспечение необходимого гранулометрического состава частиц порошка, оптимизация процесса нанесения электрохимических покрытий.

Поставленная задача решается тем, что частицы порошка получают непосредственно в гальванической ванне электроэрозионным диспергированием, совмещая процессы получения порошка и электроосаждения основного металла.

На чертеже представлена технологическая схема нанесения композиционных электрохимических покрытий.

Установка для нанесения композиционных гальванических покрытий состоит из ванны 1, в которую помещены реактор 2, анод 3 и катод 4. В реакторе между электродами 5 находятся гранулы 6 - куски металла или сплава произвольной формы и размеров. Межэлектродный промежуток заполняется электролитом 7 так, чтобы слой гранул 6 был погружен в жидкость. На электроды 5, изготовленные из диспергируемого материала, от источника питания искровыми разрядами 8 подается импульсный разряд. Импульсный разряд между электродами 5 вызывает в слое гранул 6, погруженных в электролит 7, искрение во всех местах контакта.

В местах контакта гранул 6 возникают оплавления и отрыв частиц металла или сплава от поверхности гранул. Мгновенно после выброса частица металла охлаждается электролитом 6. При электроэрозионном диспергировании вещества возникают частицы преимущественно сферической формы.

После начала работы источника питания искровыми разрядами и накопления некоторого количества порошка начинается процесс осаждения композиционного гальванического покрытия. Процесс электроосаждения сопровождается непрерывным повышением концентрации дисперсных частиц в электролите.

Пример.

Композиционные гальванические покрытия наносили в электролите для хромирования состава: CrO₃ - 120 г/л, H₂SO₄ - 1,8 г/л, при плотности тока - 150 А/дм² на пластины из стали 40. Материал анодов - свинцовосурьмянистый сплав. Температура ванны поддерживалась 68±1°С. По схеме (чертеж) устанавливался реактор. В реакторе находились отходы твердого сплава ВК8 со средним размером 5×5×10 мм, электроды из диспергируемого материала. Днище реактора было закрыто мелкоячеистой сеткой для того, чтобы продукты эрозии могли свободно под действием силы тяжести и электрических разрядов просыпаться сквозь днище реактора. Диспергирование твердого сплава производилось при U=100 В, I=1 А, с помощью экспериментального источника импульсного питания ИЭДАН УССР при частоте следования импульсов 80 Гц. После начала диспергирования наносилось гальваническое покрытие. В процессе нанесения покрытия происходило конвективное перемешивание электролита за счет нагрева электролита, а также за счет импульсных электрических разрядов между гранулами твердого сплава в зоне выброса частиц порошка.

На полученном слое измерялась микротвердость. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1
Способ нанесения покрытия	Микротвердость покрытия, ГПа
Известный в стандартном электролите хромирования	7,4-7,7
Предложенный электролит без добавления порошка	8,4-9,2
То же, с добавлением порошка	9,9-10,0
Предлагаемый способ	9,5-10,9

Предлагаемый способ с использованием процесса электроискрового диспергирования позволяет получать частицы различной дисперсности и различного диапазона размеров частиц изменением энергии разрядного импульса, поданного на электроды диспегатора. Акустические колебания, сопутствующие процессу электрической эрозии, поддерживают частицы в состоянии суспензии. Наложение высокочастотных электрических колебаний, генерируемых на электродах источника питания искровыми разрядами, на форму основного тока гальванической установки приводит к значительному увеличению скорости роста покрытия и повышению концентрации дисперсных частиц в покрытии. Измельчение гранул диспергируемого материала не приводит к загрязнению гальванической ванны.

Источники информации

1. И.Н.Бородин. Порошковая гальванотехника. М.: Машиностроение, 1990. - 240 с.

2. Гальванотехника: справочник. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галь И.Н. и др. М.: Металлургия, 1987. - 736 с.

Способ нанесения композиционного гальванического покрытия с использованием порошков, полученных электроэрозионным диспергированием, отличающийся тем, что частицы порошка получают непосредственно в гальванической ванне электроэрозионным диспергированием, совмещая процессы получения порошка и электроосаждения композиционного гальванического покрытия, а дисперсность и диапазон размеров частиц определяют энергией разрядного импульса, поданного на электроды диспергатора.