Способ электролитического осаждения сплава железо-хром

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых износостойких покрытий, в частности железо-хромистых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Способ включает осаждение покрытия на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6 из электролита, содержащего, кг/м³: сернокислое железо FeSO₄ 250-300, нитрат хрома Cr(NO₃)₃ 5-20, сульфат натрия Na₂SO₄ 20-40, при температуре электролита 20-40°С, интервале катодных плотностей тока 20-40 А/дм². Технический результат: повышение микротвердости, износостойкости, выхода по току и снижение температуры электролита.

 

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железо-хромистых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Известен способ электролитического осаждения сплава из электролита, содержащего сернокислое железо 240-260 кг/м³, хлорид натрия 45-50 кг/м³. Процесс ведется при плотности тока 4-6 А/дм², температуре электролита 98-100°С, при рН до 2,5 (Ямпольский A.M., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. Л.: Машиностроение, 1972).

Недостатком данного способа является ведение процесса при высокой температуре электролита и низкой катодной плотности тока, получаемые покрытия обладают низкой прочностью сцепления с основой, низкими микротвердостью и износостойкостью.

За прототип взят известный способ электролитического осаждения сплава железо-хром из электролита, содержащего сернокислое железо 250 кг/м³, нитрат хрома 1-20 кг/м³, сульфат натрия 40 кг/м³. Процесс осаждения покрытия осуществляют на постоянном токе при катодной плотности тока 10-30 А/дм², температуре электролита 40-75°С и рН 1,0-1,5 (Венедиктова И.А. Исследование структуры и фазовых превращений при электрокристаллизации и термической обработке сплавов на основе железа. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тюмень, 2000).

Недостатком данного способа являются недостаточные микротвердость, износостойкость, низкий выход по току и высокая температура электроосаждения.

Для повышения микротвердости, износостойкости получаемых покрытий, повышения выхода по току и снижения температуры электролита предлагается способ электролитического осаждения сплава железо-хром из электролита, содержащего, кг/м³:

Сернокислое железо (FeSO4)	250-300
Нитрат хрома Cr(NO3)3	5-20
Сульфат натрия (Na2SO4)	20-40

Процесс осаждения ведут на переменном асимметричном токе, начиная с коэффициента асимметрии 1,2 и повышая до 6, катодной плотности тока 20-40 А/дм², температуре электролита 20-40°С.

Данный электролит получают соединением водных растворов сернокислого железа и нитрата хрома. Для стабилизации электролита и предотвращения образования трехвалентного железа добавляется сульфат натрия. Концентрация сернокислого железа находится в пределах 250-300 кг/м³. Нижний и верхний пределы выбираются из условия минимальной вязкости и максимальной электропроводности электролита.

Содержание нитрата хрома находится в интервале 5-20 кг/м³. Ниже 5 кг/м³ применение нитрата хрома нецелесообразно, т.к. получаемое покрытие по твердости близко к покрытию твердым железом. Выше концентрации 20 кг/м³ применение нитрата хрома приводит к ухудшению физико-механических свойств покрытия, резко увеличивается хрупкость, что отрицательно сказывается на износостойкости покрытия.

Переменный асимметричный ток дает возможность вести процесс при пониженной температуре 20-40°С. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Движение ионов замедленное и скорость осаждения низкая. Повышение температуры выше 40°С приводит к окислению покрытий.

Катодная плотность тока находится в пределах 20-40 А/дм². Ниже 20 А/дм² плотность тока использовать не целесообразно, т.к. процесс электролиза имеет низкую скорость осаждения покрытия. При катодной плотности тока больше 40 А/дм² происходит интенсивное дендритообразование и резко снижается производительность процесса.

Процесс осаждения покрытия происходит на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6. Начало осаждения проходит 2-3 минуты при коэффициенте асимметрии β=1,2-1,5. При этом образуется покрытие пониженной твердости, которое имеет высокую сцепляемость с основой Gсц=350 МПа. Потом происходит постепенное уменьшение анодной составляющей до коэффициента асимметрии β=6, который характеризуется стабильной скоростью осаждения и высокой микротвердостью покрытия. Дальнейшее повышение β не рекомендуется, т.к. в этом случае проявятся недостатки, свойственные осаждению на постоянном токе.

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

Электролит состоит из следующих компонентов в количестве, кг/м³:

Сернокислое железо (FeSO4)	300
Нитрат хрома Cr(NO3)3	20
Сульфат натрия (Na2SO4)	40

Процесс электролитического покрытия ведут при температуре 30°С и катодной плотности тока 40 А/дм². Анодом служит малоуглеродистая сталь. Предварительно деталь подвергается обезжириванию венской известью и анодной обработке в растворе 30% серной кислоты. Процесс осаждения начинается при коэффициенте асимметрии 1,2, который повышают до 6. В дальнейшем осаждение идет при коэффициенте асимметрии 6. Покрытие имеет сцепляемость Gсц=350 МПа, микротвердость 8500 МПа. Содержание хрома в покрытии достигает 25%. Скорость осаждения равна 0,4 мм/ч.

Предлагаемый способ имеет высокую производительность за счет применения переменного асимметричного тока. Он экономически эффективен, т.к. осаждение покрытия происходит при высокой катодной плотности тока и имеет высокую скорость осаждения покрытия. Покрытия, полученные предлагаемым способом, обладают высокой микротвердостью и износостойкостью, что позволяет их использовать в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.

Способ электролитического осаждения сплава железо-хром из электролита, содержащего серно-кислое железо, нитрат хрома, сульфат натрия, отличающийся тем, что осаждение ведут из электролита при следующем соотношении компонентов, кг/м³:

Серно-кислое железо FeSO4	250-300
Нитрат хрома Cr(NO3)3	5-20
Сульфат натрия (Na2SO4)	20-40

на переменном асимметричном токе, начиная с коэффициента асимметрии тока 1,2 и повышая до 6, катодной плотности тока 20-40 А/дм², температуре электролита 20-40°С.