Электролит для осаждения сплава железо-ванадий-фосфор

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении. Электролит содержит, г/л: хлористое железо 350-400, метаванадат аммония 10-20, гипофосфит натрия 10-15, хлористый алюминий 30-50, аскорбиновую кислоту 10-20, сорбит 5-10 и воду до рабочего объема. Технический результат: улучшение свойств и качества покрытий - получение равномерных покрытий с высокими твердостью и износостойкостью. 1 табл.

 

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к электролитическому осаждению сплава железо-ванадий-фосфор.

Известен электролит для осаждения сплава железо-ванадий, содержащий хлористое железо, метаванадат аммония и соляную кислоту /RU 2231578 С1, МПК⁷ C 25 D 3/56, опубл. 27.06.2004/. Из указанного электролита формируются темно-серые шероховатые покрытия с низкой твердостью (420-490 кг/мм²) и невысокими износостойкостью (3,5-4,1 г/м²·ч) и коррозионной стойкостью (0,2-0,3 г/м²·ч).

Задачей изобретения является приготовление электролита, позволяющего осаждать твердые, стойкие к износу и коррозии покрытия сплавом железо-ванадий-фосфор, предназначенные для восстановления и упрочнения изношенных деталей машин.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в в улучшение свойств и качества покрытий.

Указанный технический результат достигается тем, что электролит для осаждения сплава железо-ванадий-фосфор, содержащий хлористое железо, метаванадат натрия и кислоту, отличается от известного тем, что он дополнительно содержит гипофосфит натрия, хлористый алюминий, в качестве кислоты - аскорбиновую кислоту и сорбит при следующем соотношении компонентов, г/л: хлористое железо - 350-400; метаванадат аммония - 10-20; гипофосфит натрия - 10-15; хлористый алюминий - 30-50; аскорбиновую кислоту - 10-20; сорбит - 5-10 и воду до рабочего объема.

Добавление хлористого алюминия к электролиту повышает электропроводность раствора, буферные свойства и увеличивает выход сплава по току.

Аскорбиновая кислота ингибирует процесс окисления ионов двухвалентного железа кислородом и препятствует накоплению в электролите ионов трехвалентного железа и продуктов их гидролиза, которые ухудшают качество покрытий и снижают выход сплава по току. Добавка этой кислоты стабилизирует состав электролита и повышает его устойчивость в процессе электролиза.

Сорбит, адсорбируясь на катоде, увеличивает катодную поляризацию при выделении железа, измельчает структуру и улучшает качество покрытий, снижая в них уровень внутренних напряжений.

Электролит готовят последовательным растворением в отдельных порциях дистиллированной воды соли хлористого железа, метаванадата аммония, гипофосфита натрия. Полученные порции растворов последовательно перемешивают между собой. К полученной смеси добавляют растворы аскорбиновой кислоты, хлористого алюминия, сорбита и доводят объем электролита до рабочего дистиллированной водой.

Процесс электроосаждения рекомендуют проводить при рН электролита 0,5-1,5, катодной плотности тока 10,0-40,0 А/дм², при температуре 30-40°С, при непрерывном перемешивании с использованием железных анодов. Конкретные примеры использования электролита и некоторые свойства покрытий приведены в таблице 1.

Концентрации компонентов электролита определены экспериментально. При выходе концентрации соли железа за нижнюю границу наблюдается слегка заметное ухудшение качества покрытий. Электролиз при высоких концентрациях соли железа нецелесообразен из-за высоких энергозатрат. Понижение концентрации метаванадата аммония и гипофосфита натрия приводит к слишком малому включению в осадке легирующих элементов - ванадия и фосфора. Повышение содержания солей легирующих элементов в электролите отрицательно влияет на качество покрытий - они растрескиваются, шелушатся, темнеют. Понижение концентрации хлорида алюминия и аскорбиновой кислоты приводит к появлению в электролите нерастворимых соединений железа (III). При высоких концентрациях этих компонентов электролита падает выход сплава по току. При низком содержании сорбита формируются шероховатые крупнокристаллические осадки, при высоком - осадки темнеют и шелушатся. Низкие значения рН могут привести к снижению выхода сплава по току и бурному выделению водорода, стимулирующего питтингообразование и наводораживание покрытий, высокие значения рН способствуют дестабилизации электролита.

Твердость и коррозионная стойкость получаемых покрытий из предлагаемого электролита увеличивается на 10-15% и на 20-30% соответственно по сравнению с осадками сплава железо-ванадий, полученными из известного электролита. Износостойкость осадков сплава, полученных из предлагаемого электролита, в 1,5-2,0 раза выше, чем осажденных из известного.

Использование предлагаемого электролита позволяет осаждать прочно сцепленные со стальной подложкой покрытия, которые не отслаиваются от основы после нагрева при 25°С в течение 1 ч и последующего резкого охлаждения.

Таблица 1
№	Компоненты электролита, г/л и результаты исследований	Состав по примерам
п/п	1	2	3
1.	Хлористое железо	350	375	400
2.	Метаванадат аммония	10	15	20
3.	Гипофосфит натрия	10	12,5	15
4.	Хлористый алюминий	30	40	50
5.	Аскорбиновая кислота	10	15	20
6.	Сорбит	5	7,5	10
7.	Плотность тока, А/дм2	10	25	40
8.	Температура, °С	30	35	40
9.	рН	0,5	1	1,5
10.	Содержание ванадия в осадках, %	0,5	0,8	1,3
11.	Содержание фосфора в сплавах, %	2,2	2,5	2,9
12.	Выход по току, %	80	84	90
13.	Микротвердость, кг/мм2	480	500	560
14.	Скорость коррозии, г/м2·ч	0,20	0,18	0,17
15.	Скорость износа, г/м2·ч	2	1,9	1,6
16.	Внешний вид покрытий	серые	серые	темно-серые

Электролит для осаждения сплава железо-ванадий-фосфор, включающий хлористое железо, метаванадат аммония, кислоту и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гипофосфит натрия, хлористый алюминий и сорбит, а в качестве кислоты - аскорбиновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлористое железо	350-400
Метаванадат аммония	10-20
Гипофосфит натрия	10-15
Хлористый алюминий	30-50
Аскорбиновая кислота	10-20
Сорбит	5-10
Вода	До рабочего объема