Раствор для нанесения защитного покрытия на порошковые стали химическим методом
Владельцы патента RU 2298594:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" (RU)
Изобретение относится к химико-термической обработке порошковых сталей и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения изделий из порошковых сталей. Раствор содержит, (г/л): никеля дихлорид 8-10, янтарную кислоту 10-12, натрия фторид 1-2, натрия гидроксид 4-5, натрия гипофосфит 15-20, фторопластовую суспензию Ф-4Д (50%-ный водный раствор) 20-30, фторопластовую суспензию Ф-ЗМ (25%-ный спиртовой раствор) 5-10. Технический результат: повышение ресурса работы изделий из порошковой стали, защита изделий из порошковой стали от воздействия агрессивной среды. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке порошковых сталей, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения порошковых стальных изделий.
Главной задачей при нанесении покрытия на порошковые стали является закрытие поверхностной пористости в целях предупреждения попадания в поры различных растворов. Основными недостатками известных способов является наличие несплошностей на границе раздела покрытия - порошковая основа в виде недостаточной активности поверхности основы, что снижает коррозионную стойкость изделий /Ермаков С.С., Везников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. М.: Машиностроение, 1990,с. 319/.
Известен раствор для нанесения химическим способом коррозионно-стойкого покрытия на углеродистые литые и порошковые стали, включающий активацию поверхности, осаждение никеля из раствора, содержащего, г/л:
хлористый никель - 30, ацетат натрия - 10 и гипофосфит натрия - 20 /Патент 2000888 15.10.93. Бюл. №37-38/. Однако известно, что никель-фосфорное покрытие, наносимое из растворов, не содержащих функциональных добавок, имеет, хотя и незначительную, пористость, что снижает их защитные свойства.
Наиболее близким (прототип) по функциональному назначению к предлагаемому является раствор, содержащий, г/л: никеля дихлорид 10-20, янтарную кислоту 12-20, натрия фторид 2-4, натрия гидроксид 5-7, натрия гипофосфит 15-22, меркупраль 0,5-1,2, водный раствор полимера 2-6 /Патент № 2235803, Бюл. №25, 10.09.2004/.
Однако изделия с покрытием, полученным из этого раствора, обладают невысокой коррозионной стойкостью. Это объясняется тем, что полученное химическим путем покрытие подвергается термообработке при 370-390°С, а входящий в состав поливиниловый спирт при этой температуре разлагается, что приводит к образованию новых пор.
Перед авторами стояла задача повышения ресурса работы изделий из порошковой стали путем защиты их от воздействия агрессивной среды.
Эта задача решена тем, что в раствор, содержащий никеля дихлорид, янтарную кислоту, натрия фторид, натрия гидроксид, натрия гипофосфит, введены дополнительно фторопластовая суспензия Ф-4Д (50%-ный водный раствор) и фторопластовая суспензия Ф-3М (25%-ный спиртовой раствор) и компоненты взяты в следующем соотношении, г/л:
| Никеля дихлорид | 8-10 |
| Янтарная кислота | 10-12 |
| Натрия фторид | 1-2 |
| Натрия гидроксид | 4-5 |
| Натрия гипофосфит | 15-20 |
| Фторопластовая суспензия Ф-4Д | 20-30 |
| Фторопластовая суспензия Ф-3М | 5-10 |
Сущность изобретения заключается в том, что в процессе термообработки при температуре 370-380°С вводимый фторопласт Ф-3М плавится и вместе со спекающимся фторопластом Ф-4Д заполняют имеющиеся поры и таким образом на поверхности порошковой стали образуется практически беспористое металлополимерное покрытие с улучшенными физико-механическими характеристиками.
Пример приготовления раствора никелирования.
Раствор готовят с таким расчетом, чтобы при отсутствии детали в ванне не происходило образование никеля в растворе. В процессе приготовления раствора все компоненты, кроме натрия гипофосфита, растворяют в дистиллированной воде каждый отдельно при температуре 18-25°С, а после фильтрации сливают вместе. Фторопластовые суспензии вводят в раствор никелирования перед самым началом процесса. Затем доводят температуру раствора до температуры 35-40°С и в ванну загружают гипофосфит и далее процесс ведут при температуре 75-80°С.
По окончании процесса образцы с покрытием подвергают термообработке при температуре 370-380°С в течение 50-60 мин.
В качестве наполнителей использовали 50% водную суспензию фторопласта Ф-4Д (ТУ 6-05-041-508-79) и суспензию фторопласта Ф-3М (ТУ 6-05-1246-76), представляющая собой взвесь порошка Ф-3М в этиловом спирте с массовой долей полимера 22-33%.
Был разработан ряд составов для химического никелирования, приведенный в таблице 1.
Покрытия из разработанных составов наносили на изделия из порошковой стали. В качестве порошкового материала, из которого изготовлялись образцы, применялся железный порошок ПЖВ 2.200.26 ГОСТ 9849-86. Пористость заготовок после прессования составляет 15-25%. Подготовку поверхности образцов из порошковой стали перед нанесением покрытия осуществляли по известным методикам /Вишенков С.А. Химические и электрохимические способы осаждения металлопокрытий. М.: Машиностроение, 1975/. Эффективность предлагаемых покрытий проверяли на коррозионную стойкость в морской воде, определяли коэффициент трения. Коэффициент трения определяли на торцевой машине трения при скорости V=0,048 м/с в масле И-40. Определяли толщину покрытий. Результаты приведены в табл. 2.
Как видно из таблиц, покрытия из предлагаемых растворов обладают более низким коэффициентом трения, повышенной коррозионной стойкостью.
| Таблица 1. | ||||
| Компоненты | Содержание, г/л | прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Никеля дихлорид | 8 | 9 | 10 | 10 |
| Янтарная кислота | 10 | 11 | 12 | 12 |
| Натрия фторид | 1 | 1,5 | 2 | 2 |
| Натрия гидроксид | 4 | 4,5 | 5 | 5 |
| Натрия гипофосфит | 15 | 17,5 | 20 | 20 |
| Суспензия фторопласта Ф-4Д | 20 | 25 | 30 | - |
| Суспензия фторопласта Ф-3М | 5 | 7,5 | 10 | - |
| Поливиниловый спирт | - | - | - | 3 |
| Режим осаждения | ||||
| Температура, °С | 75-80 | 80 | ||
| Время, мин | 50-70 | 60 |
| Таблица 2 Свойства покрытий | ||||
| Показатели | Номер композиции | прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Толщина покрытий, мкм | 25 | 30 | 35 | 18 |
| Коэффициент трения, V=0,048 м/с | 0,12 | 0,12 | 0,24 | |
| Стойкость в морской воде | Следы коррозии появляются после испытаний в течение 20 суток | Пятна коррозии появляются через 5 суток |
На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемый нами раствор для нанесения коррозионно-стойкого и антифрикционного покрытия на пористые порошковые стали отвечает требованию изобретательского уровня и может быть использован в промышленности.
Проведенный патентно-информационный поиск позволяет нам судить о новизне изобретения и предлагаемый нами раствор может быть защищен патентом Российской Федерации.
Раствор для нанесения защитного покрытия на порошковые стали химическим методом, содержащий никеля дихлорид, янтарную кислоту, натрия фторид, натрия гидроксид и натрия гипофосфит, отличающийся тем, что в него введены дополнительно фторопластовая суспензия Ф-4Д - 50%-ный водный раствор и фторопластовая суспензия Ф-3М - 25%-ный спиртовой раствор и компоненты взяты в следующем соотношении, г/л:
| Никеля дихлорид | 8-10 |
| Янтарная кислота | 10-12 |
| Натрия фторид | 1-2 |
| Натрия гидроксид | 4-5 |
| Натрия гипофосфит | 15-20 |
| Фторопластовая суспензия Ф-4Д | 20-30 |
| Фторопластовая суспензия Ф-3М | 5-10 |
