Электролит для нанесения покрытий на электропроводящие и неэлектропроводящие материалы

Изобретение относится к нанесению покрытий на электропроводящие и неэлектропроводящие материалы электролитическим способом из расплавов. Электролит содержит, мол.%: вольфрамовокислый натрий Na2WO4 40-47; молибденовокислый натрий Na2MoO4 40-47; молибденовокислый литий Li2MoO4 1-5; углекислый литий Li2CO3 остальное. Технический результат: повышение микротвердости покрытий. 3 пр.

 

Изобретение относится к нанесению покрытий на электропроводящие и неэлектропроводящие материалы электролитическим способом.

Известны способы электроосаждения карбидов тугоплавких металлов из фторидных расплавов электролитов [Electrodeposition of refractory metal carbides. Pat. №4430170 / K.H. Stern - Publ. 7.02.1984] состава (KF-LiF, NaF-KF, NaF-LiF, LiF-NaF-KF), содержащего (в %): К2СO3 - 0,6-6, Na2WO4 4, соединение тугоплавкого металла, растворимое во фторидном расплаве 1-10, температура 750-850°C, напряжение 0,1-2 (0,1-1,5) В. Электролиз проводится в проточной атмосфере инертного газа: Ar, N2 и т.п. Покрытия W2C имеют микротвердость 1000-1500 ед. (по Кнупу). Недостатком является проведение электролиза в атмосфере инертного газа и несплошные покрытия W2C; электроосаждение покрытий молибдена из расплавленных фторидных ванн [D.C.Topor and J.R.Selman. Molybdenum Carbide coatings electrodeposited from molten fluoride bath. Preparation of a coherent coating // j. electrochemical soc. 1988. V135 №2], где получение карбида молибдена проводится электрохимическим осаждением из расплавленных электролитов, содержащих фторид лития, фторид калия, фторид натрия и карбонат натрия при добавлении молибдата калия. Покрытия получались при плотности тока 60-150 мА/см2 и температуре осаждения 800-900°C. Недостатком является более низкая микротвердость карбида молибдена по сравнению с карбидом вольфрама.

Наиболее близким является электролит для электрохимического осаждения покрытий карбида молибдена на электропроводящие и неэлектропроводящие материалы [Кушхов Х.Б., Малышев В.В., Шаповал В.И. Электрохимическое осаждение покрытий карбида молибдена на электропроводящие и неэлектропроводящие материалы. Гальванотехника и обработка поверхности, 1992, т.1], где используются электролит:

K, Na| WO4 (3:1 по массе) - Li2MoO4 (2.5-7.5 мол.%) - Li2CO3 (2,5-10,0 мол.%).

Сплошные осадки Мо2С получены при 800-950°C и плотности тока ik=0,01-0,1 А/см2. Получаемые покрытия карбида молибдена имеют микротвердость 1800-1900 кг/мм2.

Недостатками прототипа являются низкие эксплуатационные свойства покрытий карбида молибдена, а именно относительно невысокая микротвердость.

Задачей поставленной авторами изобретения является повышение микротвердости покрытий.

Задача решается следующим образом:

Электролит содержит вольфрамовокислый натрий, молибденовокислый натрий, молибденовокислый литий, углекислый литий, при следующем соотношении компонентов, мол.%:

вольфрамовокислый натрий Na2WO4 40-47
молибденовокислый натрий Na2MoO4 40-47
молибденовокислый литий Li2MoO4 1-5
углекислый литий Li2СО3 остальное.

Реакции, протекающие при электрохимическом синтезе, описываются следующими уравнениями:

1) электровосстановление ионов вольфрама катионизированных ионами лития можно представить уравнением (1):

2) аналогично для ионов молибдена можно записать:

3) электровосстановление карбонат ионов в углерод описывается уравнением (3):

4) взаимодействие W и С, Мо и С, а также образование двойных карбидов вольфрама и молибдена происходит на атомарном уровне:

Для увеличения микротвердости покрытий карбида молибдена в состав получаемых покрытий вводится карбид вольфрама, так как известно, что карбид вольфрама обладает значительно более высокими показателями по микротвердости. Микротвердость карбида молибдена находится в пределах 1640-1930 кг/мм2, а микротвердость карбида вольфрама составляет 1810-2060 кг/мм2 [Самсонов Г.В. Физическое материаловедение карбидов. Киев, 1974, стр.392]. Однако карбид вольфрама образует несплошные покрытия и в чистом виде не находит применение в качестве покрытий. Таким образом, используя сплавы карбидов тугоплавких металлов (двойные карбиды вольфрама и молибдена), можно получить сплошные покрытия с высокой микротвердостью.

Способ осуществлялся следующим образом:

Электролит готовят расплавлением в электропечи эквимолярной смеси вольфрамовокислого и молибденовокислого натрия в графитовом тигле. После достижения 900°C в расплав погружают катод (покрываемое изделие), анодом служит графитовый тигель. Электролиз осуществляют в гальваностатическом режиме при 900°C, плотности катодного тока 0,05-0,15 А/см2. Покрытия из данного электролита наносят в открытых ваннах с графитовым анодом. Из электролита осаждают беспористые сплошные прочносцепленные с подложками из стали, никеля, меди, молибдена, алмаза покрытия W2C-Mo2C микротвердостью 2000-2600 кг/мм2.

При концентрации молибденовокислого лития выше 5 мол.% наряду с карбидом молибдена (вольфрама) осаждаются окислы молибдена (вольфрама), а при концентрации его в расплаве менее 1 мол.% в покрытие включается молибден (вольфрам). Если концентрация карбоната лития более 15 моль.%, то в процессе электролиза наряду с карбидом получается свободный углерод. При концентрации карбоната лития меньше 5 моль.% получаются металлический вольфрам и молибден.

Эквимолярный расплав Na2WO4-Na2MoO4 выбран из следующих соображений:

Такое соотношение компонентов позволяет достигнуть максимального смещения потенциала осаждения двойного карбида молибдена и вольфрама в отрицательную область потенциалов.

Эквимольный расплав является самым низкоплавким в двойной системе Na2WO4-Na2MoO4.

Предложенный электролит позволяет получать хорошо сцепленные, равномерные, сплошные покрытия при плотности тока 0,05-0,15 А/см2. При более высоких плотностях тока увеличивается шероховатость покрытия. Температура процесса 850-950°C. При более низких температурах получаются порошковые осадки. Микротвердость двойного карбида вольфрама и молибдена не изменяется по толщине покрытия и равна 2000-2600 кг/мм2.

Пример 1

Покрытия двойных карбидов вольфрама и молибдена получают электролизом электролита следующего состава (мол.%)

вольфрамовокислый натрий Na2WO4 47
молибденовокислый натрий Na2MoO4 47
молибденовокислый литий Li2MoO4 1
углекислый литий Li2СО3 5.

Электролиз осуществляют в гальваностатическом режиме при 900°C, плотности катодного тока 0,05 А/см2. Покрытия из данного электролита наносят в открытых ваннах с графитовым анодом. Получаемые покрытия W2C-MO2C имеют микротвердость 2000-2200 кг/мм2.

Пример 2. Покрытия двойных карбидов вольфрама и молибдена получают электролизом электролита следующего состава (мол.%):

вольфрамовокислый натрий Na2WO4 44
молибденовокислый натрий Na2MoO4 43
молибденовокислый литий Li2MoO4 3
углекислый литий Li2СО3 10.

Электролиз осуществляют в гальваностатическом режиме при 900°C, плотности катодного тока 0,1 А/см2. Покрытия из данного электролита наносят в открытых ваннах с графитовым анодом. Получаемые покрытия W2C-Mo2C имеют микротвердость 2200-2400 кг/мм2.

Пример 3. Покрытия двойных карбидов вольфрама и молибдена получают электролизом электролита следующего состава (мол.%):

вольфрамовокислый натрий Na2WO4 40
молибденовокислый натрий Na2MoO4 40
молибденовокислый литий Li2MoO4 5
углекислый литий Li2СО3 15.

Электролиз осуществляют в гальваностатическом режиме при 900°C, плотности катодного тока 0,15 А/см2. Покрытия из данного электролита наносят в открытых ваннах с графитовым анодом. Получаемые покрытия W2C-Mo2C имеют микротвердость 2500-2600 кг/мм2.

Технический результат изобретения заключается в возможности получения покрытий с микротвердостью 2000-2600 кг/мм2 из двойных карбидов вольфрама и молибдена.

Электролит для нанесения покрытий на электропроводящие и неэлектропроводящие материалы, содержащий вольфрамово-кислый натрий, молибденово-кислый литий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибденово-кислый натрий и углекислый литий при следующем соотношении компонентов, мол. %:

вольфрамово-кислый натрий Na2WO4 40-47
молибденово-кислый натрий Na2MoO4 40-47
молибденово-кислый литий LiMoO4 1-5
углекислый литий Li2CO3 остальное


 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области высокотемпературной электрохимии, в частности к получению электролизом нанокристаллических покрытий оксидных вольфрамовых бронз в виде пленок, и может быть использовано в медицине, электротехнике, радиотехнике и в химической промышленности для изготовления ион-селективных элементов для анализа микросред, электрохромных устройств, холодных катодов, катализаторов химических реакций.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для исследования процессов формирования гнутых изделий с защитными покрытиями. .
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов. .
Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к борированию стальных изделий в солевых расплавах. .

Изобретение относится к нанесению танталовых и ниобиевых: гальванических покрытий из расплавов солей и может быть использовано в химической, металлургической и других областях техники при создании коррозионностойких и барьерных покрытий.

Изобретение относится к получению гальванических покрытий, в частности ниобиевых, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе химической, цветной и черной металлургии.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению формообразующих деталей, и может найти применение при изготовлении пресс-форм>& для литья под давлением, кокилей.Одним из способов получения наиболее точных заготовок в машиностроении является литье под давлением.

Изобретение относится к способам электрохимического нанесения покрытий из расплавов и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных покрытий из оксидных бронз переходных металлов в многослойных структурах отражающих устройство оптических затворов, преобразователей информации и часовых табло.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения покрытий из расплавов солей на электропроводящие подложки

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов, в частности к диффузионному борированию стальных изделий в солевом расплаве

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения защитного покрытия на изделия из низкоуглеродистой стали, которые могут эксплуатироваться при высоких температурах. Способ включает электролиз галогенидного алюминийсодержащего расплава при использовании алюминиевого анода, при этом покрытие наносят электролизом солевого расплава на основе AlF3 с добавками NaF и/или KF при температуре 700-980 °C, плотности тока не менее 0,5 А/см2 и использовании расплава алюминия в качестве анода. Технический результат: получение сплошного алюминидного покрытия, обладающего хорошей адгезией к стальной подложке, повышение содержания алюминия в покрытии, повышение жаростойкости стальных изделий и скорости алитирования. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к нанесению покрытий на электропроводящие и неэлектропроводящие материалы электролитическим способом из расплавов

Наверх