Электролит для нанесения покрытий на электропроводящие и неэлектропроводящие материалы



 


Владельцы патента RU 2458189:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) (RU)

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
Наверх