Способ получения композиционного хромоуглеродного покрытия
Владельцы патента RU 2459018:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к электролитическому нанесению покрытий на металлические изделия и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Способ включает электрохимическое осаждение покрытия из электролита на основе хромовой кислоты, при этом электролит содержит хромовый ангидрид CrO3, сульфат кальция CaSO4 и коллоидные кластерные частицы графита, измельченные до размеров, приближающихся к 200 нм, при следующем соотношении ингредиентов в электролите, г/л: хромовый ангидрид CrO3 250; сульфат кальция CaSO4 20; коллоидные кластерные частицы графита 15. Технический результат - снижение пористости покрытия, повышение его жаростойкости и коррозионной стойкости с сохранением электропроводности покрытия, сопоставимой с электропроводностью стали Ст3.
Изобретение относится к электролитическому нанесению покрытий на металлы и может быть использовано в металлургии и машиностроении для получения коррозионно-стойких твердых хромовых покрытий с сохранением электропроводимости, сопоставимой с электропроводностью стали Ст3, при изготовлении токопроводящих и токоотводящих стержней в электролизной промышленности цветных металлов.
Известны способы нанесения композиционных покрытий на основе хрома с введением в покрытие мелкодисперсных частиц алмаза и оксида алюминия Al2O3 (пат. SU 1694710 А1, 30.11.1991; пат. SU 1481272 А1, 23.05.1989; пат. WO 94/23095 А1, 13.10.1994; пат. WO 89/07668 А1, 24.08.1989).
Наиболее близким аналогом к изобретению является способ получения композиционных покрытий на основе хрома, включающий электрохимическое осаждение из электролита на основе хромовой кислоты, содержащего взвесь коллоидных частиц алмаза (пат. RU 2031982, C25D 3/06, 15/00).
Однако покрытия, получаемые из этих составов электролитов, имеют недостаточную электропроводность для применения их в качестве защиты от коррозии токопроводящих элементов технологического оборудования.
Задачей изобретения является повышение физико-механических и антикоррозионных характеристик покрытия с сохранением электропроводимости покрытия, сопоставимой с электропроводностью стали Ст3, равной 0,5×107 См/м.
Технический результат достигается тем, что способ получения композиционных покрытий на основе хрома, включающий электрохимическое осаждение из электролита на основе хромовой кислоты, согласно изобретению электролит на основе хромовой кислоты содержит коллоидные кластерные частицы графита, измельченные до размеров, приближающихся к 200 нм, хромовый ангидрид CrO3 и сульфат кальция CaSO4 при следующем соотношении ингредиентов, г/л:
CrO3 - 250,
CaSO4 - 20,
коллоидные кластерные частицы графита - 15.
В приготовленный и проработанный электролит на основе хромовой кислоты вводят коллоидные кластерные частицы графита, измельченные до размеров, приближающихся к 200 нм. Коллоидные кластерные частицы графита получают окислением дисперсного природного графита, а измельчение частиц графита проводят на бисерной мельнице. Коллоидные кластерные частицы графита описаны в ряде литературных источников, например А.С.Фиалков. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект-пресс, 1997, 718 с.
Таким образом, электролит на основе хромовой кислоты, содержащий хромовый ангидрид CrO3, сульфат кальция CaSO4 и коллоидные кластерные частицы графита, измельченные до размеров, приближающихся к 200 нм, при следующем соотношении ингредиентов, г/л: CrO3 - 250, CaSO4 - 20, коллоидные кластерные частицы графита - 15, приобретает высокую электропроводность за счет введения в него мелкодисперсных коллоидных кластерных частиц графита. Ионы хрома, двигаясь через объем электролита на основе хромовой кислоты к поверхности обрабатываемого изделия - катода, окружают находящиеся в электролите на основе хромовой кислоты коллоидные кластерные частицы графита. Так как размеры ионов хрома меньше размеров коллоидных кластерных частиц графита, то один коллоидный кластер графита окружается несколькими ионами хрома. Ионы хрома, имея высокую по отношению к коллоидным кластерам графита скорость, захватывают их и увлекают к поверхности катода. При этом возникающий в электролите электрофоретический эффект интенсифицирует продвижение коллоидных кластеров графита к обрабатываемому изделию и создает упорядоченное равномерное распределение коллоидных кластерных частиц графита вокруг поверхности катода. Таким образом, за счет упорядоченной плотной упаковки ионов хрома вокруг коллоидных кластерных частиц графита на поверхности обрабатываемого изделия формируется композиционное покрытие.
В данном случае процесс хромирования предназначен для получения жаростойких и коррозионно-стойких хромовых покрытий с сохранением электропроводимости, сопоставимой с электропроводностью стали Ст3.
Пример выполнения способа получения композиционного хромоуглеродного покрытия.
Хромирование выполняется в следующем порядке. Образец из стали Ст3 обезжиривают ацетоном, протравливают в соляной кислоте и промывают. В ячейку со свинцовыми анодами заливают электролит на основе хромовой кислоты, содержащий хромовый ангидрид CrO3, сульфат кальция CaSO4 и коллоидные кластерные частицы графита, измельченные до размеров, приближающихся к 200 нм, при следующем соотношении ингредиентов, г/л: CrO3 - 250, CaSO4 - 20, коллоидные кластерные частицы графита - 15, в который погружают образец из стали Ст3. Подключают источник постоянного тока и устанавливают силу тока, равную 35 А/дм2. Время электролиза составляет 30-60 минут и обеспечивает получение композиционного покрытия толщиной около 10 мкм.
Жаростойкость полученного композиционного покрытия составляет более 1200°С, электропроводность и коррозионная стойкость при температуре 900°С увеличиваются в 2 раза по сравнению с электропроводностью и коррозионной стойкостью стали Ст3.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав электролита отличается от известного введением нового компонента, а именно коллоидных кластерных частиц графита, измельченных до размеров, приближающихся к 200 нм. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».
Способ нанесения композиционных хромовых покрытий на металлические изделия, включающий электрохимическое осаждение покрытия из электролита на основе хромовой кислоты, отличающийся тем, что электролит на основе хромовой кислоты содержит хромовый ангидрид CrO3, сульфат кальция CaSO4 и коллоидные кластерные частицы графита, измельченные до размеров, приближающихся к 200 нм, при следующем соотношении ингредиентов в электролите, г/л:
| хромовый ангидрид CrO3 | 250 |
| сульфат кальция CaSO4 | 20 |
| коллоидные кластерные частицы графита | 15 |
