Электролитический способ нанесения покрытий
Владельцы патента RU 2476629:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при разработке и изготовлении износостойких покрытий. Способ включает осаждение покрытия из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и упрочняющие добавки во взвешенном состоянии, при этом упрочняющие добавки вводят в количестве, которое определяют по уравнению:
где z - количество твердых включений в покрытии, %, f1 - коэффициент трения покрытия без включений, f2 - коэффициент трения покрытия с включениями, λ1 - теплопроводность покрытия без включений, Вт/м·К, λ2 - теплопроводность покрытия с включениями, Вт/м·К. Технический результат: повышение износостойкости электролитических покрытий и сокращение трудоемкости получения покрытий за счет снижения числа исследований. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу нанесения электролитических покрытий с включенными в них частицами, и может быть использовано при разработке и изготовлении износостойких покрытий.
Известен способ [Справочник по конструкционным материалам. / Под ред. Б.Н.Арзамасова; Т.В.Соловьевой. - М: Изд-во МГТУ, 2005, с.160-162] получения электролитических покрытий, заключающийся в введении в состав покрытий порошков карбидов, боридов, оксидов, алмаза, корунда и т.п., что позволяет существенно повысить износостойкость покрытий.
Известен электролитический способ [патент РФ 2224055 C1, кл. C25D 11/02, 20.02.2004] нанесения анодных покрытий, заключающийся в обработке поверхности изделия в струе электролита, создании от внешнего источника тока разности потенциалов 100-1000 B между участком обрабатываемой поверхности изделия, являющимся анодом и вторым электродом противоположного знака с инициированием микроискровых и микроплазменных разрядов, введении в электролит 3-20 вес.% мелкодисперсного порошка карбида, нитрида, окисла металлов или металлоидов, не растворимых в электролите, при этом в струю электролита дополнительно вводят мелкодисперсный порошок титана, и/или углерода, и/или гидрида титана и/или углеводородных соединений в качестве добавки с экзотермическим эффектом окисления, с дисперсностью смеси порошков 1-5 мкм, но не более половины толщины слоя наносимого покрытия, при этом порошки вводят в струю электролита одновременно при равном их соотношении, а сумма обоих порошков в электролите составляет 3-20 вес.%.
Такие способы требуют проведения дополнительных испытаний по определению оптимального количества упрочняющих добавок в электролитических покрытиях для обеспечения их лучшей износостойкости.
Известен способ [патент РФ 95102405 A1, кл. C25D 11/02, 20.11.1996] электролитического микродугового нанесения покрытия на изделия из углеродистой стали, заключающийся в нанесении на изделие из углеродистой стали композиции (алюмопудра ПАП-1 или ПАП-2 25-35 мас.%, Al2O3 (порошок) 25-35 мас.%, [CrAl3(H3PO4)8,8-9,6] до 100 мас.%), предварительно разведенной в воде в соотношении 3:1, и последующей электролитической микродуговой обработке в щелочном электролите при плотности тока 5-25 А/дм2.
Недостатком известного способа является широкий интервал определения оптимального количества входящих компонентов для обеспечения максимальной прочности и износостойкости покрытия, что требует проведения дополнительных испытаний.
Наиболее близким к предлагаемому является электролитический способ [патент РФ 2109855 C1, кл. C25D 15/00, C25D 5/20, 27.04.1998] получения композиционных покрытий, заключающийся в проведении процесса осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и нерастворимые частицы во взвешенном состоянии при наложении на ванну ультразвуковых колебаний, направленных параллельно и перпендикулярно катодной поверхности.
Недостатком известного способа является проведение дополнительных испытаний по определению оптимального количества упрочняющих добавок (мелкодисперсного порошка карбида, нитрида, окисла металлов или металлоидов), обеспечивающих максимальную износостойкость покрытий.
Задача изобретения - повышение износостойкости электролитических покрытий за счет оптимизации количества упрочняющих добавок, а также сокращение трудоемкости получения покрытий за счет снижения количества испытаний.
Задача решается тем, что в способе нанесения электролитических покрытий с включенными в них частицами, по которому проводят процесс осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и упрочняющие добавки во взвешенном состоянии, согласно изобретению количество упрочняющих добавок определяют по уравнению:
где z - количество твердых включений в покрытии, %,
f1 - коэффициент трения покрытия без включений,
f2 - коэффициент трения покрытия с включениями,
λ1 - теплопроводность покрытия без включений,
λ2 - теплопроводность покрытия с включениями.
В качестве упрочняющих добавок используют порошки карбидов, боридов, оксидов, алмаза, корунда и т.п.
В результате использования предлагаемого способа обеспечивается максимальная износостойкость электролитических покрытий с упрочняющими добавками, сокращение числа исследований при разработке и изготовлении покрытий.
Пример конкретной реализации способа
Для получения износостойких никель-фосфорных покрытий с добавками карбидов кремния проводят электролитическое осаждение покрытий на вертикальных электродах с магнитным перемешиванием электролита. Состав электролита и параметры электролитического осаждения представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Состав электролита и параметры процесса | |
| Состав электролита | Параметры электролитического осаждения |
| NiSO4 6H2O 300 г/л, | pH 3,8 |
| NiCl2 6H2O 45 г/л, | температура 50°C |
| Н3ВО3 40 г/л, | плотность тока 2 А/дм2 |
| Н3РО3 20 г/л, | время 75 мин |
| суспензия карбидов кремния 0,80 и 200 г/л | Анод-никель |
Коэффициенты трения покрытий, коэффициенты теплопроводности покрытий и результаты триботехнических испытаний электролитических NiP покрытий с различным содержанием карбидов кремния в суспензии при осаждении представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| Результаты триботехнических испытаний | |||||
| № п/п | Покрытие | Количество добавок в матрице, % | Коэффициент трения, f | Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·К) | Величина износа, 106 мкм3 |
| 1. | NiP | 0 | 0,73 | 90,9 | 5,37 |
| 2. | NiP-SiC, 80 г/л | 26 | 0,65 | 120 | 5,15 |
| 3. | NiP-SiC, 200 г/л | 65 | 0,63 | 140 | 5,86 |
Для определения оптимального количества упрочняющих добавок карбидов кремния SiC, обеспечивающих максимальную износостойкость электролитических NiP покрытий, проводят расчет по уравнению:
Согласно проведенным расчетам, при содержании карбидов кремния в матрице в количестве около 30% износ покрытий должен быть минимальным. Как видно из таблицы, наименьшее изнашивание обеспечивает электролитическое NiP покрытие с содержанием карбидов кремния в 26%.
В результате использования предлагаемого способа обеспечивается сокращение числа исследований для определения оптимального количества упрочняющих добавок в электролитических покрытиях, обеспечивающих их максимальную износостойкость.
Итак, заявляемый способ позволяет определить оптимальное количество упрочняющих добавок в электролитических покрытиях с максимальной износостойкостью, сократить трудоемкость исследования покрытий.
Способ нанесения электролитических покрытий с включенными в них частицами, при котором проводят процесс осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и упрочняющие добавки во взвешенном состоянии, отличающийся тем, что упрочняющие добавки вводят в количестве, которое определяют по уравнению:
где z - количество твердых включений в покрытии, %,
f1 - коэффициент трения покрытия без включений,
f2 - коэффициент трения покрытия с включениями,
λ1 - теплопроводность покрытия без включений, Вт/м·К,
λ2 - теплопроводность покрытия с включениями, Вт/м·К.
