Состав электролита антифрикционного электролитического сплава "цинк-железо" для осаждения в условиях гидромеханического активирования

Авторы патента:

Мартынова Татьяна Николаевна (RU)

Шишкин Геннадий Михайлович (RU)

Бойков Алексей Валентинович (RU)

Русанов Вячеслав Анатольевич (RU)

C25D3/56 - сплавов

Владельцы патента RU 2489527:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия" (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для восстановления изношенных поверхностей деталей машин, в частности подшипников скольжения автомобильных двигателей. Электролит содержит, г/л: сульфат цинка 200-240, сульфат железа 15-20, карбонат натрия 80-120, сульфат аммония 30, гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4. Технический результат: повышение адгезии покрытия к детали, стабильность электролита и снижение дендридообразования.

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электролитическому осаждению сплава "цинк-железо" с целью восстановления изношенных поверхностей деталей машин, например, подшипников скольжения автомобильных двигателей.

Известны растворы электролитов для осаждения сплавов "цинк-железо", содержащие сернокислое железо, сернокислый цинк, сернокислый алюминий, сернокислый натрий, натровую соль нафталиндисульфо кислоты, борную и аскорбиновую кислоту. Однако покрытия, получаемые из этих составов электролитов, имеют слабую сцепляемость с основным металлом. Электролиты имеют слабую рассеивающую способность, недостаточно производительны и в условиях осаждения сплава гидромеханической активацией подвержены окислению и загрязнению [1, 2].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является известный состав электролита [3], используемый для осаждения цинк-железного сплава, содержащий в г/л:

сульфат цинка	250-300,
хлорид железа	60-100,
фторид натрия	10,
борная кислота	25,
первичный гидрохлорид
алкиламмония (С₆-C₁₂)	1-2.

Данный электролит использовался для восстановления изношенных деталей из алюминиевых и железоуглеродистых сплавов при температурах 20-30°C, катодной плотности тока 40-60 А/дм² и расходом электролита 1,5 л/с.

Использование данного способа для восстановления стальных изделий затруднено, так как электролит имеет сложный состав, затруднена его корректировка по составу в технологическом процессе.

Осадки имеют крупнозернистую структуру, низкую адгезию с основой и при восстановлении деталей из стали имеют высокий удельный температурный коэффициент линейного расширения. Электролит склонен к окислению, так как при электролизе хлорида железа и фторида натрия выделяется хлор и фтор. Используемый для флотации первичный гидрохлорид алкиламмония представляет смесь RNH₂NCl, где R=С₆Н₁₃-С₁₂Н₂₅ имеет не всегда воспроизводимый состав.

Помимо этого электролит склонен к дендридообразованию при повышенных плотностях тока и малопроизводителен в нестационарных условиях осаждения сплава.

Задачей изобретения является повышение физико-механических характеристик покрытия: прочности сцепления, улучшения структуры осадка, химической стойкости раствора и снижение дендридообразования.

Сущность изобретения заключается в следующем: предложен высокоэффективный состав антифрикционного электролитического сплава "цинк-железо" для осаждения в условиях гидромеханического активирования. Он содержит сульфат цинка, соль железа, соль натрия и органическую добавку. При этом в качестве соли железа использован сульфат железа, в качестве соли натрия - карбонат натрия, а в качестве органической добавки - гидроксид тетраэтиламмония при следующих соотношениях компонентов, г/л:

сульфат цинка	200÷240
сульфат железа	15÷20
карбонат натрия	80÷120
сульфат аммония	30
гидрохлорид тетраэтиламмония	3÷4.

Для приготовления электролита "цинк-железо" все компоненты растворяют в отдельных емкостях в дисцилированной воде, подогретый до 60-70°С. Затем растворы фильтруют и сливают в рабочую ванну. В электролите должно быть столько солей железа, цинка, карбоната натрия, сульфата аммония и гидрохлорида тетраэтиламмония, сколько требуется по расчету на рабочую емкость ванны. После этого доливают воду до метки, соответствующей верхнему уровню электролита. Проверяют величину pH, прорабатывают в течение 8-10 часов при плотности тока 0,8÷1,5 А/дм² со стальными катодами и после этого приступают к покрытию.

Гидромеханическое активирование осаждения металла характеризуется принудительной циркуляцией электролита и вращением анода. Проток через раствор электролита и вращение анода изменяют ионную обкладку диффузионного слоя у поверхности катода и, как следствие этого, увеличивается скорость процесса диффузии ионов к поверхности катода, что обеспечивает повышение производительности в 3-4 раза, высокую равномерность покрытия, получение мелкодисперсной структуры и снижение остаточных напряжений.

Исследования внутренних напряжений показали, что они растут с увеличением плотности тока и уменьшаются с повышением температур электролита и с увеличением концентрации активных солей.

При высокой плотности тока значительно искажается, уплотняется кристаллическая решетка, при высокой температуре уменьшается наводораживание осадков, и, если взять низкую плотность тока и высокую температуру электролита, то можно получить мягкие, не напряженные осадки.

Прочность сцепления, для различных электролитов и условий работы ванн изменялась в пределах от 3000 до 12000 Н/см². Наибольшие значения прочности сцепления были показаны на стальных образцах, покрытие которых проводилось в ваннах заявленного электролита. Добавление в ванну солей натрия, аммония, гидрохлорида тетраэтиламмония увеличивало прочность сцепления осадка с основой, получение уплотненной кристаллической решетки, уменьшение наводораживающего осадка, мягкие ненапряженные осадки.

Режим осаждения сплава "цинк-железо": температура 20-25°C, катодная плотность тока 30-35 А/дм², рН=2,0-2,5, анод - цинк (растворимый).

Заявленный состав электролита отличается снижением концентрации активных солей, так как с увеличением их концентрации может быть значительно повышена допустимая плотность тока. Это приводит к образованию крупнозернистой структуры осадков "цинк-железо" с пониженными механическими свойствами.

Осаждение осадка "цинк-железо" на изделие производится при более низкой катодной плотности тока 30-35 А/дм² по сравнению с известной катодной плотностью тока 40-60 А/дм², так как с увеличением плотности тока увеличивается твердость осадка, его внутреннее напряжение. Покрытия трескаются, на краях деталей образуются наросты и при дальнейшем повышении плотности тока покрытие получается аморфным, порошкообразным с низкой адгезией к деталям.

Применение фтор- и хлор-анионов в составе входящих в электролит солей, а также использование карбоната натрия позволяет снизить агрессивность электролита и исключить коррозию стальных изделий.

Упрощение состава электролита достигается также использованием в качестве органической добавки гидрохлорида тетраэтиламмония (C₆H₁₂NCl), который хорошо растворим в воде, имеет постоянный состав и не изменяется в ходе электролиза.

Таким образом, предлагаемый состав электролита отличается от известного тем, что он более прост по содержанию, производителен и отвечает технологическому процессу при восстановлении деталей подшипников в нестационарных условиях (проточное, на различных формах тока). Покрытия получаются гладкими, плотными с мелкодисперсной структурой, обладающие повышенной износо- и коррозионной стойкостью.

Осаждение проводится в виде твердых сплавов замещения ионов цинка ионами железа, что обеспечивает физико-механические характеристики осадка, идентичные характеристикам основы подшипников из нержавеющей стали, и повышает стабильность электролита.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР №755897, кл С25D 3/56, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР №374383, кл С25D 3/56, 1973

3. Патент RU №2086712, GOIM 17/06, 10.08.1997 - прототип.

Состав электролита антифрикционного электролитического сплава цинк-железо для осаждения в условиях гидромеханического активирования, содержащий сульфат цинка, соль железа, соль натрия и органическую добавку, отличающийся тем, что он содержит сульфат аммония, в качестве соли железа - сульфат железа, в качестве соли натрия - карбонат натрия, а в качестве органической добавки - гидрохлорид тетраэтиламмония, при следующем соотношении компонентов, г/л:

сульфат цинка	200-240
сульфат железа	15-20
карбонат натрия	80-120
сульфат аммония	30
гидрохлорид тетраэтиламмония	3-4

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железоалюминиевых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Система и способ нанесения покрытий из металлических сплавов посредством применения гальванической технологии // 2473718

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из металлических сплавов с применением гальванической технологии. .

Электролит для осаждения сплава цинк-галлий // 2459016

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении для получения покрытий. .

Способ нанесения электролитических покрытий на основе хрома // 2457288

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных гальванических градиентных покрытий на основе хрома в машиностроении и других отраслях промышленности при изготовлении или восстановлении деталей и инструментов с износостойкими антифрикционными покрытиями, в частности, для повышения стойкости деформирующих инструментов.

Электролит для осаждения сплава никель-висмут // 2457287

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении для получения ровных, гладких покрытий с высокой коррозионной стойкостью.

Способ получения оксидного покрытия на стали // 2449062

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к нанесению упрочняющих, твердых, износостойких и защитных покрытий на стальные изделия и может быть использовано для работы в узлах трения, упрочнения поверхностей деталей, радиоэлектронной и лакокрасочной промышленности.

Способ получения покрытия из оксидов металлов на стали // 2449061

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к нанесению износостойких и защитных полимерных композиционных покрытий на стальные изделия и может быть использовано для работы в узлах трения, гальванотехнике, радиоэлектронной и лакокрасочной промышленности.

Электролит для электроосаждения сплава цинк-никель // 2441107

Изобретение относится к прикладной электрохимии, в частности к электролитическому нанесению сплава цинк-никель. .

Электролит для получения никель-железных покрытий // 2424380

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и авиационной промышленности. .

Электролит для осаждения сплава висмут-галлий // 2410474

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности, к электролитическому осаждению сплава висмут-галлий. .

Способ получения стального компонента с металлическим покрытием, обеспечивающим защиту от коррозии, и стальной компонент // 2496887

Изобретение относится к области металлургии, в частности получению стального компонента с металлическим покрытием, который используют в качестве материала для кузовов транспортных средств. Для обеспечения хорошего сцепления покрытия и надежной защиты от коррозии на плоский стальной продукт, выполненный из стали, содержащей 0,3-3 мас.% марганца, имеющий предел текучести 150-1100 МПа и прочность на разрыв 300-1200 МПа, наносят антикоррозионное покрытие из сплава ZnNi электролитическим методом, которое состоит из единственной фазы γ-ZnNi и содержит, наряду с цинком и неизбежными примесями, 7-15 мас.% никеля. Затем из плоского стального продукта получают заготовку и сразу нагревают, по меньшей мере, до 800°C, а затем формуют в стальной компонент, или сначала формуют в стальной компонент, который затем нагревают, по меньшей мере, до 800°C. Стальной компонент, полученный в соответственных случаях, окончательно закаляют достаточно быстрым охлаждением от довольно высокой температуры. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 табл., 5 ил., 3 пр.

Щелочной электролит для электроосаждения цинк-никелевых покрытий // 2511727

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и автомобилестроении для защиты от коррозии стальных изделий. Электролит содержит, г/л:оксид цинка 12-15, едкий натр 100-120, никель сернокислый 7-17, триэтаноламин 40-60, гексаметилендиамин-N,N,N',N'- тетрауксусную кислоту 0,5-2, диглицин 1-3, воду до 1 л. Технический результат - увеличение коррозионной стойкости цинк-никелевых покрытий, расширение диапазона рабочих плотностей тока, снижение экологической нагрузки на очистку сточных вод, путем использования низкоконцентрированных электролитов. 2 табл., 4 пр.

Способ упрочнения электроосажденных железохромистых покрытий цементацией // 2537471

Изобретение относится к области упрочнения электроосажденного на стальные детали железохромистого покрытия цементацией, применяемого для восстановленных поверхностей стальных деталей. Проводят цементацию электроосажденного слоя железохромистого покрытия с содержанием хрома 0,5-3,0% в течение 3-4 ч при температуре 800-900°С с использованием пасты следующего состава, мас.%: газовая сажа ДГ-100 - 40, углекислый барий ВаСО3 - 20, поливинилацетатная эмульсия (клей ПВА) - 40 и добавлением синтина в количестве 20 капель в минуту в течение всего времени цементации. Повышается микротвердость и износостойкость стальных деталей, восстановленных электроосажденным железохромистым покрытием.

Электролит для электроосаждения цинк-кобальтовых покрытий // 2569618

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности. Электролит содержит, г/л: цинк сернокислый 15-30, кобальт сернокислый 14-17, калий хлористый 120-130, таурин 45-50 и воду до 1 литра. Техническим результатом изобретения является снижение скорости коррозии цинк-кобальтовых покрытий при сохранении покрытиями, содержащими 15-17% кобальта, анодного характера защиты сталей, снижение экологической нагрузки на очистку сточных вод за счет снижения токсичности. 2 табл., 4 пр.

Ванна для нанесения гальванического покрытия из медно-никелевого сплава и способ нанесения гальванического покрытия // 2588894

Изобретение относится к области гальванотехники. Электролит содержит соль меди и соль никеля, вещество, образующее комплексы с металлами, множество обеспечивающих проводимость солей, отличающихся друг от друга, соединение, выбранное из группы, состоящей из дисульфидных соединений, серосодержащих аминокислот и их солей, соединение, выбранное из группы, состоящей из сульфоновых кислот, сульфимидных соединений, соединений сульфаминовых кислот, сульфонамидов и их солей, и продукт реакции простого глицидилового эфира и многоатомного спирта. Электролит имеет pH от 3 до 8. Способ включает нанесение покрытия на подложку, выбранную из металлической подложки, состоящей из меди, железа, никеля, серебра, золота и их сплавов, или из стеклянной, керамической, пластмассовой подложки, с модифицированной любым из указанных металлов или сплавов поверхностью. Покрытие наносят при плотности катодного тока от 0,01 до 5,0 А/дм2. Технический результат: повышение стабильности электролита с обеспечением устойчивого получения покрытий с однородным составом. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 табл., 7 пр.

Электролит для электроосаждения цинк-никелевых покрытий // 2603526

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий цинк-никелевыми сплавами на сталях и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобильной промышленности и других областях. Электролит содержит, г/л: цинк сернокислый 7-10; никель сернокислый 20-30; калий хлористый 120-130; таурин 45-50; вода до 1 литра. Технический результат - снижение скорости коррозии цинк-никелевых покрытий при сохранении покрытиями анодного характера защиты сталей (содержание никеля в покрытиях 12-15 ат.%) с одновременным снижением экологической нагрузки на очистку сточных вод за счет снижения токсичности электролита. 2 табл., 4 пр.

Способ гальваностегии цинковым сплавом // 2610183

Изобретение относится к области гальванотехники. Способ включает подачу тока через щелочную ванну для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащую катод и анод, причем катодная область, включающая катод, и анодная область, включающая анод, отделены друг от друга анионообменной мембраной, католит, содержащийся в катодной области, представляет собой щелочной электролит для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащий хелатообразователь на основе амина, а анолит, содержащийся в анодной области, представляет собой водный щелочной раствор. Технический результат: повышение срока службы электролита при сохранении характеристик получаемых покрытий. 13 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил., 1 пр.

Способ гальваностегии цинковым сплавом // 2613826

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения на изделия гальванических покрытий цинковым сплавом. Способ электролитического осаждения цинкового сплава в щелочной ванне включает подачу тока через щелочную ванну для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащую катод и анод, причем катодная область, включающая катод, и анодная область, включающая анод, отделены друг от друга сепаратором, содержащим электропроводящий электролитный гель, при этом содержащийся в катодной области католит представляет собой щелочной электролит для электролитического осаждения никель-цинкового сплава, содержащий хелатообразователь на основе амина, а анолит, содержащийся в анодной области, представляет собой водный щелочной раствор. Технический результат: продление срока службы электролита при сохранении его характеристик. 21 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр., 7 ил.

Способ нанесения гальванических покрытий сплавом олово-цинк // 2616314

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к нанесению гальванических покрытий сплавом олово-цинк с содержанием цинка в сплаве 20-80%, и может быть использовано для нанесения защитных покрытий, в том числе в виде альтернативы кадмиевым покрытиям. Способ включает электроосаждение сплава из электролита, содержащего тетрахлорид олова, оксид цинка и воду, при катодной плотности тока 0,5-1,5 А/дм2, при этом электроосаждение проводят с использованием инертных анодов из электролита, содержащего тетрахлорид олова 30 г/л (в пересчете на олово), оксид цинка 2,5 г/л (в пересчете на цинк), молочную кислоту (80% раствор) 50 мл/л, при рН 2,5 и температуре электролита 20-25°C. Техническим результатом является получение равномерных, полублестящих, хорошо сцепленных с основой покрытий с высоким выходом по току. 5 табл.

Способ электролитического осаждения антифрикционных покрытий сплавом на основе олова // 2620215

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и других отраслях промышленности. Способ включает электролитическое осаждение антифрикционных покрытий из сплава на основе олова в электролите, содержащем, г/л: олово(II) борфтористое 10-40, медь(II) борфтористую 10-25, сурьму(III) борфтористую 5-10, кадмий борфтористый 5-15, цинк(II) борфтористый 5-15, индий(III) борфтористый 2-5, серебро(I) борфтористое 0,5-1,5, борфтористоводородную кислоту 105-130, борную кислоту 50-100, антиокислитель 1,5-5, поверхностно-активное вещество 7-20, при катодной плотности тока 2,0-5,0 А/дм2 и температуре электролита 18-25°С. Технический результат: повышение абразивной и коррозионной стойкости, прочности покрытий в агрессивных средах, снижение коэффициента трения, повышение твердости, износостойкости и термической стабильности покрытий при одновременном повышении пластичности. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.