Способ нанесения хромового покрытия на внутреннюю поверхность цилиндрических изделий
Владельцы патента RU 2529602:
Открытое акционерное общество "Ижевский завод нефтяного машиностроения" (ОАО "Ижнефтемаш") (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к проточному электролитическому хромированию, и может быть использовано в машиностроении и других областях техники. Способ включает нанесение хромового покрытия при температуре хромсодержащего электролита 60-65°C с принудительной подачей электролита в пространство между поверхностями обрабатываемого изделия и анодом, установленным коаксиально изделия, при этом нанесение покрытия осуществляют при возвратно-поступательном перемещении анода и вращении обрабатываемого изделия со скоростью протока электролита 120-200 см/сек при плотности тока 60-80 А/дм2, причем электролит содержит 80-130 г/л хромового ангидрида и 4-6 г/л серной кислоты. Изобретение направлено на повышение срока службы изделий, в частности цилиндров глубинных штанговых насосов, за счет снижения пористости и увеличения микротвердости покрытия. 2 табл., 4 пр.
Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к проточному электролитическому хромированию, и может быть использовано в машиностроении и других областях техники, а именно для покрытия внутренней поверхности цилиндрических изделий.
В машиностроении широко применяются для нанесения гальванических покрытий на внутреннюю поверхность цилиндров ГШН хромовые покрытия для защиты от коррозии материала цилиндра и увеличения его износостойкости. Эти покрытия получают с использованием электролита, содержащего в качестве основных компонентов хромовый ангидрид и серную кислоту.
Известен малоконцентрированный электролит для нанесения хромовых покрытий, содержащий хромовый ангидрид 100-150 г/л и серную кислоту 1,0-1,5 г/л. Способ нанесения электролита осуществляется методом погружения изделия в гальваническую ванну при температуре 55-60°C и плотности тока 50-120А/дм (Богорад Л.Я. Хромирование. Л.: Машиностроение, 1984, с.11). Благодаря низкой концентрации электролита меньше разрушается изоляция на деталях и подвесных приспособлениях, снижаются потери хромового ангидрида на унос в вентиляцию и с промывочными водами. Однако недостатком известного электролита при соотношении компонентов 100:1 и способа при заданных режимах электролиза является неспособность к образованию низкопористых хромовых осадков, вследствие чего хромовое покрытие получается некоррозионностойким.
Известен также электролит хромирования, принятый как наиболее близкий по технический сущности, и способ получения хромового покрытия с использованием данного электролита, содержащий два компонента: хромовый ангидрид (CrO3) в количестве 200-300 г/л и серную кислоту (H2SO4) в количестве 3,5-7 г/л. Хромирование в известном способе осуществляется в проточном электролите при помощи специальных установок, обеспечивающих принудительную подачу электролита в пространство между поверхностями покрываемой детали и анода, который помещают внутри соосно с хромируемой поверхностью. Принудительная подача электролита обуславливает его непрерывную смену и равномерное газонасыщение в межэлектродном объеме. Способ нанесения электролита осуществляется в протоке при температуре 50-55°C и плотности тока 45-55 А/дм2, скорость протока 100-120 см/сек, расстояние между покрываемой поверхностью и анодом от 3 до 15 мм (Дасоян М.А., Пальмская И.Я., Сахарова Е.В. Технология электрохимических покрытий. Л.: Машиностроение, 1989, с.218).
Недостатком концентрированного электролита и способа получения хромового покрытия является низкое качество покрытия, характеризуемое малой микротвердостью, большой пористостью и значительным наводораживанием хромовых покрытий, сравнительно низким выходом по току и плохой рассеивающей способностью. Сохранение пористости вызывает опасность возникновения и развития коррозии, а также оставляет высокие внутренние напряжения в покрытии, снижающие механические свойства основного металла. Кроме того, высокая концентрация хромового ангидрида оказывает негативное воздействие на здоровье человека, окружающую среду в виду больших уносов в вентиляцию. А также требуются высокие затраты на нейтрализацию гальванических стоков, шламов, очистку воздуха гальваноцеха.
Технической задачей изобретения является повышение срока службы цилиндров глубинных штанговых насосов за счет уменьшения пористости и увеличения микротвердости покрытия.
Поставленная задача достигается тем, что электролит хромирования, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, содержит компоненты в следующем соотношении, г/л: хромовый ангидрид 80-130, серная кислота 4-6.
Поставленная задача достигается также тем, что в способе нанесения хромового покрытия на внутренней поверхности цилиндрических изделий, включающем принудительную подачу хромсодержащего электролита при заданных параметрах процесса в пространство между поверхностями обрабатываемого изделия и анодом, установленным коаксиально изделия, согласно изобретению в качестве электролита используют заявляемый электролит, нанесение покрытия осуществляют при температуре электролита 60-65°C, плотности тока 60-80 А/дм2 и скорости протока электролита 120-200 см/сек.
Применение предлагаемого электролита хромирования с низкой концентрацией хромового ангидрида и с более высокой концентрацией серной кислоты при соотношении CrO3:SO4, 80:4, равном 100:5 и 130:6, равном 100:4,61, позволяет снизить потери хромового ангидрида на унос в вентиляцию и с промывными водами. Уменьшить экологическую опасность с одновременным превосходством функциональных свойств покрытий хромом. А также позволяет обеспечить требования экологии, улучшение условий труда в гальванических цехах и экономию металла. Снижение концентрации хромового ангидрида в электролите до 80 г/л позволяет также снизить его агрессивность по отношению к стали, свинцу, меди и оборудованию при 60-65°C.
Способ реализуется следующим образом.
Электролитическое хромирование цилиндрических изделий осуществляют на установке, в которую размещают анод коаксиально относительно изделия. Нанесение покрытия на внутреннюю поверхность изделия проводят путем непрерывного прокачивания хромсодержащего электролита, содержащего хромовый ангидрид 80-130 г/л и серную кислоту 4-6 г/л со скоростью 120-200 см/сек, с температурой 60-65°C при плотности тока 60-80 А/дм2 через внутреннюю полость цилиндрического изделия. При этом осуществляют возвратно-поступательное перемещение анода при вращении обрабатываемого изделия. Хромирование ведут до образования минимальной толщины слоя хрома не менее 120 мкм, затем проводят чистовую обработку хромированной рабочей поверхности хонингованием до образования чистоты обработки не менее 100 мкм.
Примеры конкретного осуществления представлены в таблице 1 и 2, где в таблице 1 представлены составы электролитов и режимы электролиза, в таблице 2 представлены свойства хромовых покрытий, получаемые предлагаемым электролитом и прототипом.
Опытно-промышленные испытания показали более производительный процесс хромирования цилиндров глубинных штанговых насосов при заданных режимах, так как показатели процесса и качества покрытия в значительно большей степени зависят от плотности тока и температуры электролиза. А также, что физико-механические и эксплуатационные свойства получаемых покрытий выше по сравнению с концентрированным электролитом.
Уменьшение концентрации компонентов серной кислоты ниже 4 г/л и хромового ангидрида в электролите ниже 80 г/л ведет к снижению стабильности электролита хромирования и ухудшению качества покрытий. Увеличение же концентрации выше 6 г/л серной кислоты и 130 г/л хромового ангидрида ведет к уменьшению выхода хрома по току и рассеивающей способности. И как следствие требуемые физико-механические свойства не достигаются. Микротвердость измерена согласно ГОСТ 9.308-88 при толщине покрытия 100 мкм (хонингованная поверхность) и 150 мкм (после хромирования), полученных при плотности тока 60-80 А/дм2. Пористость измерена согласно ГОСТ 9.304-86 при толщине покрытия 100 и 150 мкм.
Как видно из таблицы 2, покрытие, получаемое из предлагаемого электролита и при данных режимах способа, обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом: микротвердость в пределах 950-1150 HV (у прототипа 930 HV), пористость хромового покрытия в пределах 0,05-0,1 пор/см даже при толщинах покрытия больше 150 мкм (у прототипа 1,2-2,5 пор/см), тип хромового покрытия - коррозионностойкое и износостойкое (у прототипа - износостойкое).
В ходе патентных исследований не были обнаружены хромовые электролиты, совпадающие по количественным параметрам компонентов в его составе с предлагаемым электролитом хромирования.
Таким образом, хромовые покрытия, полученные с использованием предлагаемого электролита и способа хромирования, обладают, во-первых, повышенной кроющей и рассеивающей способностью, выходом хрома по току до 25%, низкой степенью наводораживания поверхности (уменьшена в 2 раза и более). Во-вторых, покрытия характеризуются высокой твердостью до 20% и уменьшенной пористостью в 50 раз и более широким интервалом блестящих твердых осадков, что соответствует более коррозионностойкому и износостойкому покрытию. Следовательно, предложенное техническое решение позволяет успешно решить задачу увеличения срока службы цилиндров глубинных штанговых насосов.
| Таблица 1 | |||||
| Состав электролита и режимы электролиза | |||||
| №№ п/п | Концентрация компонентов, г/л | Температура электролита, °C | Плотность тока, А/дм2 | Скорость протока электролита, см/сек | |
| Хромовый ангидрид | Серная кислота | ||||
| 1 | 100 | 4,5 | 63 | 70 | 200 |
| 2 | 80 | 5 | 60 | 60 | 150 |
| 3 | 130 | 4 | 65 | 60 | 120 |
| 4 (прототип) | 220 | 4 | 52 | 55 | ПО |
| Таблица 2 | ||||
| Свойства хромовых покрытий, получаемые предлагаемым электролитом и прототипом | ||||
| №№ п/п | Микротвердость, HV | Пористость (до хонингования), пор/см2 | Пористость (после хонингования), пор/см2 | Тип хромового покрытия |
| 1 | 1150 | 0,05 | 0,1 | блестящие |
| 2 | 950 | 0,05 | 0,05 | блестящие |
| 3 | 1000 | 0,05 | 0,1 | блестящие |
| 4 (прототип) | 930 | 1,2 | 2,5 | матовые |
Способ нанесения хромового покрытия на внутреннюю поверхность цилиндрических изделий, включающий нанесение хромового покрытия при температуре хромсодержащего электролита 60-65°C с принудительной подачей электролита в пространство между поверхностями обрабатываемого изделия и анодом, установленным коаксиально изделия, отличающийся тем, что нанесение покрытия осуществляют при возвратно-поступательном перемещении анода и вращении обрабатываемого изделия со скоростью протока электролита 120-200 см/сек при плотности тока 60-80 А/дм2, причем электролит содержит 80-130 г/л хромового ангидрида и 4-6 г/л серной кислоты.
