Электролит-суспензия для получения износостойких покрытий на основе железа

Изобретение относится к области порошковой гальванотехники, а именно: к материалам для получения композиционных гальванических покрытий, и может быть использовано для создания износостойких покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства. Электролит-суспензия для получения износостойких покрытий на основе железа содержит нанодисперсный порошок оксида алюминия в виде частиц сферической формы размером 0,03 мкм и менее с концентрацией 0,5-50 г/л, который получен путем плазменной переконденсации крупнодисперсного порошка оксида алюминия. Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств предлагаемых покрытий, а именно: износостойкости и микротвердости, и седиментационной устойчивости электролита. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области порошковой гальванотехники, а именно к материалам для получения композиционных гальванических покрытий, и может быть использовано для создания износостойких покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства.

Известен электролит железнения для получения покрытий на детали машин, состоящий из двухлористого четырехводного железа(FeCl2⋅4Н2O), дистиллированной воды (Н2O) и соляной кислоты (НСl) (Мелков М.П. Электролитическое наращивание деталей машин твердым железом. Саратов: Приволжское книжное издательство, 1964. - С. 23).

Недостатком электролита для получения покрытий на детали машин является низкая микротвердость и износостойкость.

Также существует электролит-суспензия на основе железа для получения износостойких покрытий на детали машин, включающий порошок карбида вольфрама с размерами частиц 1-10 мкм (Бородин И.Н. Порошковая гальванотехника. - М.: Машиностроение, 1990. - С. 45, 193).

Недостатком применения известного электролита-суспензии является необходимость в постоянном направленном перемещении частиц дисперсной фазы к катоду, а также невысокие микротвердость и износостойкость.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электролит-суспензия на основе железа для получения износостойких покрытий на детали машин, включающий порошок карбида вольфрама с размерами частиц 0,1 мкм и менее (Патент РФ №2424382, МПК С25D 15/00, опубл. 20.07.2011 г., бюл. №20).

Недостатком применения известного электролита-суспензии являются относительно невысокие физико-механические свойства предлагаемых покрытий, такие как износостойкость и микротвердость, а также недостаточно высокая седиментационная устойчивость электролита-суспензии, что вызывает необходимость поддержания частиц во взвешенном состоянии.

Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств предлагаемых покрытий, а именно: износостойкости и микротвердости, и седиментационной устойчивости электролита.

Технический результат достигается применением электролита-суспензии для получения износостойких покрытий на основе железа, характеризующегося тем, что он содержит нанодисперсный порошок оксида алюминия в виде частиц сферической формы размером 0,03 мкм и менее с концентрацией 0,5-50 г/л, который получен путем плазменной переконденсации крупнодисперсного порошка оксида алюминия.

В результате применения предлагаемых наночастиц седиментационная устойчивость заявляемого электролита-суспензии значительно повышается до 0,0075 мм/ч.

Электролит-суспензия на основе железа с добавлением нанодисперсных частиц оксида алюминия получается с применением следующего состава:

Двухлористое четырехводное железо (FeCl2⋅4H2O) - 50…500 г/л;

Соляная кислота (HCl) - 0,1…10 г/л

Оксид алюминия (Al2O3) - 0,5…50 г/л

Дистиллированная вода (H2O) - остальное

Для получения нанодисперсного порошка (НДП) оксида алюминия был выбран метод плазменной переконденсации, основанный на испарении крупнодисперсного порошка (сырья) в плазменном потоке с температурой 4500-6000°С и конденсации пара до частиц требуемого размера.

На фигуре показана установка для получения нанодисперсного порошка.

Синтез нанодисперсных порошков осуществляется следующим образом: дисперсное сырье из дозатора 4 пневмотранспортным газом поступает в плазменный испаритель 5, в котором происходит испарение сырья и конденсация НДП. Аэрозоль с НДП охлаждается в холодильнике 6 и поступает через циклон 7 в бункер 8, где улавливается часть НДП. Окончательное отделение НДП от технологического газа происходит при помощи фильтра 9. Устранение пирофорности порошка производится в реакторе 10. Жидкий углеводород подается из емкости 12 через дозатор 11 и покрывает НДП. Процесс происходит в среде нейтрального газа - аргона, циркулирующего с помощью компрессора 1 через ресивер 2. Распределение технологического газа по схеме осуществляется при помощи газовой рампы 3.

Полученные нанодисперсные частицы характеризуются следующими параметрами: размер частиц находится в пределах 0,01-0,03 мкм, удельная поверхность - 100-150 м2/г, и имеют сферическую форму.

Получение покрытия из электролита-суспензии на основе железа с наночастицами оксида алюминия размером 0,03 мкм и менее осуществляется следующим образом.

Для разагрегатирования частиц и повышения седиментационной устойчивости, электролит-суспензию обрабатывают следующим образом: перед введением частиц дисперсной фазы в электролит, осуществляется приготовление концентрированной суспензии. Рецептурное количество нанодисперсных частиц оксида алюминия предварительно заливается электролитом и путем растирания, в течение 30 мин, доводится до пастообразного состояния, затем при добавлении электролита получают концентрированную суспензию. После этого полученную суспензию обрабатывают ультразвуком с помощью ультразвукового генератора, типа УЗГ-2М, с частотой 22 кГц, в течение 10-20 мин. Затем полученную таким образом концентрированную суспензию вливают в ванну железнения при интенсивном перемешивании.

Далее производят нанесение покрытия с режимами классического твердого железнения (Мелков М.П. Электролитическое наращивание деталей машин твердым железом. Саратов: Приволжское книжное издательство, 1964. - С. 23-25).

Размер применяемых наночастиц оксида алюминия, а также предложенная технология приготовления электролита-суспензии позволяют получать седиментационно устойчивый электролит, который не требует перемешивания для поддержания наночастиц во взвешенном состоянии.

Увеличение микротвердости и износостойкости покрытия происходит за счет внедрения нанодисперсных частиц оксида алюминия в покрытие, происходит искажение кристаллической решетки металла. Наибольшую твердость имеют покрытия с явно выраженными дефектами кристаллической решетки. Использование частиц размером 0,03 мкм и менее способствует равномерному их распределению в покрытии, что приводит к образованию более плотной структуры покрытия, увеличивая микротвердость и износостойкость. Также нанодисперсные частицы, находящиеся в электролите, во взвешенном состоянии, непрерывно ударяют о поверхность катода (покрываемого образца), что способствует его упрочнению. В этот же момент происходит потеря частиц кинетической энергии, приводящая к эффекту наклепа.

Микротвердость покрытий измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 100 г согласно ГОСТ 9450-76. Образцы изготавливали в количестве 24 шт. из стали марки 45. На испытуемые образцы наносили покрытия в течение 30 мин. Микротвердость каждого образца измеряли пять раз, и за истинное значение микротвердости образца принимали среднее значение пяти измерений.

Износостойкость покрытий определяли согласно ГОСТ 23.224-86 «Обеспечение износостойкости деталей. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей» на машине трения МИ-1 в условиях трения скольжения со смазкой, по схеме: вращающийся ролик (контртело), неподвижная колодка с покрытием. Колодки изготавливали из серого чугуна СЧ 20 длиной по окружности - 20 мм, шириной - 10 мм. Ролик изготавливали из среднеуглеродистой стали 40 диаметром 50 мм и шириной 12 мм. Покрытия получали толщиной 0,3-0,5 мм. Продолжительность каждого опыта - 8 ч, частота вращения вала машины трения - 300 мин-1, нагрузка на колодку - 650 Н. Перед проведением испытаний образцы пар трения прирабатывали в течение 4 часов при режимах основного испытания. Смазка образцов в процессе испытаний обеспечивалась погружением ролика на 1/3 в масляную ванну. Испытания проводили на масле И-20 (ГОСТ 20799-88). Износ образцов определяли методом взвешивания на аналитических весах марки ВЛА - 200М с точностью измерения 1⋅10-4 г.

Технический результат: электролит-суспензия на основе железа с добавлением нанодисперсного порошка оксида алюминия способствует увеличению микротвердости и износостойкости покрытий деталей машин.

Результаты исследований представлены в таблице.

Электролит-суспензия для получения износостойких покрытий на основе железа, характеризующийся тем, что он содержит нанодисперсный порошок оксида алюминия в виде частиц сферической формы размером 0,03 мкм и менее с концентрацией 0,5-50 г/л, который получен путем плазменной переконденсации крупнодисперсного порошка оксида алюминия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальванотехники и нанотехнологии. Электролит содержит серную кислоту, композицию «ЭКОМЕТ-А200» и порошок углеродного наноматериала «Таунит», введенный с помощью ультразвукового диспергатора, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л: серная кислота 180-220, композиция «ЭКОМЕТ-А200» 26-28, углеродный наноматериал «Таунит» от 0,005 до менее 0,03.

Изобретение относится к области нанесения гальванических покрытий на изделия из чугуна и стали. Способ включает последовательное осаждение слоев покрытия из электролита при прямой полярности тока, при этом деталь прогревают и подвергают катодной обработке при плотности катодного тока 100-150 А/дм2 и температуре 70-75°C в той же ванне при непрерывной циркуляции электролита, по окончании катодной обработки плотность тока снижают до 32 А/дм2 и продолжают хромирование до достижения толщины покрытия 8-10 мкм, далее без подачи тока проводят охлаждение электролита до температуры 45-50 °C посредством теплообменника с протоком холодной воды, а по достижении заданной температуры на деталь подают минимальный катодный ток с постепенным подъемом плотности до 45-50 А/дм2  и проводят хромирование до получения требуемой толщины покрытия.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной, электротехнической и других отраслях промышленности. Способ включает электрохимическое осаждение из дицианаргентатнороданистого электролита, содержащего ионы серебра и модифицированный наноуглерод-алмазный материал детонационного синтеза, г/л: K[Ag(CN)2] (в расчете на Ag) - 20-35; К2СО3 - 40-50; KCNS - 150-200; модифицированный 5-30%-ной азотной кислотой наноуглерод-алмазный материал - 0,2-2,0, при температуре 18-25°С и плотности тока 0,5-2,0 А/дм2.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной, электротехнической, ювелирной и других отраслях промышленности. Способ включает электрохимическое осаждение из дицианаргентатного электролита, содержащего ионы серебра и модифицированные (т.е.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения на детали, работающие под нагрузкой в агрессивных средах, для повышения надежности работы изделий.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности для повышения износостойкости режущего инструмента деталей, машин и механизмов.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электролитическим способам нанесения композиционных хромовых покрытий на металлические изделия, и может быть использовано в металлургии и машиностроении для получения коррозионно-стойких твердых хромовых покрытий.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для ремонта лопаток соплового аппарата газовой турбины. Согласно изобретению обеспечивают лопатку (120, 130), образующую катод и имеющую покрываемую поверхность, ограничивающую критическую зону (21), анод (19), электролитическую ванну, содержащую нерастворимые частицы, и опору (12), на которой устанавливают упомянутую лопатку в рабочем положении относительно опорной стенки (14), помещают опору (12) в упомянутую ванну и осуществляют соосаждение частиц и металла анода (19), образуя покрытие (20) на покрываемой поверхности, при этом образом упомянутый анод (19) размещен обращенным к критической зоне (21), а упомянутая опора (12) снабжена средством контроля линий тока таким образом, чтобы получить покрытие (20) с толщиной, заданной и относительно постоянной для критической зоны (21) и постепенно уменьшающейся до практически нулевого значения вдоль краев упомянутого покрытия (20).

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности в машиностроении, производстве монет, столовых приборов, дорожных ограждений и других изделий, подверженных истиранию, коррозии и эрозии.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания композиционных электрохимических покрытий различного назначения. Способ получения композиционного покрытия включает осаждение металлического покрытия из водного электролита-суспензии с ультрадисперсными частицами алмаза.
Наверх