Способ получения многослойного антикоррозионного покрытия на стальных деталях

Способ получения многослойного антикоррозионного покрытия на стальных деталях

Реферат

Изобретение относится к области технологий получения антикоррозионного гальванического покрытия и может быть использовано при получении стойких многослойных покрытий на поверхности стальных деталей в составе химических источников тока.

Известно множество способов получения многослойных антикоррозионных покрытий на стальных поверхностях для эффективной защиты от атмосферной коррозии ("Гальванические покрытия в машиностроении", т.1, М., "Машиностроение", 1985, с.112). Однако при использовании изделий с такими покрытиями в составе твердотельных химических источников тока (ХИТ) на основе расплава карбонатных соединений продолжительная работа их не может быть обеспечена в связи с низкими показателями коррозионной стойкости в такой среде.

Известен способ получения многослойного медно-никелевого покрытия при изготовлении печатных плат (патент РФ №2114522, МПК Н05К 3/00, публ. 27.03.1998 г., БИ №9/98), включающий последовательное нанесение гальваническим методом сначала слоя меди, затем никельсодержащего слоя на токопроводящие участки поверхности плат.

К недостаткам известного способа относится отсутствие возможности обеспечения высокоэффективного защитного покрытия, работоспособного при длительной эксплуатации в среде расплава карбонатных соединений в составе химических источников тока.

Известен в качестве наиболее близкого по технической сущности к заявляемому способу получения многослойного антикоррозионного покрытия на стальных деталях, включающий предварительную подготовку поверхности путем травления и обезжиривания, последующее гальваническое нанесение слоев покрытий при последовательном перемещении покрываемых изделий в ванны с соответствующими электролитами (патент РФ №2066715, МПК С25D 5/50, публ. 20.09.1996 г., БИ №26/96 г.).

К недостаткам прототипа относится отсутствие возможности обеспечения высокоэффективного защитного покрытия, работоспособного при длительной эксплуатации в среде расплава карбонатных соединений в составе химических источников тока.

Задачей авторов изобретения является разработка способа получения многослойного гальванического покрытия с высокими показателями коррозионной стойкости в среде расплава карбонатных соединений в составе твердотельных ХИТ.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в повышении эффективности "барьерного слоя" при долговременной эксплуатации изделий в условиях воздействия агрессивных факторов среды расплава карбонатных соединений в составе ХИТ за счет улучшения качества защитного покрытия и его электрических показателей.

Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в известном способе получения многослойного антикоррозионного покрытия на стальных деталях, включающем предварительную подготовку поверхности путем травления и обезжиривания, последующее гальваническое нанесение слоев покрытий при последовательном перемещении покрываемых изделий в ванны с соответствующими электролитами, в соответствии с предлагаемым способом на этапе подготовки поверхности и перед каждым циклом очередного нанесения гальванического покрытия дополнительно проводят анодно-катодную обработку при плотности тока в пределах 3-5 А/дм² в водном растворе Н₂SO₄ для последовательных операций получения сначала первого слоя никеля, для чего используют электролит следующего состава, г/л:

NiSO4×7H2О	140-250
Na2SO4×10H2O	50-100
MgSO4×7H2O	10-20
Н3ВО3	25-35
NaCl	10-20

при плотности тока D=2 А/дм² и температуре t=25°С,

затем второго слоя меди в электролите меднения следующего состава, г/л:

CuSO4	250-300
H2SO4	50-75
С2Н5OH	5-10

при плотности тока D=1-2 А/дм², при температуре t=25°С,

и окончательно третьего слоя никеля в электролите следующего состава, г/л:

NiSO4×7Н2O	140-250
Na2SO4×10H2O	50-100
MgSO4×7H2O	10-20
Н3ВО3	25-35
NaCl	10-20

при плотности тока D=2 А/дм², при температуре t=25°С, с последующей сушкой изделий при температуре 80-100°С.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

Первоначально готовят стальные детали путем обезжиривания и травления их поверхностей в емкости с водным раствором H₂SO₄ (˜20%). В этом растворе проводят анодно-катодную обработку при плотности тока в пределах 3-5 А/дм², что позволяет значительно повысить чистоту обработки и активировать поверхность изделий перед нанесением многослойного покрытия. Условия подготовительной обработки были определены исходя из экспериментальных исследований и последующих измерений показателей покрытия (см. таблицу 1).

Затем стальные детали перемещают на этап нанесения первого слоя покрытия в течение расчетного времени в первом электролите состава, г/л:

NiSO4×7H2O	140-250
Na2SO4×10H2O	50-100
MgSO4×7H2O	10-20
Н3ВО3	25-35
NaCl	10-20

при плотности тока D=2 А/дм², t=25°С.

Состав электролита и условия его нанесения выбраны в ходе экспериментальных исследований по поиску оптимального состава и обеспечивает наиболее плотное и качественное покрытие, прочно сцепленное со стальной подложкой.

Перед нанесением второго слоя меди поверхность изделий повторно выдерживают в условиях анодно-катодной обработки в растворе указанного выше состава.

Далее осуществляют нанесение второго слоя меди в электролите состава, г/л:

CuSO4	250-300
H2SO4	50-75
С2Н5OH	5-10

при плотности тока D=1-2 А/дм², t=25°С.

Проводят анодно-катодную обработку, затем изделия направляют на этап получения третьего слоя никелевого покрытия в электролите сернокислого никелирования состава, г/л:

NiSO4×7Н2О	140-250
Na2SO4×10H2O	50-100
MgSO4×7H2O	10-20
Н3ВО3	25-35
NaCl	10-20

при плотности тока D=2 А/дм², t=25°С, с последующей сушкой изделий при температуре 80-100°С.

Как показали эксперименты, именно такое чередование слоев покрытия никель-медь-никель с созданием градиента толщин соответственно 10:30:60 мкм обеспечивает получение высокоэффективного "барьерного слоя", позволяющего значительно повысить коррозионную стойкость покрытия в среде расплава карбонатных соединений, присутствующих в составе твердотельных ХИТ.

Как это представляется возможным допустить с точки зрения концепции "барьерного слоя" для раскрытия механизма повышения коррозионной стойкости многослойного покрытия, электрический потенциал при переходе от слоя к слою в таком комплексном покрытии с расчетным градиентом толщин имеет тенденцию к выравниванию от системы первый слой/второй слой (никель/медь) к системе второй слой/третий слой (медь/никель), за счет чего напряжение всей системы сравнительно невысоко, и поэтому в агрессивной среде расплава карбонатного электролита такая система ведет себя более стабильно и в течение значительно более продолжительного промежутка времени.

Таким образом, при использовании всех операций, растворов, условий предлагаемого способа обеспечивается повышение эффективности "барьерного слоя" при долговременной эксплуатации изделий в условиях воздействия агрессивных факторов среды расплава карбонатных соединений в составе ХИТ за счет улучшения качества защитного покрытия и его электрических показателей по сравнению с прототипом.

Возможность промышленного применения предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ опробован предлагаемый способ с использованием гальванической линии, состоящей из нескольких емкостей с различными растворами как для предварительной обработки, так и для нанесения многослойного покрытия.

В качестве покрываемых изделий использовались образцы из стали марки 12Х18Н10Т (ГОСТ 7350-77). Образцы монтировались на подвеске в расчетном количестве и перемещались на этап подготовки поверхности перед нанесением гальванического многослойного покрытия.

Предварительно стальные детали обрабатывали путем обезжиривания и травления их поверхностей в емкости с водным раствором H₂SO₄ (˜20%). В этом растворе проводили анодную и катодную обработку изделий при плотности тока в пределах 3-5 А/дм².

Затем стальные детали перемещают на этап нанесения первого слоя покрытия в течение 30 минут в первом электролите состава, г/л:

NiSO4×7H2O	200
Na2SO4×10H2O	80
MgSO4×7H2O	15
Н3ВО3	25
NaCl	15

Перед нанесением второго слоя покрытия изделия подвергают повторной анодно-катодной обработке в условиях, аналогичных приведенным выше.

Далее осуществляют нанесение второго слоя меди в электролите состава, г/л:

CuSO4	250
H2SO4	50
С2Н5OH	10

при плотности тока D=1-2 А/дм², t=25°С.

Поводят катодно-анодную обработку, после чего изделия направляют на этап получения третьего слоя никелевого покрытия в электролите сернокислого никелирования состава, г/л:

NiSO4×7H2O	140-250
Na2SO4×10H2О	50-100
MgSO4×7H2О	10-20
Н3ВО3	25-35
NaCl	10-20

при плотности тока D=2 А/дм², t=25°С, с последующей сушкой изделий при температуре 80-100°С.

В условиях примера 1 реализованы примеры 2, 3 с вариантами содержаний компонентов электролитов, данные по примерам сведены в таблицу 1.

Полученные изделия работоспособны в среде расплава карбонатных соединений в составе ХИТ.

Как показали примеры, при реализации предлагаемого способа достигнуто повышение эффективности "барьерного слоя" при долговременной эксплуатации изделий в условиях воздействия агрессивных факторов среды расплава карбонатных соединений в составе ХИТ за счет улучшения качества защитного покрытия и его электрических показателей по сравнению с прототипом.

Таблица 1.
Примеры	Составы электролита, г/л	Толщина слоя, мкм	Адгезия (испытания на отрыв при циклическом изгибе), кол-во циклов	Качество покрытия. Показатели коррозионной стойкости в среде расплава карбонатных соединений в составе ХИТ
Предлагаемый способ
Пример 1	NiSO4×7H2O - 200, Na2SO4×10H2O			Выдерживают
Первый электролит	- 80; MgSO4×7Н2О - 15; Н3ВО3 - 30; NaCl - 15;	10:30:60	15	испытания в среде более 2-х месяцев
Второй электролит	CuSO4 - 250; H2SO4 - 50; C2H5OH - 10;
Третий электролит	(в тексте)
Пример 2	NiSO4×7H2O - 140, Na2SO4×10H2O			Выдерживают
Первый электролит	- 50; MgSO4×7Н2O - 10; Н3ВО3 - 35; NaCl - 25;	8:35:55	20	испытания в среде более 2-х месяцев
Второй электролит	CuSO4 - 250; H2SO4 - 50; C2H5OH - 5;
Третий электролит	(в тексте)
Пример 3	NiSO4×7Н2О - 250, Na2SO4×10 Н2O			Выдерживают
Первый электролит	- 100; MgSO4×7Н2O - 20; Н3ВО3 - 35; NaCl - 20;	20:50:30	15	испытания в среде более 2-х месяцев
Второй электролит	CuSO4 - 300; H2SO4 - 75; C2H5OH - 10;
Третий электролит	(в тексте)
Прототип	Стандартные электролиты для		-	Не предназначен
Первый электролит	никелевого и медного покрытий			для эксплуатации в
Второй электролит				данной среде

Способ получения многослойного антикоррозионного покрытия на стальных деталях, включающий предварительную подготовку поверхности путем травления и обезжиривания, последующее гальваническое нанесение слоев покрытий при последовательном перемещении покрываемых изделий в ванны с соответствующими электролитами, отличающийся тем, что на этапе подготовки поверхности и перед каждым циклом очередного нанесения гальванического покрытия дополнительно проводят анодно-катодную обработку при плотности тока в пределах 3-5 А/дм² в водном растворе H₂SO₄ для последовательных операций получения сначала первого слоя никеля, для чего используют электролит следующего состава, г/л:

NiSO4×7H2O	140-250
Na2SO4×10H2O	50-100
MgSO4×7H2O	10-20
H3BO3	25-35
NaCl	10-20,

при плотности тока D=2 А/дм², t=25°C,

затем второго слоя меди в электролите меднения следующего состава, г/л:

CuSO4	250-300
H2SO4	50-75
C2H5OH	5-10,

при плотности тока D=1-2 А/дм², t=25°C,

и окончательно третьего слоя никеля в электролите следующего состава, г/л:

NiSO4×7H2O	140-250
Na2SO4×10H2O	50-100
MgSO4×7H2O	10-20
H3BO3	25-35
NaCl	10-20,

при плотности тока D=2 А/дм², t=25°C с последующей сушкой изделий при температуре 80-100°С.