Способ получения композиционного антифрикционного покрытия на изделии из стали

Способ получения композиционного антифрикционного покрытия на изделии из стали

Реферат

Изобретение относится к химической промышленности и может найти применение при защите поверхностей от коррозии методом химического осаждения.

Известен способ химического осаждения покрытия на изделия, заключающийся в обезжиривании, промывке изделий в горячей (70-80°С), а затем в холодной проточной воде, декапировании в соляной кислоте с концентрацией 50-100 г/л при 18-25°С в течение 30-60 сек, повторной промывке в холодной воде в течение 1 мин, погрузке изделий в ванну химического никелирования следующего состава, г/л: никель хлористый 21, натрий уксусно-кислый 10, гипофосфит натрия 25, тиомочевина 0,002 (температура раствора 90°С, рН 4,8-5,2, скорость осаждения покрытия 15 мкм/ч, время никелирования 2 ч), промывке проточной водой, сушке при 70-80°С, нанесении алюмохромфосфатной связки и термообработке в печи при температуре 415°С в течение 25 мин (Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук Трофимова Г.Е. «Разработка и исследование модифицированного никель-фосфорного покрытия для узлов трения, работающих в коррозионно-абразивной среде», Новочеркасск, 1983 г., с 72).

Однако недостатки известного способа заключаются в том, что получаемое покрытие обладает относительно высоким коэффициентом трения и недостаточной коррозионной стойкостью.

Перед авторами стояла задача снижения коэффициента трения, а также улучшения коррозионных свойств покрытия.

Эта задача решена тем, что в способе получения антифрикционного композиционного покрытия, заключающемся в подготовке поверхности, химическом осаждении покрытия из раствора, состоящего из хлористого никеля, уксусно-кислого натрия, гипофосфита натрия, тиомочевины, нанесении алюмохромфосфатного связующего и в термообработке, в раствор для химического осаждения покрытия дополнительно введен дисульфид молибдена в количестве 5-6 г/л, причем его вводят в раствор через 2-3 мин после начала химического осаждения покрытия, время осаждения составляет 2 ч. После чего изделия промывают в проточной воде. Далее проводят термообработку изделий при температуре 200-210°С в течение 10-15 мин, обрабатывают изделия алюмохромфосфатным связующим и проводят последующую термообработку при 400-410°С в течение 40-45 мин.

Алюмохромфосфатное связующее представляет собой бесцветную, либо слабо-желтую жидкость, имеющую в своем составе кислые фосфатные соли алюминия и свободную фосфорную кислоту. Химическая формула: CrAl₃(H₂PO₄). Алюмохромфосфатное связующее (АХФС) отличается высокой огнеупорностью, химической и термической стойкостью, металло- и шлакоустойчивостью (ТУ 2149001-58242765-2008). Алюмохромфосфатное связующее можно наносить окунанием изделий в раствор кистью или тампоном на охлажденную поверхность.

Сущность изобретения состоит в том, что введение в состав раствора дисульфида/молибдена в количестве 5-6 г/л способствует повышению коррозионной стойкости и снижению коэффициента трения (исследования испытаний для определения коррозионной стойкости проводились согласно ГОСТ 9.012-73 методом потери веса с использованием соляной кислоты, а для определения коэффициента трения была использована торцевая машина трения, при этом испытания проводились в интервале температур 20-150°С, скоростях скольжения 0,01-0,024 м/с, удельных нагрузках 20-40 МПа), а его введение в состав раствора через 2-3 мин после начала процесса осаждения не препятствует началу химического осаждения покрытия и способствует снижению коэффициента трения и повышению коррозионной стойкости. Проведение термообработки в два этапа позволяет получить покрытие с довольно низкой пористостью.

Способ осуществляют следующим образом.

Изделия марки Сталь 45 обезжиривают венской известью, производят травление в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°С в течение 30-60 сек и промывают проточной водой.

На следующей стадии изделия погружают в раствор, содержащий следующие компоненты, г/л: никель хлористый 20-22, натрий уксусно-кислый 10-15, гипофосфит натрия 21-25, тиомочевина 0,002. Через 2-3 мин после начала химического осаждения покрытия вводят 5-6 г/л дисульфида молибдена. Рабочая температура раствора 90-92°С, рН 4,8-5,3, скорость осаждения 13-17 мкм/ч.

После химического осаждения покрытия изделия промывают в холодной воде в течение 1 мин, затем проводят термическую обработку в муфельной печи при температуре 200-210°С в течение 10-15 мин, после чего изделия обрабатывают алюмохромфосфатным связующим для создания поверхностного слоя Ni-P покрытия и коррозионной стойкости, а также для предотвращения окисления и увеличения микротвердости при окончательной термообработке.

Заключительным этапом является окончательная термообработка изделий в печи при температуре 400-410°С в течение 40-45 мин.

Пример осуществления способа

Для получения рабочего раствора берут 21 г хлористого никеля, 10 г уксусно-кислого натрия, 25 г гипофосфита натрия, порошок тиомочевины 0,002 г. Вода используется исключительно дистиллированная. Обрабатываемые изделия, предварительно обезжиренные венской известью, травят в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°С в течение 30-60 сек, промывают водой и помещают в сосуд с рабочим раствором. Через 2-3 мин в раствор, помешивая, добавляют 5-6 г дисульфида молибдена. Время осаждения составляет 2 часа. Изделия промывают холодной проточной водой, проводят термическую обработку изделий при температуре 200-210°С в течение 10-15 мин. Затем изделия погружают в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдерживают в течение 1 мин. Далее проводят заключительную термообработку при 400-410°С в течение 40-45 мин. В таблице показаны результаты испытаний полученных покрытий и их сравнение с прототипом.

Таблица
Результаты испытаний
	Коэффициент трения	Коррозионная стойкость	Состав раствора
Потери в весе при 500 г pH - 1, г	Визуальный осмотр	Вещество	Количество, г/л
Получен-ные покрытия	0,09	0,15	Без видимых изменений	Никель хлористый	20-22
Натрий уксусно-кислый	10-15
Гипофосфит натрия	21-25
Тиомочевина	0,002
Дисульфид молибдена	5-6
Прототип	0,15	0,38	Появился 1 питтинг	Никель хлористый	21
Натрий уксусно-кислый	10
Гипофосфит натрия	25
Тиомочевина	0,002

Как видно из вышесказанного, предлагаемый способ позволяет значительно снизить коэффициент трения и увеличить коррозионную стойкость покрытия.

Предлагаемый способ был опробован на опытном производстве ФГУП ОКТБ «Орион» и рекомендован для внедрения в производство.

На основании вышеизложенного с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый способ отвечает критериям новизны, изобретательскому уровню и промышленной применимости и может быть защищен патентом Российской Федерации.

Способ получения композиционного антифрикционного покрытия на изделии из стали, включающий подготовку поверхности, химическое осаждение покрытия из раствора, содержащего никель хлористый, натрий уксусно-кислый, натрия гипофосфит, тиомочевину, промывку изделия в проточной воде, нанесение алюмохромфосфатного связующего и термообработку, отличающийся тем, что химическое осаждение покрытия проводят в растворе, содержащем компоненты в следующем соотношении, г/л: никель хлористый 20-22, натрий уксусно-кислый 10-15, натрия гипофосфит 21-25, тиомочевина 0,002, при этом через 2-3 мин после начала химического осаждения покрытия в раствор дополнительно вводят 5-6 г/л дисульфида молибдена, после химического осаждения покрытия проводят термообработку изделия при 200-210°С в течение 10-15 мин, после чего изделие обрабатывают алюмохромфосфатным связующим и проводят последующую термообработку изделия при 400-410°С в течение 40-45 мин.