Электролитический способ нанесения покрытий

Электролитический способ нанесения покрытий

Реферат

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу нанесения электролитических покрытий с включенными в них частицами, и может быть использовано при разработке и изготовлении износостойких покрытий.

Известен способ [Справочник по конструкционным материалам. / Под ред. Б.Н.Арзамасова; Т.В.Соловьевой. - М: Изд-во МГТУ, 2005, с.160-162] получения электролитических покрытий, заключающийся в введении в состав покрытий порошков карбидов, боридов, оксидов, алмаза, корунда и т.п., что позволяет существенно повысить износостойкость покрытий.

Известен электролитический способ [патент РФ 2224055 C1, кл. C25D 11/02, 20.02.2004] нанесения анодных покрытий, заключающийся в обработке поверхности изделия в струе электролита, создании от внешнего источника тока разности потенциалов 100-1000 B между участком обрабатываемой поверхности изделия, являющимся анодом и вторым электродом противоположного знака с инициированием микроискровых и микроплазменных разрядов, введении в электролит 3-20 вес.% мелкодисперсного порошка карбида, нитрида, окисла металлов или металлоидов, не растворимых в электролите, при этом в струю электролита дополнительно вводят мелкодисперсный порошок титана, и/или углерода, и/или гидрида титана и/или углеводородных соединений в качестве добавки с экзотермическим эффектом окисления, с дисперсностью смеси порошков 1-5 мкм, но не более половины толщины слоя наносимого покрытия, при этом порошки вводят в струю электролита одновременно при равном их соотношении, а сумма обоих порошков в электролите составляет 3-20 вес.%.

Такие способы требуют проведения дополнительных испытаний по определению оптимального количества упрочняющих добавок в электролитических покрытиях для обеспечения их лучшей износостойкости.

Известен способ [патент РФ 95102405 A1, кл. C25D 11/02, 20.11.1996] электролитического микродугового нанесения покрытия на изделия из углеродистой стали, заключающийся в нанесении на изделие из углеродистой стали композиции (алюмопудра ПАП-1 или ПАП-2 25-35 мас.%, Al₂O₃ (порошок) 25-35 мас.%, [CrAl₃(H₃PO₄)_8,8-9,6] до 100 мас.%), предварительно разведенной в воде в соотношении 3:1, и последующей электролитической микродуговой обработке в щелочном электролите при плотности тока 5-25 А/дм².

Недостатком известного способа является широкий интервал определения оптимального количества входящих компонентов для обеспечения максимальной прочности и износостойкости покрытия, что требует проведения дополнительных испытаний.

Наиболее близким к предлагаемому является электролитический способ [патент РФ 2109855 C1, кл. C25D 15/00, C25D 5/20, 27.04.1998] получения композиционных покрытий, заключающийся в проведении процесса осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и нерастворимые частицы во взвешенном состоянии при наложении на ванну ультразвуковых колебаний, направленных параллельно и перпендикулярно катодной поверхности.

Недостатком известного способа является проведение дополнительных испытаний по определению оптимального количества упрочняющих добавок (мелкодисперсного порошка карбида, нитрида, окисла металлов или металлоидов), обеспечивающих максимальную износостойкость покрытий.

Задача изобретения - повышение износостойкости электролитических покрытий за счет оптимизации количества упрочняющих добавок, а также сокращение трудоемкости получения покрытий за счет снижения количества испытаний.

Задача решается тем, что в способе нанесения электролитических покрытий с включенными в них частицами, по которому проводят процесс осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и упрочняющие добавки во взвешенном состоянии, согласно изобретению количество упрочняющих добавок определяют по уравнению:

где z - количество твердых включений в покрытии, %,

f₁ - коэффициент трения покрытия без включений,

f₂ - коэффициент трения покрытия с включениями,

λ₁ - теплопроводность покрытия без включений,

λ₂ - теплопроводность покрытия с включениями.

В качестве упрочняющих добавок используют порошки карбидов, боридов, оксидов, алмаза, корунда и т.п.

В результате использования предлагаемого способа обеспечивается максимальная износостойкость электролитических покрытий с упрочняющими добавками, сокращение числа исследований при разработке и изготовлении покрытий.

Пример конкретной реализации способа

Для получения износостойких никель-фосфорных покрытий с добавками карбидов кремния проводят электролитическое осаждение покрытий на вертикальных электродах с магнитным перемешиванием электролита. Состав электролита и параметры электролитического осаждения представлены в таблице 1.

Таблица 1
Состав электролита и параметры процесса
Состав электролита	Параметры электролитического осаждения
NiSO4 6H2O 300 г/л,	pH 3,8
NiCl2 6H2O 45 г/л,	температура 50°C
Н3ВО3 40 г/л,	плотность тока 2 А/дм2
Н3РО3 20 г/л,	время 75 мин
суспензия карбидов кремния 0,80 и 200 г/л	Анод-никель

Коэффициенты трения покрытий, коэффициенты теплопроводности покрытий и результаты триботехнических испытаний электролитических NiP покрытий с различным содержанием карбидов кремния в суспензии при осаждении представлены в таблице 2.

Таблица 2
Результаты триботехнических испытаний
№ п/п	Покрытие	Количество добавок в матрице, %	Коэффициент трения, f	Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·К)	Величина износа, 106 мкм3
1.	NiP	0	0,73	90,9	5,37
2.	NiP-SiC, 80 г/л	26	0,65	120	5,15
3.	NiP-SiC, 200 г/л	65	0,63	140	5,86

Для определения оптимального количества упрочняющих добавок карбидов кремния SiC, обеспечивающих максимальную износостойкость электролитических NiP покрытий, проводят расчет по уравнению:

Согласно проведенным расчетам, при содержании карбидов кремния в матрице в количестве около 30% износ покрытий должен быть минимальным. Как видно из таблицы, наименьшее изнашивание обеспечивает электролитическое NiP покрытие с содержанием карбидов кремния в 26%.

В результате использования предлагаемого способа обеспечивается сокращение числа исследований для определения оптимального количества упрочняющих добавок в электролитических покрытиях, обеспечивающих их максимальную износостойкость.

Итак, заявляемый способ позволяет определить оптимальное количество упрочняющих добавок в электролитических покрытиях с максимальной износостойкостью, сократить трудоемкость исследования покрытий.

Способ нанесения электролитических покрытий с включенными в них частицами, при котором проводят процесс осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и упрочняющие добавки во взвешенном состоянии, отличающийся тем, что упрочняющие добавки вводят в количестве, которое определяют по уравнению: где z - количество твердых включений в покрытии, %,f₁ - коэффициент трения покрытия без включений,f₂ - коэффициент трения покрытия с включениями,λ₁ - теплопроводность покрытия без включений, Вт/м·К,λ₂ - теплопроводность покрытия с включениями, Вт/м·К.