Электролит для осаждения композиционных покрытий на основе хрома

 

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электрохимическому нанесению композиционных покрытий хром-фторлон, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Электролит для осаждения композиционных покрытий содержит, г/л: хромовый ангидрид 200-300, серная кислота 2-3 и лиофильный золь на основе фторсодержащей полимерной суспензии 20-180. Использование электролита позволяет получить покрытие, обладающее высокой коррозионной стойкостью, а также более низкой истираемостью по сравнению с хромовым покрытием. 3 табл.

Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к осаждению композиционных покрытий хром-фторлон для применения в различных областях промышленности.

В настоящее время в современном производстве все большую роль играют электрохимические и химические процессы нанесения покрытий, придающие изделиям как защитные, так и функциональные свойства, в частности, такие покрытия, которые сочетали бы высокую антикоррозионную защиту материалов с железной основой с высокими антифрикционными свойствами.

В промышленности основным технологическим процессом, применяемым для защиты от механического износа трущихся поверхностей является электролитическое хромирование блестящим хромом. Однако этот технологический процесс не обеспечивает высокую защитную способность основного металла (железа) без нанесения промежуточных слоев из никеля, либо тройного покрытия медь-никель хром или получением износостойкого хрома поверх молочного хрома.

Известны технические решения по осаждению композиционных покрытий на основе никеля с фосфором (Инженерная гальванотехника в приборостроении./Под ред. А.М. Гринберга. М. Машиностроение, 1977, с. 164-166) и бором (авт. св. СССР N 527488, 1974; авт. св. СССР N 515839, 1976; авт. св. СССР N 453444, 1974), позволяющих осаждать покрытия с высокой твердостью и коррозионной стойкостью и предлагаемых в качестве альтернативных вариантов по замене хромового покрытия по крайней мере в некоторых областях применения. Например, при покрытии сложнопрофилируемых изделий.

Существенным недостатком вышеприведенных композиционных покрытий является прежде всего недостаточная высокая износостойкость в сравнении с хромовым покрытием, что препятствует их широкому использованию в промышленности.

Из уровня техники также известно соосаждение хрома из суспензий, содержащих TiO₂, Al₂O₃, SiO₂, MoS, ZnS или CdS (Сайфулин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. М. Химия, 1977, с. 213-214; Сайфулин Р.С. Комбинированные электрохимические покрытия. М. Химия, 1972, с. 98-104).

Однако нанесение композиционных покрытий на основе хрома затруднено, что связано с нестойкостью в кислых растворах электролитов тугоплавких оксидов, боридов, силицидов, карбидов. Это приводит к тому, что нарушается состав суспензий, покрытий и, соответственно, к нарушению технологического регламента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электролит, содержащий следующие соотношения компонентов, г/л: Хромовый ангидрид 150-180 Серная кислота 1,5-1,8 "Прогресс" 0,5-0,3 Полимер 100-400 (авт. св. СССР N 382758, C 25 D 15/00, 1973).

Этот электролит содержит в своем составе нерастворимые частицы полимера на основе полиэтилена, винипласта, полиамида с размерами частиц до 40 мкм. Способ реализации этого композиционного покрытия заключается в том, что последовательно осаждаются два слоя хрома при разных плотностях тока. Причем первый слой покрытия осаждают при плотности тока 40-75 А/дм², а второй слой при 100-120 А/дм² при 16-23^oC.

Покрытия, получаемые из этого электролита, обладают определенными достоинствами, но не лишены существенных недостатков: необходимость перемешивания электролита (т.к. частицы полимера находятся на поверхности электролита). И, причем, перемешивание осуществляется таким образом, чтобы конвективные потоки были направлены от поверхности ко дну ванны. Этот факт значительно усложняет процесс электролиза; необходимость нанесения комбинированного покрытия, состоящего из слоев электролитического хрома и композиционного покрытия хром-полимер. Эта необходимость связана с тем, что при осаждении композиционного покрытия хром-полимер происходит снижение микротвердости покрытия до 750 кг/мм², что значительно ниже среднего значения микротвердости хромовых осадков, осажденных из стандартного электролита хромирования. Подслой электролитического хрома позволяет повысить суммарную микротвердость комбинированного покрытия, а следовательно износостойкость комбинированного покрытия; невысокая коррозионная стойкость покрытия.

Задачей предлагаемого технического решения является получение таких композиционных покрытий, которые бы обладали совокупностью таких важнейших свойств: высокой коррозионной устойчивостью и твердостью, низкой истираемостью.

Поставленная цель достигается тем, что в состав стандартного электролита хромирования дополнительно вводят полимерную суспензию при следующем соотношении компонентов, г/л: Хромовый ангидрид 200-300
Серная кислота 2-3
Лиофильный золь -
Фторсодержащая полимерная суспензия 20-180
Режим электролиза: 505^oC, катодная плотность тока 30-50 А/дм².

Электролит готовят следующим образом. Хромовый ангидрид растворяют непосредственно в рабочей ванне. Затем вводят расчетное количество серной кислоты. Приготовленный электролит прорабатывают током 5-10 А ч/л при соотношении анодной площади к катодной 2:1. Затем в электролит вводят полимерную суспензию.

Существенным отличием предлагаемого технического решения от других является введение в состав электролита лиофильного золя. В качестве лиофильного золя использовали фторлоновые водные суспензии различных марок: Ф-4Д, Ф-4ДУ, Ф-4ДМ или Ф-40Д.

Суспензия фторлона-4Д представляет взвесь фторопласта-4Д или 4ДП в воде и содержит стабилизирующее поверхностно-активное вещество (ПАВ) ОП-7. Его разновидность суспензия Ф-4ДУ имеет более укрупненный размер частиц.

В табл. 1 приведены технические характеристики вышеприведенных фторлоновых суспензий.

Для получения сравнительных свойств по свойствам покрытий из предлагаемого технического решения и известного были приготовлены 4 электролита. Составы электролитов приведены в табл. 2, а данные по свойствам покрытий в табл. 3.

Как видно из приведенных данных, получаемое покрытие обладает большим сопротивлением к механическому износу при одновременной защите от коррозии, чем покрытия, реализуемые известного технического решения.

Наличие в составе композиционного покрытия частиц фторлона-4 придает покрытию самосмазывающего свойства и выполняет роль твердой смазки. Это свойство может быть использовано с целью замены так называемого пористого хромирования.

Применение предлагаемого технического решения перспективно для покрытия пресс-форм, штампов, матриц, пуансонов, цилиндропоршневой группы металлов двигателей внутреннего сгорания и т.п. и как самостоятельное защитно-декоративное покрытие.

Формула изобретения

Электролит для осаждения композиционных покрытий на основе хрома, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту и полимерные частицы, отличающийся тем, что он в качестве полимерных частиц содержит лиофильный золь фторсодержащую полимерную суспензию при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид 200 300
Серная кислота 2 3
Лиофильный золь фторсодержащая полимерная суспензия 20 180,

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2