Способ измерения пористости гальванического покрытия внутренней поверхности изделия
METHOD FOR MEASURING POROSITY OF GALVANIC COATING OF INNER SURFACE OF ARTICLE

Изобретение относится к области физико-химических измерений и может быть использовано для контроля качества гальванических покрытий изделий, в основном для изделий, имеющих внутреннюю полость.
Известен способ контроля пористости гальванических покрытий по авт.свид. SU №1658064 от 02.11.88, включающий определение пористости покрытия по величине электрохимического потенциала изделия в растворе электролита, в котором пористость определяют в индифферентном электролите по величине смешанного электрохимического потенциала изделия. Для этого в заполненный индифферентным электролитом сосуд исследуемое изделие помещается полностью.
Недостатком способа является сложность определения пористости в изделиях, имеющих внутреннюю полость.
Известна методика определения пористости хромовых покрытий (Вячеславов В.П., Шмелева Н.М. Методы испытаний электролитических покрытий. Л., Машиностроение, 1977) путем наложения на поверхность покрытой детали фильтровальной бумаги, смоченной коррозионно-активным раствором, содержащим цветной индикатор на присутствие ионов железа. Количество пор подсчитывают по характерным цветным точкам на бумаге после ее отделения от детали. Использование указанной методики не позволяет определить пористость в изделиях сложной конфигурации с внутренней полостью.
Известен также способ измерения скорости коррозии основы в порах катодного гальванического покрытия по авт.свид. SU №1356726 от 30.03.90, включающий измерение тока в электрохимической ячейке между электродом из материала покрытия и вспомогательным электродом, при поддержании потенциала электрода из материала покрытия равным потенциалу электрода «основа-покрытие», погруженного полностью в сосуд с раствором, соединенным с раствором в ячейке с помощью электролитического ключа, и по величине тока судят о скорости коррозии и пористости.
Недостатком данного способа является необходимость погружения изделия в раствор полностью и низкая достоверность измерения пористости изделия, имеющего внутренние полости.
Задача изобретения заключается в повышении точности измерения пористости гальванического покрытия в изделиях, преимущественно содержащих внутренние полости.
Технический результат достигается за счет повышения достоверности измеряемых результатов путем расчета пористости по формуле зависимости пористости от величины тока коррозии исследуемого покрытия.
Для этого определяют функцию зависимости плотности тока коррозии от величины пористости, полученную на основании экспериментальных данных с образцами с различной заранее измеренной пористостью покрытия. Затем с помощью функции зависимости плотности тока от пористости, при известной плотности тока, определяют пористость заданной поверхности (участка поверхности изделия).
Поставленная задача достигается путем измерения величины силы тока в электрохимической ячейке между рабочим электродом из материала покрытия, например, хромовым и вспомогательным платиновым электродом при поддержании потенциала рабочего электрода равным потенциалу, самопроизвольно устанавливающемуся на внутренней поверхности изделия с гальваническим покрытием. Дальнейшее определение величины пористости покрытия изделия с использованием предварительно построенного графика функции (например, логарифмической) зависимости плотности тока от электрохимического потенциала гальванического покрытия на внутренней поверхности изделия, а именно: определение зависимости пористости от плотности тока коррозии по формуле:
lg(P)=А ⋅ lg(i) + В,
2
где i, - плотность тока в мкА/см;
Р - пористость в %;
А и В - аппроксимирующие коэффициенты, определенные методом наименьших квадратов на основании измерений плотности тока коррозии эталонных образцов с известной пористостью.
Для измерения пористости гальванического покрытия внутренней поверхности изделия используют устройство, состоящее из электрохимической ячейки, заполненной коррозионным раствором, имеющим жидкостный контакт с раствором - солевой мостик, электрода, выполненного из материала покрытия и платинового электрода, причем электроды подключены к потенциостату таким образом, что электрод из материала покрытия выполняет функцию рабочего электрода, платиновый электрод выполняет функцию вспомогательного электрода, а внутренняя поверхность изделия с гальваническим покрытием является электродом сравнения, величину пористости которого определяют.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - схема устройства для измерения пористости гальванического покрытия;
на фиг. 2 - график зависимости логарифма плотности тока коррозии от логарифма величины пористости.
Предлагаемый способ измерения пористости гальванического покрытия осуществляют с помощью устройства, схематично изображенное на фигуре 1.
На схеме устройства изображено:
1 - исследуемое изделие с полостью;
2 - покрытие на внутренней поверхности исследуемого изделия;
3 - рабочий раствор, обладающий агрессивными свойствами по отношению к исследуемому изделию;
4 - электрический контакт с исследуемым изделием 1;
5 - соединительный солевой мостик, обеспечивающий жидкостный электрический контакт растворов в двух емкостях;
6 - электрохимическая стеклянная ячейка;
7 - платиновый вспомогательный электрод;
8 - рабочий электрод, изготовленный из металла покрытия 2 исследуемого изделия 1.
На фигуре 1 приведены соединения рабочего электрода 8, вспомогательного платинового электрода 7 и исследуемого изделия 1 с потенциостатом (на рисунке не показан).
Способ измерения пористости гальванического покрытия изделия осуществляют следующим образом.
Заполняют полость исследуемого изделия 1 раствором 3 до уровня, совпадающего с уровнем в электрохимической ячейке 6. Соединение ее с исследуемым изделием происходит через мостик 5. В ячейке 6 размещают рабочий электрод 8, выполненный из материала исследуемого покрытия и вспомогательный платиновый электрод 7.
Соединяют электрод 8 и электрод 7 с соответствующими клеммами на потенциостате, а исследуемое покрытие на изделии соединяют электрически с клеммой «электрод сравнения» на потенциостате. Далее на потенциостате устанавливают режим поддержания электродного потенциала электрода 8 равным электродному потенциалу покрытия на внутренней поверхности 2 исследуемого изделия 1 и измеряют силу тока, протекающего между электродом 7 и электродом 8.
Измеренную величину силы тока между электродами 7 и 8, отнесенную к единице площади поверхности изделия (плотность тока), наносят на ось плотности тока графика функции зависимости плотности тока от пористости и оценивают пористость покрытия.
В таблице приведены полученные экспериментальные значения зависимости плотности тока от пористости для гальванических хромовых покрытий.
Из данных таблицы видно, что хром молочный обладает малой пористостью (менее 1,25%), в то время, как блестящий хром - большой пористостью (от 1,4%).
2
Для получения возможности количественного расчета пористости покрытия реальных изделий, измеренную ранее зависимость плотности тока (i, мкА/см) коррозии опытных образцов от их пористости (Р, %) представили в виде следующей математической зависимости:
где А и В аппроксимирующие коэффициенты, определяемые с помощью метода наименьших квадратов. Математическая зависимость может иметь другой вид, например, в виде полинома, а выбор функции, описывающей зависимость плотности тока от пористости покрытия выбирается исходя из характера полученных экспериментальных данных.
Для экспериментальных данных, приведенных в таблице, получена следующая зависимость:
которая после преобразований принимает следующий вид:
График зависимости логарифма плотности тока коррозии от логарифма величины пористости, исходя из экспериментальных данных по таблице, представлен на фигуре 2.
Способ измерения пористости гальванического покрытия внутренней поверхности изделия осуществляется, например, следующим образом.
Полость исследуемого изделия заполняется коррозионным раствором до уровня, совпадающего с уровнем раствора в дополнительной емкости, электрическое соединение растворов в ней и в исследуемом изделии происходит через солевой мостик, заполненный тем же раствором. В дополнительной емкости размещается рабочий электрод, выполненный из материала исследуемого покрытия и вспомогательный платиновый электрод. Рабочий электрод и вспомогательный электрод соединяется с соответствующими клеммами на потенциостате, а исследуемое изделие соединяется электрически с клеммой «электрод сравнения» на потенциостате.
Далее на потенциостате устанавливают режим поддержания электродного потенциала рабочего электрода равным электродному потенциалу, самопроизвольно устанавливающемуся на электроде сравнения, и измеряют ток, протекающий между рабочим и вспомогательным электродами. С помощью функции зависимости плотности тока от пористости (формула 3) по измеренной плотности тока определяют пористость покрытия в процентах.
График зависимости логарифма плотности тока коррозии от логарифма величины пористости (фиг. 2) формируют следующим образом.
Предварительно готовят две партии стальных пластин с гальваническим хромовым покрытием размером 50×100 мм с толщиной покрытия в мкм: 1, 3, 5, 8, 10, 12, 15, 18, 20, 25, обработанных по технологии: а) молочного хромирования; б) блестящего хромирования.
Далее измеряют пористость гальванического хромового покрытия наложением фильтровальной бумаги, смоченной раствором хлорида натрия и желтой кровяной соли. Листы бумаги с образовавшимися на них следами точек, отвечающими порам на хроме, сканируют и полученные изображения следов пористости обрабатывают (например, с помощью программы), далее определяют суммарную площадь пор хромового покрытия каждой пластины в процентах от ее общей площади. Далее рассчитывают плотность тока коррозии для каждой пластины по методике а.с. №1356726 и по полученным данным функции зависимости по формуле 1.
Величину пористости покрытия 2 исследуемого изделия 1 оценивают с использованием таблицы.
2
2
Например, если измеренная величина тока коррозии составляет 140 мкА/см, исследуемое покрытие характеризуется величиной 8,8%, что говорит о высокой пористости покрытия, если измеренная величина тока коррозии составляет 30 мкА/см, то исследуемое покрытие характеризуется величиной 0,01%, что соответствует низкой пористости покрытия.
Представленная зависимость получена для хромовых покрытий с использованием коррозионного раствора «КОРРОДКОТ» (ГОСТ 9.308-85 «Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы ускоренных коррозионных испытаний»). Очевидно, что распространить ее на другие виды гальванических покрытий, возможно только после подбора состава раствора для измерения тока коррозии, оптимального для конкретной пары «основа-покрытие».
При этом при увеличении количества экспериментальных данных повышается точность определения функции зависимости пористости от плотности тока. Таким образом, с помощью предложенного метода полученную величину пористости сравнивают с допустимой величиной пористости и в случае, если величина пористости не превышает допустимую величину, то покрытие считается соответствующим требуемым характеристикам.
Таким образом, предложенный способ измерения пористости гальванических покрытия позволяет быстро и точно определять пористость покрытия, в том числе для внутренних поверхностей, выполнять оценку покрытия и отбраковывать некачественные покрытия на основании данных об измеренной плотности тока.