СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ СПЛАВАМИ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ НА ХРОМСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛАХ
METHOD OF ELECTROPLATE RECEIVING BY ALLOYS ON BASIS OF NICKEL AND CHROME-BEARING MATERIALS

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам получения гальванического покрытия сплавами на основе никеля на изделия из хромсодержащего материала, которое используется в области техники, медицины, машиностроения, а в связке с алмазными зернами применяется для изготовления высокоточного абразивного инструмента.
Известен способ получения гальванического никелевого покрытия, включающий электроосаждение покрытия и термическую обработку деталей с гальваническим покрытием птем многоступенчатого нагрева деталей до заданной температуры с изотермической выдержкой на каждой стадии (Авт. св. №1474182 МКИ: C25D 5/50, 1989). Однако данный способ отличается недостаточно высокой степенью взаимодействия электроосажденных слоев с подложкой в процессе отжига, что отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытия с поверхностью заготовки.
Наиболее близким к заявленному является способ получения прочносцепленных гальванических покрытий на металлах и сплавах, включающий термообработку заготовки перед нанесением на нее покрытия нагревом до 0,85÷0,90 температуры солидуса ее материала с последующим охлаждением в воде, электроосаждение гальванического покрытия на поверхность и последующую термическую обработку изделия с покрытием при температуре 0,5÷0,7 температуры плавления более легкоплавкого материала в системе покрытие-основа в течение 0,5÷1,0 час (Пат. РФ №2051205, МПК: C25D 5/34; 5/50; C22F 1/00, 1992) Однако температурно-временные режимы термообработок, приведенные в способе, не приемлемы для хромсодержащих материалов заготовок и для комплексного покрытия сплавами на основе никеля. При нагреве заготовок из хромсодержащих материалов при температуре, указанной в способе, они деформируются и изменяют свои геометрические размеры, что исключает получение высокоточного калиброванного инструмента. Образующиеся при термообработке в воздушной среде окислы в дальнейшем требуют специальной обработки, что усложняет способ. Высокая температура отжига заготовки уже с покрытием, указанная в патенте, для нашего комплексного покрытия, предлагаемого для широкого применения, в котором могут использоваться алмазные шлифпорошки, не может быть применена. Так как, например, алмазы при температуре выше 400°С подвергаются графитизации и при механическом воздействии вылущиваются, тем самым ухудшается качество алмазного инструмента.
Технической задачей предлагаемого изобретения является выбор оптимальных условий термообработки заготовок из хромсодержащих материалов до и после нанесения на поверхность многослойного гальванического покрытия сплавами на основе никеля для повышения прочности сцепления гальванического покрытия с основой, используемого для изготовления высокоточных калиброванных изделий и, в частности, качественного алмазного инструмента.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известном способе получения гальванического покрытия сплавами на основе никеля на хромсодержащих материалах, заключающемся в предварительной термообработке заготовки перед нанесением на нее покрытия с последующим охлаждением ее, формировании на ней гальванического покрытия из никельсодержащего электролита и последующей термообработке заготовки с покрытием, предварительную термообработку заготовки перед нанесением на нее покрытия осуществляют в среде водорода при температуре 400°С с последующим охлаждением ее в этой среде, а последующую термообработку заготовки с покрытием производят при температуре 180-200°С в течение 5-6 часов.
Отличительными признаками предлагаемого способа является то, что предварительную термическую обработку заготовки перед нанесением на нее покрытия проводят в среде водорода при температуре 400°С с последующим охлаждением ее в этой среде, а последующую термообработку заготовки уже с покрытием осуществляют при температуре 180-200°С в течение 5-6 часов.
Условием получения эффекта по предлагаемому способу являются режимы термообработок, выбранные опытным путем. Проведение предварительной термообработки заготовки перед нанесением на нее покрытия и последующее охлаждение ее в среде водорода предупреждает образование на поверхности окисной пленки, и раскисление имеющихся не требуется, что позволяет значительно сократить последующие процессы без дополнительных материалозатрат. Оптимальными условиями предварительной термообработки является нагрев при температуре 400°С для снятия внутренних напряжений с восстановлением кристаллической структуры и стабилизации покрываемой поверхности. Предварительный нагрев заготовки выше 400°С неприемлем для заготовок из хромсодержащего материала. Заготовки деформируются и изменяют свои геометрические размеры, что не пригодно для получения точного калиброванного инструмента с покрытием. Нагрев ниже 400°С снижает эффективность последующего диффузионного отжига, т.к. недостаточно снятые внутренние напряжения на поверхности снижают зону взаимодействия покрытие-основа. Температурно-временные режимы последующего отжига заготовки с покрытием выбраны для возможности использования в гальваническом покрытии сплавами на основе никеля алмазного шлифпорошка. Оптимальные условия термообработки заготовки с покрытием 200-180°С в течение 5-6 часов. Температура отжига ниже 180°С не обеспечивает достаточной стабилизации поверхности заготовки и достаточной степени снятия внутренних напряжений в покрытии, что в дальнейшем снижает прочность сцепления покрытия с основой. Температура отжига более 200°С приводит к тому, что возможно использованные в покрытии алмазы подвергаются графитизации и при механической обработке они вылущиваются, тем самым снижая качество нанесенного покрытия, в частности при использовании в изготовлении алмазных инструментов. Время отжига заготовки с покрытием установлено опытным путем - оптимальное 5-6 часов, оно необходимо при данной температуре для стабилизации заготовок с покрытием.
Пример конкретного выполнения.
Образцы из высокохромистой стали 40×13 подвергали нагреву в камерной электропечи в атмосфере водорода при температуре 400°С в течение 1,5-2 часов с последующим их охлаждением в той же атмосфере. Далее на поверхности образца проводили формирование покрытия сплавами из никельсодержащего электролита. Образцы с покрытием подвергали диффузионному отжигу при температуре 180-200°С в течение 5-6 часов.
Адгезионные свойства покрытия с основой определяли по результатам циклических перепадов температур, отжиг при 600°С и резкое охлаждение. Покрытие по предлагаемому способу не претерпевает изменения. При работе изделий на высоких скоростях выше 100000 об/мин покрытия не отслаивались и не расслаивались, на изломе также не растрескивались.
Числовые значения режимов обработки и результаты измерения прочности сцепления сведены в таблицу.
Примеры реализации предлагаемого способа получения гальванического покрытия сплавами на основе никеля на хромсодержащих материалах показывают его преимущества по сравнению с известным. Гальваническое покрытие сплавами на заготовке, полученное по предлагаемому способу, отличается высокими адгезионными свойствами без изменения геометрических размеров заготовки и может найти применение, в частности, для получения высококачественного, высокоточного, калиброванного инструмента, в частности абразивного инструмента.
Таблица
№ п/п опыта
Термообработка
Результаты
Термообработка до нанесения покрытия
Термообработка заготовки с покрытием (воздушная среда)
Среда
Т, °С
Т, °С
τ
1
Н<sub>2</sub>
400
180
6 ч
Прочносцепленное покрытие не отслаивается, на изломе не трескается, возможность получения качественного калиброванного алмазного инструмента, с минимальными трудо- и энергозатратами.
2
Н<sub>2</sub>
400
200
5 ч
3
Н<sub>2</sub>
400
190
5,5 ч
4
H<sub>2</sub>
300
190
5,5 ч
Недостаточная прочность сцепления покрытия с основой, покрытие отслаивается при изгибе.
5
Н<sub>2</sub>
600
190
5,5 ч
Деформация хромсодержащей заготовки, невозможно получение точного калиброванного абразивного инструмента.
6
Н<sub>2</sub>
400
170
7 ч
Прочносцепленное абразивное покрытие при дополнительных энергозатратах.
7
Н<sub>2</sub>
400
210
4 ч
Отслоение отсутствует. Наблюдается межслойное растрескивание при изгибе.
8
воздух
400
190
5,5 ч
Образование окисной пленки на заготовке, требуются дополнительные материало- и трудозатраты при подготовке перед покрытием.