Электролит на основе соединений трехвалентного хрома для получения композиционного покрытия
ELECTROLYTE BASED ON TRIVALENT CHROMIUM COMPOUNDS TO OBTAIN A COMPOSITE COATING

Изобретение относится к области гальванотехники, частности к электролиту для получения композиционного покрытия на основе хрома и может быть использовано для осаждения коррозионностойких покрытий на основе хромовой матрицы, для защиты от коррозии и износа деталей, работающих в агрессивных коррозионных средах, содержащих хлориды и при истирающих нагрузках.
3
2
6
4
2
4
2
Известен электролит для осаждения композиционных хромовых покрытий на основе хромового ангидрида [Патент РФ №2202007, Шилов Н.И., Ларионов Б.В., Снарский В.Е.], содержащий ультрадисперсные наноалмазы в качестве частиц второй фазы. В состав электролита входят: хромовый ангидрид (CrO) - 225-275 г/л, калий кремнефтористый (KSiF) - 18-20 г/л, барий сернокислый (BaSO) - 5-6 г/л, кислота серная (HSO) - 0,25-0,75 г/л, продукт УДА (ультрадисперсные наноалмазы) - 10-15 г/л. Процесс осаждения ведут при катодной плотности тока 0,45-0,5 А/см и температуре 60-75°C.
Основными недостатками данного электролита и аналогичных являются:
1) Высокая токсичность основного компонента - хромового ангидрида.
2) Высокая рабочая температура процесса осаждения (60-75°C).
3) Применение дорогостоящих алмазных частиц.
Для устранения этих недостатков было разработан электролит на основе соединений трехвалентного хрома.
2
2
4
2
4
2
4
3
2
2
3
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электролит хромирования и способ получения хромового покрытия на стальных деталях [Патент РФ №2231581, Каблов Е.Н., Полукаров Ю.М., Едигарян А.А., Жирнов А.Д., Ильин В.А., Налетов Б.П., Тюриков Е.В.]. В состав этого электролита входят: соль Cr(III) (сульфат хрома или хромкалиевые квасцы) 50-350 г/л, натрий щавелевокислый NaCO 20-30 г/л, натрий сернокислый NaSO 60-70 г/л, натрий фтористый NaF 25-30 г/л, алюминий сернокислый Al(SO)⋅18 HO 90-110 г/л, порошок AlO 1-100 г/л. Процесс ведут в электролизере с разделением катодного и анодного пространств, при катодной плотности тока 0,1-1,5 А/см и температуре 30-45°C. Максимальная толщина получаемых покрытий 20-35 мкм.
Положительными особенностями данного электролита являются:
1) Отсутствие в его составе токсичного хромового ангидрида.
2) Возможность вести процесс при более низких температурах.
3) Замена дорогостоящих алмазных частиц в качестве второй фазы, на более дешевые и не уступающие по твердости частицы оксида алюминия.
Недостатками данного электролита являются:
1) Невысокая коррозионная стойкость полученных покрытий, особенно в коррозионных средах, содержащих хлориды.
2) Необходимость разделения катодного и анодного пространств ведет к быстрому изменению химического состава раствора в процессе нанесения покрытий и необходимости частых корректировок электролита.
Задачей изобретения является получение электролита для осаждения покрытий с повышенной коррозионной стойкостью, в особенности в средах, содержащих хлориды.
Поставленная задача решается электролитом на основе соединения трехвалентного хрома для получения композиционного покрытия, содержащим сульфат хрома, при этом он содержит хлорид хрома, молибдат натрия, гипофосфит натрия и карбид бора при следующем соотношении компонентов в г/л:
3
CrCl - 266-399
2
4
3
Cr(SO) - 125-188
2
4
NaMoO - 9,7-12
2
2
NaHPO - 8,8-13,2
4
ВС - 1-5
Электролит готовят на основе смеси диметилформамид:вода в соотношении 1:1.
2
2
Композиционное покрытие осаждают в электролизере без разделения катодного и анодного пространства при катодной плотности тока 0,5-0,7 А/см и температуре 30-35°C. Скорость осаждения покрытия составляет 125-188 мкм/ч, выход по току - 22-34%. Скорость коррозии покрытия - 0,07-0,1 г/м⋅ч, микротвердость 17-21 ГПа.
Реализацию предлагаемого изобретения иллюстрируют приведенные ниже примеры.
2
2
3
2
4
3
2
4
2
2
2
4
Пример 1. Композиционное электрохимическое покрытие осаждают при плотности тока 0,5 А/см в ячейке без разделения катодного и анодного пространства, при температуре 30°C, из электролита, содержащего CrCl - 266 г/л, Cr(SO) - 125 г/л, NaMoO - 9,7 г/л, NaHPO - 8,8 г/л, вода : диметилформамид 1:1 по объему, ВС - 1 г/л, скорость осаждения 125 мкм/ч. Выход по току 22%. Скорость коррозии покрытия составляет 0,07 г/м⋅ч в коррозионной среде, содержащей хлорид-ионы и значение микротвердости 17 ГПа.
2
2
3
2
4
3
2
4
2
2
2
4
Пример 2. Композиционное электрохимическое покрытие осаждают в ячейке без разделения катодного и анодного пространства, при температуре 32°C, при плотности тока 0,6 А/см из электролита, содержащего CrCl - 332,5 г/л, Cr(SO) - 156,5 г/л, NaMoO - 10,9 г/л, NaHPO - 11 г//л, вода : диметилформамид 1:1 по объему, ВС - 3 г/л, скорость осаждения покрытия 156 мкм/ч. Выход по току 28%. Скорость коррозии покрытия составляет 0,08 г/м⋅ч в коррозионной среде, содержащей хлорид-ионы и значение микротвердости 19 ГПа.
2
2
3
2
4
3
2
4
2
2
2
4
Пример 3. Композиционное электрохимическое покрытие осаждают в ячейке без разделения катодного и анодного пространства, при температуре 35°C, при плотности тока 0,7 А/см из электролита, содержащего CrCl - 399 г/л, Cr(SO) - 188 г/л, NaMoO - 12 г/л, NaHPO - 13,2 г/л, вода : диметилформамид 1:1 по объему, ВС - 5 г/л, скорость осаждения покрытия 188 мкм/ч. Выход по току 34%. Скорость коррозии покрытия составляет 0,1 г/м⋅ч в коррозионной среде, содержащей хлорид-ионы и значение микротвердости 21 ГПа.
Предлагаемый электролит обладают следующими преимуществами по сравнению с известным:
6
2
-4
2
1) Получаемые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью в хлорид-содержащих средах. Электролит содержит диметилформамид, позволяющий получить хромовые покрытия, легированные тугоплавким металлом, что позволяет снизить скорость коррозии в хлорид-содержащих средах на 2 порядка по сравнению прототипом. Ток коррозии полученных покрытий снижается на два порядка (~10 мА/см), по сравнению с хромовым покрытием (~10 мА/см) в коррозионной среде, содержащей хлорид-ионы, благодаря присутствию в покрытии тугоплавкого металла - молибдена, фосфора и частиц дисперсной фазы - карбида бора
2) Электролиз без разделения катодного и анодного пространств обеспечивает стабильный состав электролита без частых корректировок.
Присутствие диметилформамида стабилизирует анодный процесс, так как единственной анодной реакцией является окисление диметилформамида до нетоксичных конечных продуктов.