СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТА АНТИФРИКЦИОННОГО ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО СПЛАВА "ЦИНК-ЖЕЛЕЗО" ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО АКТИВИРОВАНИЯ
ELECTROLYTE COMPOSITION OF ANTIFRICTION ELECTROLYTIC ZINC-IRON ALLOY FOR DEPOSITION IN HYDROMECHANICAL ACTIVATION CONDITIONS

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электролитическому осаждению сплава "цинк-железо" с целью восстановления изношенных поверхностей деталей машин, например, подшипников скольжения автомобильных двигателей.
Известны растворы электролитов для осаждения сплавов "цинк-железо", содержащие сернокислое железо, сернокислый цинк, сернокислый алюминий, сернокислый натрий, натровую соль нафталиндисульфо кислоты, борную и аскорбиновую кислоту. Однако покрытия, получаемые из этих составов электролитов, имеют слабую сцепляемость с основным металлом. Электролиты имеют слабую рассеивающую способность, недостаточно производительны и в условиях осаждения сплава гидромеханической активацией подвержены окислению и загрязнению [1, 2].
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является известный состав электролита [3], используемый для осаждения цинк-железного сплава, содержащий в г/л:
сульфат цинка
250-300,
хлорид железа
60-100,
фторид натрия
10,
борная кислота
25,
первичный гидрохлорид
алкиламмония (С<sub>6</sub>-C<sub>12</sub>)
1-2.
2
Данный электролит использовался для восстановления изношенных деталей из алюминиевых и железоуглеродистых сплавов при температурах 20-30°C, катодной плотности тока 40-60 А/дм и расходом электролита 1,5 л/с.
Использование данного способа для восстановления стальных изделий затруднено, так как электролит имеет сложный состав, затруднена его корректировка по составу в технологическом процессе.
2
6
13
12
25
Осадки имеют крупнозернистую структуру, низкую адгезию с основой и при восстановлении деталей из стали имеют высокий удельный температурный коэффициент линейного расширения. Электролит склонен к окислению, так как при электролизе хлорида железа и фторида натрия выделяется хлор и фтор. Используемый для флотации первичный гидрохлорид алкиламмония представляет смесь RNHNCl, где R=СН-СН имеет не всегда воспроизводимый состав.
Помимо этого электролит склонен к дендридообразованию при повышенных плотностях тока и малопроизводителен в нестационарных условиях осаждения сплава.
Задачей изобретения является повышение физико-механических характеристик покрытия: прочности сцепления, улучшения структуры осадка, химической стойкости раствора и снижение дендридообразования.
Сущность изобретения заключается в следующем: предложен высокоэффективный состав антифрикционного электролитического сплава "цинк-железо" для осаждения в условиях гидромеханического активирования. Он содержит сульфат цинка, соль железа, соль натрия и органическую добавку. При этом в качестве соли железа использован сульфат железа, в качестве соли натрия - карбонат натрия, а в качестве органической добавки - гидроксид тетраэтиламмония при следующих соотношениях компонентов, г/л:
сульфат цинка
200÷240
сульфат железа
15÷20
карбонат натрия
80÷120
сульфат аммония
30
гидрохлорид тетраэтиламмония
3÷4.
2
Для приготовления электролита "цинк-железо" все компоненты растворяют в отдельных емкостях в дисцилированной воде, подогретый до 60-70°С. Затем растворы фильтруют и сливают в рабочую ванну. В электролите должно быть столько солей железа, цинка, карбоната натрия, сульфата аммония и гидрохлорида тетраэтиламмония, сколько требуется по расчету на рабочую емкость ванны. После этого доливают воду до метки, соответствующей верхнему уровню электролита. Проверяют величину pH, прорабатывают в течение 8-10 часов при плотности тока 0,8÷1,5 А/дм со стальными катодами и после этого приступают к покрытию.
Гидромеханическое активирование осаждения металла характеризуется принудительной циркуляцией электролита и вращением анода. Проток через раствор электролита и вращение анода изменяют ионную обкладку диффузионного слоя у поверхности катода и, как следствие этого, увеличивается скорость процесса диффузии ионов к поверхности катода, что обеспечивает повышение производительности в 3-4 раза, высокую равномерность покрытия, получение мелкодисперсной структуры и снижение остаточных напряжений.
Исследования внутренних напряжений показали, что они растут с увеличением плотности тока и уменьшаются с повышением температур электролита и с увеличением концентрации активных солей.
При высокой плотности тока значительно искажается, уплотняется кристаллическая решетка, при высокой температуре уменьшается наводораживание осадков, и, если взять низкую плотность тока и высокую температуру электролита, то можно получить мягкие, не напряженные осадки.
2
Прочность сцепления, для различных электролитов и условий работы ванн изменялась в пределах от 3000 до 12000 Н/см. Наибольшие значения прочности сцепления были показаны на стальных образцах, покрытие которых проводилось в ваннах заявленного электролита. Добавление в ванну солей натрия, аммония, гидрохлорида тетраэтиламмония увеличивало прочность сцепления осадка с основой, получение уплотненной кристаллической решетки, уменьшение наводораживающего осадка, мягкие ненапряженные осадки.
2
Режим осаждения сплава "цинк-железо": температура 20-25°C, катодная плотность тока 30-35 А/дм, рН=2,0-2,5, анод - цинк (растворимый).
Заявленный состав электролита отличается снижением концентрации активных солей, так как с увеличением их концентрации может быть значительно повышена допустимая плотность тока. Это приводит к образованию крупнозернистой структуры осадков "цинк-железо" с пониженными механическими свойствами.
2
2
Осаждение осадка "цинк-железо" на изделие производится при более низкой катодной плотности тока 30-35 А/дм по сравнению с известной катодной плотностью тока 40-60 А/дм, так как с увеличением плотности тока увеличивается твердость осадка, его внутреннее напряжение. Покрытия трескаются, на краях деталей образуются наросты и при дальнейшем повышении плотности тока покрытие получается аморфным, порошкообразным с низкой адгезией к деталям.
Применение фтор- и хлор-анионов в составе входящих в электролит солей, а также использование карбоната натрия позволяет снизить агрессивность электролита и исключить коррозию стальных изделий.
6
12
Упрощение состава электролита достигается также использованием в качестве органической добавки гидрохлорида тетраэтиламмония (CHNCl), который хорошо растворим в воде, имеет постоянный состав и не изменяется в ходе электролиза.
Таким образом, предлагаемый состав электролита отличается от известного тем, что он более прост по содержанию, производителен и отвечает технологическому процессу при восстановлении деталей подшипников в нестационарных условиях (проточное, на различных формах тока). Покрытия получаются гладкими, плотными с мелкодисперсной структурой, обладающие повышенной износо- и коррозионной стойкостью.
Осаждение проводится в виде твердых сплавов замещения ионов цинка ионами железа, что обеспечивает физико-механические характеристики осадка, идентичные характеристикам основы подшипников из нержавеющей стали, и повышает стабильность электролита.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР №755897, кл С25D 3/56, 1980.
2. Авторское свидетельство СССР №374383, кл С25D 3/56, 1973
3. Патент RU №2086712, GOIM 17/06, 10.08.1997 - прототип.