ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ХРОМОВОГО ПОКРЫТИЯ
ELECTROLYTE FOR ELECTRO-CHEMICAL SEDIMENTATION OF COMPOSITE CHROMIUM COATING

Изобретение относится к области электрохимического осаждения металлических покрытий, в частности хромовых, и может быть использовано для получения коррозионно-стойкого, твердого, термо- и износостойкого покрытия в машиностроении, электронике и других отраслях промышленности.
Известен электролит хромирования [1], содержащий хромовый ангидрид 150-250 г/л, серную кислоту 1,5-2,5 г/л, ультрадисперсные частицы кремния 3,0-30 г/л и производные фосфорилированнных тибамидов 0,1-1,0 г/л. Такой электролит позволяет получать покрытия для защиты изделий от высокотемпературного окисления и ползучести, т.е. с высокими показателями жаростойкости и жаропрочности.
Основным недостатком такого электролита является низкая микротвердость получаемого покрытия;
Известен электролит для нанесения композиционных покрытий на основе хрома
[2], содержащий хромовый ангидрид 200-250 г/л, серную кислоту 2,0-2,5 г/л, добавку бензоилпирувоилгидразинокарбонилметилпиридиний хлорид 0,1-0,5 г/л и частицы твердой фазы - дисперсные частицы нитрида бора 8-20 г/л и фторида кальция 40-60 г/л. Дисперсные частицы нитрида бора и фторида кальция предпочтительно использовать в массовом отношении 1:(3-5). Такой электролит обеспечивает повышение антифрикционности и пластичности хромовых покрытий за счет включения в состав композиционных осадков частиц твердой смазки и снижения микротвердости хромовой матрицы.
Недостатками такого электролита являются:
- большое количество частиц твердой фазы, что усложняет приготовление и использование электролита и делает невозможным подкрепление его при его истощении;
- низкая микротвердость получаемого покрытия;
- большая неравномерность получаемого покрытия.
Эти недостатки частично устранены в электролите для нанесения хромалмазных покрытий [3].
В электролит, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, кремнефтористый калий и сернокислый барий, дополнительно введена алмазосодержащая шихта, в которую могут входить ультрадисперсные алмазы в количестве 40=60 мас.%.
Такой состав характеризуется следующими недостатками:
- низкой микротвердостью получаемого покрытия;
- большой неравномерностью получаемого покрытия.
Технический результат изобретения заключается в получении беспористых хромовых покрытий с высокой микротвердостью и низкой неравномерностью.
Технический результат достигается тем, что электролит для электрохимического осаждения хромового покрытия, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту и воду, дополнительно содержит углеродный наноматериал с количеством графеновых слоев не более 30, диаметром волокон от 10 до 60 нм, длиной не менее 2 мкм и количеством структурированного углерода не менее 95%, при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид - 150-300
Серная кислота - 1,5-3
Наноуглеродный материал - 0,03-0,08.
В качестве наноуглеродного материала в состав электролита введен наноуглеродный материал «Таунит», очищенный от никелевого катализатора, используемого для его синтеза.
Такой электролит характеризуется минимальным количеством компонентов и дисперсных добавок.
Электролит готовят следующим образом.
3+
Предварительно хромовый ангидрид растворяют в дистиллированной воде при температуре 60-70°C. После этого добавляют серную кислоту в количестве 1% массы от массы хромового ангидрида. Электролит перемешивают и ведут его приработку с целью накопления ионов Cr при температуре 45-50°C в течение 12 часов.
После этого в раствор электролита добавляют наноуглеродный материал с количеством графеновых слоев не более 30, диаметром волокон от 10 до 60 нм, длиной не менее 2 мкм и количеством структурированного углерода не менее 95% и электролит обрабатывают на ультразвуковой установке с частотой 22 кГц для уменьшения размеров агломератов из наноуглеродных трубок и их более равномерного распределения в электролите. В качестве углеродного материала предпочтительно применение углеродного наноматериала «Таунит», производитель углеродного наноматериала ООО «НаноТехЦентр», Россия, г.Тамбов.
Подготовку поверхности деталей перед нанесением гальванического покрытия проводят стандартными способами с использованием известных растворов.
2
2
2
Осаждение проводят при температуре 45-60°C. Функция изменения тока: 1,5 минуты осуществляется работа на токе обратной полярности (когда деталь является анодом), при этом анодная плотность тока 40 А/дм, далее включается прямая полярность (когда деталь является катодом) и осуществляется толчок тока в течение 1 минуты, катодная плотность тока при этом составляет 150 А/дм, далее в течение одной минуты осуществляется плавный переход до катодной плотности тока 70 А/дм.
Пример
Электрохимическое осаждение покрытия на предварительно подготовленную поверхность основы из материала сталь Ст3 проводят в электролите, содержащем (в г/л):
Хромовый ангидрид - 150-300
Серная кислота - 1,5-3
Наноуглеродный материал «Таунит», очищенный от никелевого катализатора - 0,04.
2
2
2
Процесс проводят при температуре 50°C. Функция изменения тока: 1,5 минуты осуществляется работа при токе обратной полярности (когда деталь является анодом), при этом анодная плотность тока составляет 40 А/дм. Далее ток переключается на прямую полярность (когда деталь является катодом) и осуществляется толчок тока в течение 1 минуты, катодная плотность тока при этом составляет 150 А/дм; далее в течение одной минуты осуществляется плавный переход до катодной плотности тока 70 А/дм, при которой происходит нанесение покрытия в течение 60 минут. За это время получают покрытие средней толщиной 21 мкм.
Полученное композиционное покрытие по показателю «микротвердость» превосходит обычные хромовые покрытия в 1,5-1,6, а хромалмазные покрытия в 1,3-1,4 раза.
Источники информации
1. Патент РФ №2126463, МПК C25D 03/04, 15/00 1998 г.
2. Патент РФ №2117080, МПК C25D 3/00, 1998 г.
3. Патент РФ №2107115, МПК C25D 15/00, 1998 г.