ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
ELECTROLYTIC COATING APPLICATION METHOD

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу нанесения электролитических покрытий с включенными в них частицами, и может быть использовано при разработке и изготовлении износостойких покрытий.
Известен способ [Справочник по конструкционным материалам. / Под ред. Б.Н.Арзамасова; Т.В.Соловьевой. - М: Изд-во МГТУ, 2005, с.160-162] получения электролитических покрытий, заключающийся в введении в состав покрытий порошков карбидов, боридов, оксидов, алмаза, корунда и т.п., что позволяет существенно повысить износостойкость покрытий.
Известен электролитический способ [патент РФ 2224055 C1, кл. C25D 11/02, 20.02.2004] нанесения анодных покрытий, заключающийся в обработке поверхности изделия в струе электролита, создании от внешнего источника тока разности потенциалов 100-1000 B между участком обрабатываемой поверхности изделия, являющимся анодом и вторым электродом противоположного знака с инициированием микроискровых и микроплазменных разрядов, введении в электролит 3-20 вес.% мелкодисперсного порошка карбида, нитрида, окисла металлов или металлоидов, не растворимых в электролите, при этом в струю электролита дополнительно вводят мелкодисперсный порошок титана, и/или углерода, и/или гидрида титана и/или углеводородных соединений в качестве добавки с экзотермическим эффектом окисления, с дисперсностью смеси порошков 1-5 мкм, но не более половины толщины слоя наносимого покрытия, при этом порошки вводят в струю электролита одновременно при равном их соотношении, а сумма обоих порошков в электролите составляет 3-20 вес.%.
Такие способы требуют проведения дополнительных испытаний по определению оптимального количества упрочняющих добавок в электролитических покрытиях для обеспечения их лучшей износостойкости.
2
3
3
3
4
8,8-9,6
2
Известен способ [патент РФ 95102405 A1, кл. C25D 11/02, 20.11.1996] электролитического микродугового нанесения покрытия на изделия из углеродистой стали, заключающийся в нанесении на изделие из углеродистой стали композиции (алюмопудра ПАП-1 или ПАП-2 25-35 мас.%, AlO(порошок) 25-35 мас.%, [CrAl(HPO)] до 100 мас.%), предварительно разведенной в воде в соотношении 3:1, и последующей электролитической микродуговой обработке в щелочном электролите при плотности тока 5-25 А/дм.
Недостатком известного способа является широкий интервал определения оптимального количества входящих компонентов для обеспечения максимальной прочности и износостойкости покрытия, что требует проведения дополнительных испытаний.
Наиболее близким к предлагаемому является электролитический способ [патент РФ 2109855 C1, кл. C25D 15/00, C25D 5/20, 27.04.1998] получения композиционных покрытий, заключающийся в проведении процесса осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и нерастворимые частицы во взвешенном состоянии при наложении на ванну ультразвуковых колебаний, направленных параллельно и перпендикулярно катодной поверхности.
Недостатком известного способа является проведение дополнительных испытаний по определению оптимального количества упрочняющих добавок (мелкодисперсного порошка карбида, нитрида, окисла металлов или металлоидов), обеспечивающих максимальную износостойкость покрытий.
Задача изобретения - повышение износостойкости электролитических покрытий за счет оптимизации количества упрочняющих добавок, а также сокращение трудоемкости получения покрытий за счет снижения количества испытаний.
Задача решается тем, что в способе нанесения электролитических покрытий с включенными в них частицами, по которому проводят процесс осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и упрочняющие добавки во взвешенном состоянии, согласно изобретению количество упрочняющих добавок определяют по уравнению:
где z - количество твердых включений в покрытии, %,
1
f - коэффициент трения покрытия без включений,
2
f - коэффициент трения покрытия с включениями,
1
λ - теплопроводность покрытия без включений,
2
λ - теплопроводность покрытия с включениями.
В качестве упрочняющих добавок используют порошки карбидов, боридов, оксидов, алмаза, корунда и т.п.
В результате использования предлагаемого способа обеспечивается максимальная износостойкость электролитических покрытий с упрочняющими добавками, сокращение числа исследований при разработке и изготовлении покрытий.
Пример конкретной реализации способа
Для получения износостойких никель-фосфорных покрытий с добавками карбидов кремния проводят электролитическое осаждение покрытий на вертикальных электродах с магнитным перемешиванием электролита. Состав электролита и параметры электролитического осаждения представлены в таблице 1.
Таблица 1
Состав электролита и параметры процесса
Состав электролита
Параметры электролитического осаждения
NiSO<sub>4</sub> 6H<sub>2</sub>O 300 г/л,
pH 3,8
NiCl<sub>2</sub> 6H<sub>2</sub>O 45 г/л,
температура 50°C
Н<sub>3</sub>ВО<sub>3</sub> 40 г/л,
плотность тока 2 А/дм<sup>2</sup>
Н<sub>3</sub>РО<sub>3</sub> 20 г/л,
время 75 мин
суспензия карбидов кремния 0,80 и 200 г/л
Анод-никель
Коэффициенты трения покрытий, коэффициенты теплопроводности покрытий и результаты триботехнических испытаний электролитических NiP покрытий с различным содержанием карбидов кремния в суспензии при осаждении представлены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты триботехнических испытаний
№ п/п
Покрытие
Количество добавок в матрице, %
Коэффициент трения, f
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·К)
Величина износа, 10<sup>6</sup> мкм<sup>3</sup>
1.
NiP
0
0,73
90,9
5,37
2.
NiP-SiC, 80 г/л
26
0,65
120
5,15
3.
NiP-SiC, 200 г/л
65
0,63
140
5,86
Для определения оптимального количества упрочняющих добавок карбидов кремния SiC, обеспечивающих максимальную износостойкость электролитических NiP покрытий, проводят расчет по уравнению:
Согласно проведенным расчетам, при содержании карбидов кремния в матрице в количестве около 30% износ покрытий должен быть минимальным. Как видно из таблицы, наименьшее изнашивание обеспечивает электролитическое NiP покрытие с содержанием карбидов кремния в 26%.
В результате использования предлагаемого способа обеспечивается сокращение числа исследований для определения оптимального количества упрочняющих добавок в электролитических покрытиях, обеспечивающих их максимальную износостойкость.
Итак, заявляемый способ позволяет определить оптимальное количество упрочняющих добавок в электролитических покрытиях с максимальной износостойкостью, сократить трудоемкость исследования покрытий.