RU2096535C1 - Method of electrochemically applying chromium-diamond coatings - Google Patents

Abstract

FIELD: coatings. SUBSTANCE: electrolyte is supplemented by diamond- containing blend, heated to 50-60 C, kept at specified temperature for 10-48 h, whereupon electrolyte is treated for 3-8 h at current density 40-50

/sq. dm, and coating deposition is performed at electrolyte temperature 50-60 C and current density 50-60

Description

Изобретение относится к области электрохимического нанесения покрытий, в частности к электрохимическому хромированию, и может найти применение в различных отраслях промышленности для увеличения стойкости к истиранию деталей, узлов и механизмов машин, обрабатывающего инструмента и, как следствие, увеличиния срока их службы. The invention relates to the field of electrochemical coating, in particular to electrochemical chromium plating, and can be used in various industries to increase the abrasion resistance of parts, components and mechanisms of machines, processing tools and, as a result, increase their service life.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для нанесения хром-алмазных покрытий на трущихся деталях, имеющих большой цикл работы, например, деталей двигателя внутреннего сгорания, обрабатывающего инструмента и т.д. The invention can most effectively be used for applying chrome-diamond coatings on friction parts having a long cycle of work, for example, parts of an internal combustion engine, a processing tool, etc.

Известен способ нанесения электрохимических покрытий (В.В. Поветкин, И. М. Ковенский. Структура электрохимических покрытий, М. Металлургия, 1989 г, с. 102). Способ предусматривает нанесение износостойких покрытий, например на основе никеля, осаждением их на детали машин в электролите при повышении амплитудной плотности тока и достигающих максимальных величин в интервале 20
60 А/дм².A known method of applying electrochemical coatings (VV Povetkin, I. M. Kovensky. The structure of electrochemical coatings, M. Metallurgy, 1989, p. 102). The method involves the application of wear-resistant coatings, for example, based on nickel, by deposition of them on machine parts in an electrolyte with increasing amplitude current density and reaching maximum values in the range of 20
60 A / dm ² .

Недостатком известного способа нанесения электрохимических покрытий является их низкая износостойкость и коррозионная стойкость. The disadvantage of this method of applying electrochemical coatings is their low wear resistance and corrosion resistance.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ нанесения хром-алмазных покрытий с помощью электролита, содержащего ультрадисперсные алмазы (далее УДА)(см. А.И. Архипов, В.В. Смогунов. Серийная технология кластерной гальванотехники. РЖ. Технический прогресс в атомной промышленности, серия: "Организация производства и прогрессивная технология в приборостроении", вып. 12, 1990 г, с. 15 17). Of the known closest in technical essence is the method of applying chromium-diamond coatings using an electrolyte containing ultrafine diamonds (hereinafter referred to as UDD) (see A.I. Arkhipov, VV Smogunov. Serial technology of cluster electroplating. RJ. Technical progress in nuclear industry, series: "Organization of production and advanced technology in instrumentation", issue 12, 1990, p. 15 17).

Этот способ нанесения хром-алмазных покрытий основан на использовании электролита, содержащего ультрадисперсные алмазы. УДА при этом соответствуют ТУ 84.1124-87. Нанесение покрытий осуществляется при катодной плотности тока 40 60 А/дм² и температуре 50 60^oC.This method of applying chromium-diamond coatings is based on the use of an electrolyte containing ultrafine diamonds. UDD at the same time correspond to TU 84.1124-87. Coating is carried out at a cathodic current density of 40 60 A / DM ² and a temperature of 50 60 ^o C.

Недостатки известного способа нанесения хром-алмазных покрытий заключаются в том, что он не обеспечивает достаточной износостойкости и микротвердости, а также коррозионной стойкости покрытий, наносимых на детали узлов и механизмов машин, обрабатывающего инструмента, а значит, не обеспечивает необходимого срока их службы. Кроме того, использование в данной технологии электролита на основе УДА делает ее более дорогостоящей ввиду высокой стоимости самих УДА. The disadvantages of the known method of applying chromium-diamond coatings are that it does not provide sufficient wear resistance and microhardness, as well as the corrosion resistance of coatings applied to parts of machine components and mechanisms of the processing tool, and therefore does not provide the required service life. In addition, the use of electrolyte based on UDD in this technology makes it more expensive due to the high cost of UDD itself.

Целью настоящего изобретения является повышение износостойкости, микротвердости и коррозионной стойкости покрытий, наносимых на детали узлов и механизмов машин, обрабатывающего инструмента, а также снижение себестоимости технологии получения хром-алмазных покрытий. The aim of the present invention is to increase the wear resistance, microhardness and corrosion resistance of coatings applied to parts of machine components and mechanisms of a processing tool, as well as reducing the cost of technology for producing chromium-diamond coatings.

Поставленная цель достигается тем, что в применяемый для нанесения хром-алмазных покрытий электролит взамен УДА вводят алмазосодержащую шихту (в пересчете на УДА) в количестве 5 10 г/л, электролит нагревают до температуры 50 60^oC, выдерживают при заданной температуре в течение 10 48 ч, проводят проработку электролита при плотности тока 40 50 А/дм² в течение 3 8 ч, а процесс осаждения проводят при температуре электролита 50 - 60^oC и плотности тока 50 60 А/дм².This goal is achieved by the fact that in the electrolyte used for applying chromium-diamond coatings, instead of UDD, a diamond-containing charge (in terms of UDD) is introduced in an amount of 5 10 g / l, the electrolyte is heated to a temperature of 50-60 ^o C, maintained at a given temperature for 10 48 hours, the electrolyte is studied at a current density of 40 50 A / dm ² for 3 8 hours, and the deposition process is carried out at an electrolyte temperature of 50 - 60 ^o C and a current density of 50 60 A / dm ² .

Увеличение износостойкости и микротвердости покрытия происходит за счет измельчения и упорядочения структуры хромового покрытия в результате воздействия на него ультрадисперсных частиц алмазов, содержащихся в шихте, в процессе осаждения. Чем больше кристаллитов осадка ориентировано в одном направлении, тем совершеннее структура и выше анизотропия свойств осадка, т.е. с увеличением степени совершенства текстуры хромовых покрытий повышается износостойкость, микротвердость и коррозионная стойкость покрытия. The increase in wear resistance and microhardness of the coating occurs due to grinding and ordering of the structure of the chromium coating as a result of exposure to it of ultrafine particles of diamonds contained in the charge during the deposition process. The more crystallites of the precipitate are oriented in one direction, the more perfect the structure and the higher the anisotropy of the properties of the precipitate, i.e. with an increase in the degree of perfection of the texture of chrome coatings, the wear resistance, microhardness, and corrosion resistance of the coating increase.

Для пояснения изобретения ниже описаны примеры осуществления способа. To explain the invention, examples of the method are described below.

В электролит, содержащий хромовый ангидрид, кислоту серную, калий кремнефтористый, барий сернокислый, вводят алмазосодержащую шихту при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид (CrO₃) 225 275
Кислота серная (H₂SO₄) 0, 25 0,75
Калий кремнефтористый (K₂SiF₂) 18 20
Барий сернокислый (BaSO₄) 6 8
Алмазо-содержащая шихта (в пересчете на УДА) 5 15
При этом алмазосодержащая шихта содержит УДА в пределах 40 60 мас.A diamond-containing mixture is introduced into the electrolyte containing chromic anhydride, sulfuric acid, potassium silicofluoride, barium sulfate, in the following ratio of components, g / l:
Chromic Anhydride (CrO ₃ ) 225 275
Sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ) 0, 25 0.75
Potassium silicofluoride (K ₂ SiF ₂ ) 18 20
Barium sulfate (BaSO ₄ ) 6 8
Diamond-containing mixture (in terms of UDD) 5 15
Moreover, the diamond-containing mixture contains UDD in the range of 40 to 60 wt.

Ниже приводятся примеры использования растворов электролитов, содержащих в г/л: хромовый ангидрид (CrO₃) 250, кислота серная (H₂SO₄) 0,35, калий кремнефтористый (K₂SiF₆) - 19, барий сернокислый (BaSO₄) 8 и отличающееся друг от друга содержанием алмазосодержащей шихты (в пересчете на УДА) в каждом растворе в количестве (г/л): 4, 5, 9, 15 и 18.The following are examples of the use of electrolyte solutions containing in g / l: chromic anhydride (CrO ₃ ) 250, sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ) 0.35, potassium silicofluoride (K ₂ SiF ₆ ) - 19, barium sulfate (BaSO ₄ ) 8 and differing from each other in the content of diamond-containing mixture (in terms of UDD) in each solution in the amount (g / l): 4, 5, 9, 15 and 18.

Пример 1. Алмазосодержащую шихту (в пересчете на УДА) в количестве 4 г/л вводят в электролит, нагревают до 60^oC в течение 10 ч, а затем прорабатывают током плотностью 40 А/дм₂ в течение 8 ч. Процесс осаждения покрытия на образцы ведут при плотности тока 55 А/дм₂ и температуре 58^oC. Полученное покрытие по сравнению с прототипом имеет износостойкость несколько ниже и в относительных единицах составляет 0,98, при этом микротвердость равна 760 кгс/мм², а коррозионная стойкость по сравнению с прототипом 0,96 относительных единиц.Example 1. A diamond-containing charge (in terms of UDD) in an amount of 4 g / l is introduced into the electrolyte, heated to 60 ^o C for 10 hours, and then worked out with a current density of 40 A / dm ₂ for 8 hours. The process of deposition of the coating on the samples are carried out at a current density of 55 A / dm ₂ and a temperature of 58 ^o C. The resulting coating in comparison with the prototype has a slightly lower wear resistance and is 0.98 in relative units, while the microhardness is 760 kgf / mm ² and the corrosion resistance is compared with a prototype of 0.96 relative units.

Пример 2. Алмазосодержащую шихту (в пересчете на УДА) в количестве 5 г/л вводят в электролит, нагревают до 57^oC в течение 15 ч, а затем прорабатывают током плотностью 43 А/дм² в течение 7 ч. Процесс осаждения покрытия на образцы ведут при плотности тока 55 А/дм² и температуре 58^oC. Полученное покрытие по сравнению с прототипом имеет износостойкость выше и в относительных единицах составляет 1,10 при микротвердости 860 кгс/мм², а коррозионная стойкость по сравнению с прототипом 1,11 относительных единиц.Example 2. A diamond-containing charge (in terms of UDD) in an amount of 5 g / l is introduced into the electrolyte, heated to 57 ^o C for 15 hours, and then worked out with a current density of 43 A / dm ² for 7 hours. The deposition process of the coating on the samples are conducted at a current density of 55 A / dm ² and a temperature of 58 ^o C. The resulting coating, in comparison with the prototype, has higher wear resistance and in relative units is 1.10 with a microhardness of 860 kgf / mm ² , and corrosion resistance compared to prototype 1, 11 relative units.

Пример 3. Алмазосодержащую шихту (в пересчете на УДА) в количестве 9 г/л вводят в электролит, нагревают до 55^oC в течение 21 ч, а затем прорабатывают током плотностью 45 А/дм,2 в течение 6 ч. Процесс осаждения покрытия на образцы ведут при плотности тока 55 А/дм² и температуре 58^oC. Полученное покрытие по сравнению с прототипом имеет износостойкость выше и в относительных единицах составляет 1,18 при микротвердости 880 кгс/мм², а коррозионная стойкость по сравнению с прототипом 1,19 относительных единиц.Example 3. A diamond-containing charge (in terms of UDD) in an amount of 9 g / l is introduced into the electrolyte, heated to 55 ^o C for 21 hours, and then worked out with a current density of 45 A / dm, 2 for 6 hours. The coating deposition process samples are conducted at a current density of 55 A / dm ² and a temperature of 58 ^o C. The resulting coating, in comparison with the prototype, has higher wear resistance and in relative units is 1.18 with a microhardness of 880 kgf / mm ² , and corrosion resistance compared to prototype 1 , 19 relative units.

Пример 4. Алмазосодержащую шихту (в пересчете на УДА) в количестве 15 г/л вводят в электролит. Нагревают до 53^oC в течение 32 ч, а затем прорабатывают током плотностью 48 А/дм² в течение 4 ч. Процесс осаждения покрытия на образцы ведут при плотности тока 55 А/дм² и температуре 58^oC. Полученное покрытие по сравнению с прототипом имеет износостойкость выше и в относительных единицах составляет 1,22 при микротвердости 910 кгс/мм², а коррозионная стойкость по сравнению с прототипом 1,25 относительных единиц.Example 4. Diamond-containing mixture (in terms of UDD) in an amount of 15 g / l is introduced into the electrolyte. Heated to 53 ^o C for 32 h, and then worked out with a current density of 48 A / dm ² for 4 hours. The process of deposition of the coating on the samples is carried out at a current density of 55 A / dm ² and a temperature of 58 ^o C. The resulting coating compared with the prototype has a higher wear resistance and in relative units is 1.22 with a microhardness of 910 kgf / mm ² , and corrosion resistance compared to the prototype is 1.25 relative units.

Пример 5. Алмазосодержащую шихту (в пересчете на УДА) в количестве 18 г/л вводят в электролит. Нагревают до 50^oC в течение 48 ч, а затем прорабатывают током плотностью 50 А/дм² в течение 3 ч. Процесс осаждения покрытия на образцы ведут при плотности тока 55 А/дм² и температуре 58^oC. Полученное покрытие по сравнению с прототипом имеет износостойкость выше и в относительных единицах составляет 1,24 при микротвердости 920 кгс/мм², а коррозионная стойкость по сравнению с прототипом 1,27 относительных единиц. Все параметры растут и по отношению к результатам, полученным в примере 4, но незначительно.Example 5. A diamond-containing mixture (in terms of UDD) in an amount of 18 g / l is introduced into the electrolyte. Heated to 50 ^o C for 48 hours, and then worked out with a current density of 50 A / DM ² for 3 hours. The process of deposition of the coating on the samples is carried out at a current density of 55 A / DM ² and a temperature of 58 ^o C. The resulting coating compared with the prototype has a higher wear resistance and in relative units is 1.24 with a microhardness of 920 kgf / mm ² , and corrosion resistance compared to the prototype is 1.27 relative units. All parameters grow in relation to the results obtained in example 4, but slightly.

Пример 6. Ультрадисперсные алмазы в количестве 10 г/л вводят в электролит до 58^oC и ведут процесс осаждения при заданной температуре и плотности тока 55 А/дм². Износостойкость полученного покрытия и корозионную стойкость принимают за единицу, микротвердость при этом составляет 850 кгс/мм².Example 6. Ultrafine diamonds in an amount of 10 g / l are introduced into the electrolyte up to 58 ^o C and conduct the deposition process at a given temperature and current density of 55 A / DM ² . The wear resistance of the obtained coating and corrosion resistance are taken as a unit, while the microhardness is 850 kgf / mm ² .

Во всех примерах толщина хром-алмазного покрытия составляла 15 мкм. Плотность тока при проведении процесса осаждения выбрана в интервале 50 60 А/дм² из условия получения светлого блестящего покрытия на деталях. Экспериментально доказано, что при плотности тока ниже 50 А/дм² покрытие получается матовое, что непосредственно влияет на снижение износостойкости и коррозионной стойкости.In all examples, the thickness of the chromium-diamond coating was 15 μm. The current density during the deposition process is selected in the range of 50 to 60 A / dm ² from the conditions for obtaining a bright shiny coating on the parts. It has been experimentally proved that at a current density below 50 A / dm ^{2, the} coating is matte, which directly affects the decrease in wear and corrosion resistance.

Износостойкость полученных хром-алмазных покрытий определяли на машине трения СМЦ-2 в условиях трения скольжения со смазкой, на нагрузке 98Н, скорость скольжения 1,15 м/с, на образцах стали 30ХГСА по схеме: вращающийся диск (контртело) неподвижный диск с покрытием толщиной 15 мкм. В качестве контртела использовали диск диаметром 180 мм, толщиной 0,5 мм, закаленный до твердости 50-55 HRC. Микротвердость измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 200 г. The wear resistance of the obtained chromium-diamond coatings was determined on a SMC-2 friction machine under sliding friction with lubricant, at a load of 98N, the sliding speed is 1.15 m / s, on 30KhGSA steel samples according to the scheme: a rotating disk (counterbody) a fixed disk with a coating thickness 15 microns. As a counterbody, a disk with a diameter of 180 mm, a thickness of 0.5 mm, hardened to a hardness of 50-55 HRC was used. Microhardness was measured on a PMT-3 microhardness meter with a load of 200 g.

Коррозионную стойкость покрытия определяли методом погружения в 3% раствор хлористого натрия (NaCl) с последующим определением числа коррозионных поражений на 5 см² поверхности через 100 ч испытаний.The corrosion resistance of the coating was determined by immersion in a 3% solution of sodium chloride (NaCl), followed by determination of the number of corrosion lesions on 5 cm ^{2 of the} surface after 100 hours of testing.

Данные испытаний, подтверждающие правомерность выбора соотношения компонентов и режимов процесса нанесения покрытий приведены в таблице. Test data confirming the legitimacy of the choice of the ratio of components and modes of the coating process are shown in the table.

Предложенный способ получения хром-алмазных покрытий по сравнению с известными способами получения износостойкости покрытий обеспечивает повышение износостойкости, микротвердости и коррозионной стойкости покрытий, а также существенно снижает себестоимость технологии получения хром-алмазных покрытий за счет применения более дешевой алмазосодержащей шихты вместо ультрадисперсных алмазов. The proposed method for producing chromium-diamond coatings in comparison with the known methods for obtaining the wear resistance of coatings provides an increase in the wear resistance, microhardness and corrosion resistance of coatings, and also significantly reduces the cost of the technology for producing chromium-diamond coatings by using a cheaper diamond-containing charge instead of ultrafine diamonds.

Способ применим в условиях действующего гальванического производства без дополнительных затрат. The method is applicable in the current galvanic production at no additional cost.

Claims (1)

Способ электрохимического нанесения хром-алмазного покрытия, включающий введение в электролит ультрадисперсного алмазного порошка (УДА) и осаждение при 50 60^oС и плотности тока 50 60 А/дм², отличающийся тем, что ультрадисперсный алмазный порошок вводят в электролит в виде алмазосодержащей шихты в количестве 5 10 г/л (в пересчете на УДА), перед осаждением электролит выдерживают при 50 60^oС в течение 10 48 ч и прорабатывают при плотности тока 40 50 А/дм² в течение 3 8 ч.A method for the electrochemical deposition of a chromium-diamond coating, comprising introducing an ultrafine diamond powder (UDD) into the electrolyte and precipitating at 50-60 ^° C and a current density of 50-60 A / dm ² , characterized in that the ultrafine diamond powder is introduced into the electrolyte in the form of a diamond-containing charge in the amount of 5 to 10 g / l (in terms of UDD), before deposition, the electrolyte is maintained at 50 60 ^o C for 10 48 hours and worked at a current density of 40 50 A / dm ² for 3 8 hours

Images