способ электролитического осаждения сплава железо-кобальт

Формула изобретения

Способ электролитического осаждения сплава железо-кобальт из электролита, содержащего хлористое железо, кобальт хлористый, соляную кислоту, отличающийся тем, что осаждение ведут из электролита при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлористое железо 350-400

Кобальт хлористый 5-50

Соляная кислота 0,5-2

на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии тока 1,2-6 при температуре электролита 30-50С, интервале катодных плотностей тока 30-60 А/дм².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железо-кобальтовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Известен способ электролитического осаждения сплава из электролита, содержащего хлористое железо 100-150 г/л, хлористый кобальт 50-70 г/л, хлористый марганец 100-200 г/л. Процесс ведется при плотности тока 20-50 А/дм², температуре электролита 30-80С, при рН 0,8-1,6 (А.с. №264097, МПК С 23 В 5/32, Способ электролитического осаждения сплавов железа. Авт. А.Г.Виницкий, В.А.Пуда, В.И.Ковтун и Л.М.Мясковский).

Недостатком данного способа является ведение процесса при высокой температуре электролита, получаемые покрытия обладают низкой прочностью сцепления с основой, низкой микротвердостью и износостойкостью.

За прототип взят известный способ электролитического осаждения сплава железо-кобальт из электролита, содержащего хлористое железо 100-200 г/л, кобальт хлористый 10-60 г/л, полиамидную смолу 8-20 г/л. Процесс осаждения покрытия осуществляют при катодной плотности тока 10-40 А/дм², температуре электролита 50-80С и рН 1,1-1,8 (А.с. №382764 МПК С 23 в 5/32. Электролит для для электролитического осаждения сплава железо-кобальт. Авт. А.Г.Терхунов, В.М.Тиунов и С.А.Матиенко).

Недостатком данного способа является недостаточная микротвердость, износостойкость и низкая прочность сцепления покрытия с основой.

Для повышения микротвердости, износостойкости получаемых покрытий и повышения прочности сцепления покрытия с основным металлом предлагается способ электролитического осаждения сплава железо-кобальт из электролита, содержащего, г/л:

Хлористое железо 350-400

Кобальт хлористый 5-50

Соляная кислота 0,5-2,0

Процесс осаждения ведут на переменном асимметричном токе, начиная с коэффициента асимметрии 1,2 и повышая до 6, катодной плотности тока 30-60 А/дм, температуре электролита 30-50С.

Данный электролит получают соединением водных растворов хлористого железа и хлористого кобальта. Для поддержания кислотности добавляется соляная кислота.

Концентрация хлористого железа находится в пределах 350-400 г/л. Нижний предел показывает зону минимальной вязкости. Верхний предел показывает зону максимальной электропроводности. (Швецов А.Н. Основы восстановления деталей осталиванием. Омск, 1973, с.77-79).

Содержание соляной кислоты находится в пределах 0,5-2,0 г/л. Верхний предел установлен из экономических соображений, электроосаждение железа на катоде происходит с одновременным разряжением водорода. С повышением содержания соляной кислоты резко увеличивается количество разряжающегося водорода и падает выход по току. Нижний предел выбран по качественным характеристикам структур электролитического железа. При содержании соляной кислоты меньше 0,5 г/л происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытия и этим ухудшает их структуру.

Содержание кобальта хлористого находится в интервале 5-50 г/л. Ниже 5 г/л применение хлористого кобальта нецелесообразно, т.к. получаемое покрытие по твердости близко к покрытию твердым железом. Выше концентрации 50 г/л применение хлористого кобальта приводит к изменению физико-механических свойств покрытия, резко увеличивается хрупкость, что отрицательно сказывается на износостойкости покрытия.

Переменный асимметричный ток дает возможность вести процесс при пониженной температуре 30-50С. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Движение ионов замедленное и скорость осаждения низкая. Выше 50С использовать осаждение покрытий невыгодно, т.к. получаемые покрытия имеют низкую микротвердость.

Катодная плотность тока находится в пределах 30-60 А/дм². Ниже 30 А/дм² плотность тока использовать не целесообразно, т.к. процесс электролиза имеет низкую скорость осаждения покрытия. При катодной плотности тока больше 60 А/дм² происходит интенсивное дендритообразование и резко снижается выход по току.

Процесс осаждения покрытия происходит на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6. Начало осаждения проходит 2-3 минуты при коэффициенте асимметрии =1,2-1,5. При этом образуется покрытие пониженной твердости, которое имеет высокую сцепляемость с основой Gсц=350 МПа. Потом происходит постепенное уменьшение анодной составляющей до коэффициента асимметрии =6, который характеризуется стабильной скоростью осаждения и высокой микротвердостью покрытия. Дальнейшее повышение не рекомендуется, т.к. процесс не отличается от осаждения на постоянном токе.

На основе проведенных испытаний оптимальными условиями способа являются условия, приведенные в качестве примера:

Электролит состоит из следующих компонентов в количестве, г/л:

Хлористое железо 350

Кобальт хлористый 40

Соляная кислота 1,5

Процесс электролитического покрытия ведут при температуре 40°С и катодной плотности тока 50 А/дм². Анодом служит малоуглеродистая сталь. Предварительно деталь подвергается обезжириванию венской известью и анодной обработке в растворе 30% серной кислоты. Процесс осаждения начинается при коэффициенте асимметрии 1,2, который повышают до 6. В дальнейшем осаждение идет при коэффициенте асимметрии 6. Покрытие имеет сцепляемость Gсц=350 МПа, микротвердость 8500 МПа. Состав покрытия: железо 88%, кобальт 12%. Скорость осаждения равна 0,4 мм/ч.

Предлагаемый способ имеет высокую производительность за счет применения переменного асимметричного тока. Он экономически эффективен, т.к. осаждение покрытия происходит при высокой катодной плотности тока и имеет высокую скорость осаждения покрытия. Покрытия, полученные предлагаемым способом, обладают высокой микротвердостью и износостойкостью, что позволяет их использовать в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.