способ электролитического осаждения сплава железо-молибден-кобальт

Формула изобретения

Способ электролитического осаждения сплава из электролита, содержащего хлористое железо, молибдат аммония, лимонную кислоту, соляную кислоту и воду, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит хлористый кобальт при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлористое железо 350-400

Молибдат аммония 0,2-1,2

Хлористый кобальт 5-30

Лимонная кислота 2-8

Соляная кислота 0,5-2,0

а осаждение ведут на переменном асимметричном токе, начиная с коэффициента асимметрии 1,2 и повышая его до 6, катодной плотности тока 40-60 А/дм² и температуре электролита 30-40°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железо-молибдено-кобальтовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Известен способ электролитического осаждения покрытия из электролита, содержащего, г/л: молибдат натрия 30, сернокислое железо 2-10; лимонную кислоту 20, аммиак 3-9. Электроосаждение происходит при температуре 40-60°С и позволяет получать покрытия микротвердостью до 7000 МПа при интервале катодных плотностей тока 0,7-1 А/дм² (Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Л., “Машиностроение”, 1977, с.71-72). Недостатком данного способа является высокая температура электроосаждения и низкий интервал катодных плотностей тока.

За прототип взят известный способ осаждения покрытия из электролита, содержащего, г/л: хлористое железо 350-400, молибдат аммония 0,2-2, лимонную кислоту 2-8, соляную кислоту 0,5-2. Процесс осаждения ведется при температуре электролита 30-40°С и интервале катодных плотностей тока 35-40 А/дм². Получаемое покрытие имеет микротвердость порядка 8300 МПа (Патент на изобретение №2169799, МПК С 25 D 3/56 Электролит для осаждения покрытия. Авт. Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Серебровский В.В. и Коняев Н.В.). Недостатком данного электролита является низкая микротвердость и износостойкость получаемых покрытий. Осаждение покрытия из данного электролита имеет низкую производительность.

Задачей изобретения является повышение производительности способа, получение покрытия, обладающего повышенной микротвердостью и износостойкостью. Способ включает осаждение сплава железо-молибден-кобальт из электролита, содержащего, г/л:

Хлористое железо 350-400

Молибдат аммония 0,2-1,2

Хлористый кобальт 5-30

Лимонная кислота 2-8

Соляная кислота 0,5-2,0

Процесс осаждения покрытия ведут на переменном асимметричном токе, начиная с коэффициента асимметрии 1,2 и повышая его до 6, катодной плотности тока 40-60 А/дм ² и температуре электролита 30-40°С.

Данный электролит получают соединением хлористого железа и молибдато-цитратного комплекса и хлористого кобальта. Молибдато-цитратный комплекс предварительно получают из молибдата аммония и лимонной кислоты. Количество молибдата аммония находится в интервале 0,2-1,2 г/л. Ниже 0,2 г/л применение молибдата аммония нецелесообразно, т.к. получаемое покрытие по твердости близко к покрытию твердым железом. Выше 1,2 г/л применение молибдата аммония приводит к образованию окислов молибдена, что резко ухудшает качество покрытия, снижает твердость покрытия. Наиболее оптимальным является содержание молибдата аммония 0,8 г/л. Получаемое покрытие имеет микротвердость 9000 МПа.

Содержание лимонной кислоты находится в пределах 2-8 г/л. Нижний предел обусловлен тем, что лимонная кислота является связующим звеном молибдата аммония и хлористого железа, и при концентрации менее 2 г/л не происходит связи в соединении - не получается качественный электролит. Верхний предел ограничен с экономической точки зрения, т.к. больше 8 г/л лимонной кислоты не происходит изменение качества электролита и покрытия. Лимонная кислота выступает в электролите так же, как и стабилизатор, предотвращает образование трехвалентного железа.

Концентрация хлористого кобальта находится в пределах 5-30 г/л. Нижний предел применения хлористого кобальта объясняется тем, что концентрация менее 5 г/л хлористого кобальта не вызывает повышения микротвердости и износостойкости покрытия. Верхний предел 30 г/л ограничивается образованием окислов кобальта, что способствует резкому ухудшению качества покрытий.

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).

Для поддержания кислотности электролита (рН) добавляется соляная кислота в количестве 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 покрытие и этим ухудшает его структуру. Наиболее оптимальным вариантом данного электролита является содержание соляной кислоты 1,5 г/л.

Электроосаждение происходит при температуре 30-40°С. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Выше 40°С не происходит значительных качественных изменений покрытия. Катодная плотность тока для данного электролита находится в пределах 40-60 А/дм ². Ниже 40 А/дм² плотность тока использовать нецелесообразно, т.к. целью получения электролита является повышение производительности электролита, а при низкой катодной плотности тока - малый выход по току. При катодной плотности тока больше 60 А/дм² происходит интенсивное дендритообразование и резко снижается выход по току.

Процесс осаждения покрытия проходит на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6. Начало электроосаждения протекает 2-3 минуты при коэффициенте асимметрии =1,2-1,5. При этом образуется мягкое покрытие, которое обеспечивает высокую сцепляемость с основным металлом. Потом происходит постепенное уменьшение анодной составляющей до коэффициента асимметрии =6, который характеризуется стабильной скоростью осаждения и высокой микротвердостью и износостойкостью покрытия. Дальнейшее повышение >6 не рекомендуется, т.к. покрытие близко по своим физико-механическим свойствам к покрытиям, полученным на постоянном токе.

На основе проведенных испытаний оптимальным режимом являются условия, приведенные в примере:

Для получения электролита сначала готовится молибдато-цитратный комплекс, включающий молибдат аммония 0,8 г/л и лимонную кислоту 5 г/л. Потом полученный комплекс соединяют с хлористым железом 350 г/л, хлористым кобальтом 25 г/л и соляной кислотой 1,5 г/л. Хлористое железо, хлористый кобальт, молибдат аммония и лимонная кислота растворяются в дистиллированной воде. Анодом служит малоуглеродистая сталь. Предварительно деталь подвергается обезжириванию венской известью и анодной обработке в растворе 30% серной кислоты. Электроосаждение происходит при температуре 40°С на переменном асимметричном токе с начальным коэффициентом асимметрии 1,2 в течение 2-3 мин и последующим осаждением при =6 с катодной плотностью тока 50 А/дм².

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 Н=9000 МПа и износостойкостью. Все это позволяет использовать электролитические железо-молибдено-кобальтовые покрытия в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.