способ получения гальванического покрытия сплавами на основе никеля на хромсодержащих материалах

Формула изобретения

Способ получения гальванического покрытия сплавом на основе никеля на хромсодержащем материале, включающий предварительную термообработку заготовки перед нанесением на нее покрытия с последующим охлаждением, формирование гальванического покрытия сплавом из никельсодержащего электролита и последующую термическую обработку заготовки с покрытием, отличающийся тем, что предварительную термообработку заготовки перед нанесением на нее покрытия осуществляют в среде водорода при температуре 400°С с последующим охлаждением ее в той же среде, а последующую термообработку заготовки с покрытием производят при температуре 180-200°С в течение 5-6 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам получения гальванического покрытия сплавами на основе никеля на изделия из хромсодержащего материала, которое используется в области техники, медицины, машиностроения, а в связке с алмазными зернами применяется для изготовления высокоточного абразивного инструмента.

Известен способ получения гальванического никелевого покрытия, включающий электроосаждение покрытия и термическую обработку деталей с гальваническим покрытием птем многоступенчатого нагрева деталей до заданной температуры с изотермической выдержкой на каждой стадии (Авт. св. № 1474182 МКИ: C25D 5/50, 1989). Однако данный способ отличается недостаточно высокой степенью взаимодействия электроосажденных слоев с подложкой в процессе отжига, что отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытия с поверхностью заготовки.

Наиболее близким к заявленному является способ получения прочносцепленных гальванических покрытий на металлах и сплавах, включающий термообработку заготовки перед нанесением на нее покрытия нагревом до 0,85÷0,90 температуры солидуса ее материала с последующим охлаждением в воде, электроосаждение гальванического покрытия на поверхность и последующую термическую обработку изделия с покрытием при температуре 0,5÷0,7 температуры плавления более легкоплавкого материала в системе покрытие-основа в течение 0,5÷1,0 час (Пат. РФ № 2051205, МПК: C25D 5/34; 5/50; C22F 1/00, 1992) Однако температурно-временные режимы термообработок, приведенные в способе, не приемлемы для хромсодержащих материалов заготовок и для комплексного покрытия сплавами на основе никеля. При нагреве заготовок из хромсодержащих материалов при температуре, указанной в способе, они деформируются и изменяют свои геометрические размеры, что исключает получение высокоточного калиброванного инструмента. Образующиеся при термообработке в воздушной среде окислы в дальнейшем требуют специальной обработки, что усложняет способ. Высокая температура отжига заготовки уже с покрытием, указанная в патенте, для нашего комплексного покрытия, предлагаемого для широкого применения, в котором могут использоваться алмазные шлифпорошки, не может быть применена. Так как, например, алмазы при температуре выше 400°С подвергаются графитизации и при механическом воздействии вылущиваются, тем самым ухудшается качество алмазного инструмента.

Технической задачей предлагаемого изобретения является выбор оптимальных условий термообработки заготовок из хромсодержащих материалов до и после нанесения на поверхность многослойного гальванического покрытия сплавами на основе никеля для повышения прочности сцепления гальванического покрытия с основой, используемого для изготовления высокоточных калиброванных изделий и, в частности, качественного алмазного инструмента.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известном способе получения гальванического покрытия сплавами на основе никеля на хромсодержащих материалах, заключающемся в предварительной термообработке заготовки перед нанесением на нее покрытия с последующим охлаждением ее, формировании на ней гальванического покрытия из никельсодержащего электролита и последующей термообработке заготовки с покрытием, предварительную термообработку заготовки перед нанесением на нее покрытия осуществляют в среде водорода при температуре 400°С с последующим охлаждением ее в этой среде, а последующую термообработку заготовки с покрытием производят при температуре 180-200°С в течение 5-6 часов.

Отличительными признаками предлагаемого способа является то, что предварительную термическую обработку заготовки перед нанесением на нее покрытия проводят в среде водорода при температуре 400°С с последующим охлаждением ее в этой среде, а последующую термообработку заготовки уже с покрытием осуществляют при температуре 180-200°С в течение 5-6 часов.

Условием получения эффекта по предлагаемому способу являются режимы термообработок, выбранные опытным путем. Проведение предварительной термообработки заготовки перед нанесением на нее покрытия и последующее охлаждение ее в среде водорода предупреждает образование на поверхности окисной пленки, и раскисление имеющихся не требуется, что позволяет значительно сократить последующие процессы без дополнительных материалозатрат. Оптимальными условиями предварительной термообработки является нагрев при температуре 400°С для снятия внутренних напряжений с восстановлением кристаллической структуры и стабилизации покрываемой поверхности. Предварительный нагрев заготовки выше 400°С неприемлем для заготовок из хромсодержащего материала. Заготовки деформируются и изменяют свои геометрические размеры, что не пригодно для получения точного калиброванного инструмента с покрытием. Нагрев ниже 400°С снижает эффективность последующего диффузионного отжига, т.к. недостаточно снятые внутренние напряжения на поверхности снижают зону взаимодействия покрытие-основа. Температурно-временные режимы последующего отжига заготовки с покрытием выбраны для возможности использования в гальваническом покрытии сплавами на основе никеля алмазного шлифпорошка. Оптимальные условия термообработки заготовки с покрытием 200-180°С в течение 5-6 часов. Температура отжига ниже 180°С не обеспечивает достаточной стабилизации поверхности заготовки и достаточной степени снятия внутренних напряжений в покрытии, что в дальнейшем снижает прочность сцепления покрытия с основой. Температура отжига более 200°С приводит к тому, что возможно использованные в покрытии алмазы подвергаются графитизации и при механической обработке они вылущиваются, тем самым снижая качество нанесенного покрытия, в частности при использовании в изготовлении алмазных инструментов. Время отжига заготовки с покрытием установлено опытным путем - оптимальное 5-6 часов, оно необходимо при данной температуре для стабилизации заготовок с покрытием.

Пример конкретного выполнения.

Образцы из высокохромистой стали 40×13 подвергали нагреву в камерной электропечи в атмосфере водорода при температуре 400°С в течение 1,5-2 часов с последующим их охлаждением в той же атмосфере. Далее на поверхности образца проводили формирование покрытия сплавами из никельсодержащего электролита. Образцы с покрытием подвергали диффузионному отжигу при температуре 180-200°С в течение 5-6 часов.

Адгезионные свойства покрытия с основой определяли по результатам циклических перепадов температур, отжиг при 600°С и резкое охлаждение. Покрытие по предлагаемому способу не претерпевает изменения. При работе изделий на высоких скоростях выше 100000 об/мин покрытия не отслаивались и не расслаивались, на изломе также не растрескивались.

Числовые значения режимов обработки и результаты измерения прочности сцепления сведены в таблицу.

Примеры реализации предлагаемого способа получения гальванического покрытия сплавами на основе никеля на хромсодержащих материалах показывают его преимущества по сравнению с известным. Гальваническое покрытие сплавами на заготовке, полученное по предлагаемому способу, отличается высокими адгезионными свойствами без изменения геометрических размеров заготовки и может найти применение, в частности, для получения высококачественного, высокоточного, калиброванного инструмента, в частности абразивного инструмента.

Таблица
№ п/п опыта	Термообработка	Результаты
Термообработка до нанесения покрытия	Термообработка заготовки с покрытием (воздушная среда)
Среда	Т, °С	Т, °С
1	Н2	400	180	6 ч	Прочносцепленное покрытие не отслаивается, на изломе не трескается, возможность получения качественного калиброванного алмазного инструмента, с минимальными трудо- и энергозатратами.
2	Н2	400	200	5 ч
3	Н2	400	190	5,5 ч
4	H2	300	190	5,5 ч	Недостаточная прочность сцепления покрытия с основой, покрытие отслаивается при изгибе.
5	Н2	600	190	5,5 ч	Деформация хромсодержащей заготовки, невозможно получение точного калиброванного абразивного инструмента.
6	Н2	400	170	7 ч	Прочносцепленное абразивное покрытие при дополнительных энергозатратах.
7	Н2	400	210	4 ч	Отслоение отсутствует. Наблюдается межслойное растрескивание при изгибе.
8	воздух	400	190	5,5 ч	Образование окисной пленки на заготовке, требуются дополнительные материало- и трудозатраты при подготовке перед покрытием.