Способ получения композиционных электрохимических покрытий

(51) С 251) 15100 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Витебский государственный технологический университет (ВУ)(72) Авторы Клименков Степан Степанович Груздев Дмитрий Александрович Новиков Александр Кузьмич(73) Патентообладатель Учреждение образования Витебский государственный технологический университет (ВУ)Способ получения композиционных электрохимических покрытий, включающий обезжиривание, травление заготовки и двухстадийное электрохимическое осаждение металлической матрицы с включением дисперсных частиц, отличающийся тем, что на первой стадии проводят седиментационное осаждение дисперсных частиц с одновременным зараЩиванием частиц слоем металла-матрицы для их закрепления, а на второй стадии проводят ускоренное зараЩивание осажденных частиц металлом-матрицей путем прокачивания электролита-суспензии со скоростью 25-50 мм/с при повышении плотности токаИзобретение относится К электрохимии, в частности К способам осаждения композиционных покрытий из электролитов-суспензий.Известен, принятый за прототип, способ получения КОМПОЗИЦИОННЫХ электрохимических покрытий 1. Способ заключается в прокачивании через межэлектродное пространство суспензии, содержащей частицы дисперсной фазы определенного размера. Скорость прокачки электролита-суспензии изменяют циклически так, что в каждом цикле за скоростью, способствующей механической активации катодной поверхности частицами дисперсной фазы, следует скорость, способствующая зарастанию частиц покрытием. Недостатком прототипа является ограничение по диапазону размеров дисперсной фазы, включаемой в покрытие, поскольку каждой скорости прокачки электролита-суспензии соответствует определенный размер частиц, оседающих на поверхности изделия.Обычно применяемые при осаждении Композиционных электрохимических покрытий(КЭП) порошковые частицы имеют размер 5-60 мм. Для их одновременного включения в покрытие применяют седиментационный метод осаждения КЭП 2, заключающийся в выделении Композиционных электрохимических покрытий из густых суспензий с вь 1 соКим (до 60-70 ) содержанием дисперсной фазы при горизонтальном расположении катода, на поверхность которого седиментируют макрочастицы вещества. Были получены КЭП с матрицей из никеля с содержанием макрочастиц А 12 О 3 на горизонтально расположенном катоде, нижняя сторона которого была изолирована лаком.Для того чтобы обеспечить встречу частицы с катодом (и растущим покрытием), необходимо их в достаточном количестве подвести К нему с определенной скоростью. Скорость оседания частиц можно оценить формулой Стокса, которая имеет видр - пикнометрическая плотность порошка Кг/ м 3Теоретические расчеты и практика показывают, что скорость оседания дисперсных частиц значительно больше скорости осаждения многих электролитических покрытий. Следовательно, по истечении определенного времени, дисперсные частицы, не успевшие зарасти металлом-матрицей, покроют тонким слоем поверхность катода. Таким образом,при седиментационном способе получения композиционного электрохимического покрь 1 тия, имеет место экранирование поверхности катода, происходящее тем больше, чем менее электропроводна частица. Данное обстоятельство существенно снижает скорость процесса получения покрытия, вплоть до его полного прекращения.Ускорить процесс образования покрытия можно, уменьшая толщину прикатодного(диффузионного) слоя, обедненного ионами осаждаемого металла. При прокачивании электролита-суспензии фронтально К катоду частицы оказывают воздействие на характер протекающих на электродах процессов и качество поверхности кристаллизируемого металла. Их воздействие препятствует образованию экранирующего слоя, а также приводит К механическому снятию пассивирующих пленок (ослабляется поляризация). Движущиеся твердые частицы очищают поверхность от адсорбированных пузырьков газа и механических загрязнений. Пассивирующие пленки обладают защитной способностью против истирания абразивом, но при малых скоростях движения. Существует значение критической скорости, при которой скорость разрушения пленки равна скорости ее образования, при более высоких скоростях движения наступает депассивация. Однако при высоких скоростях движения электролита-суспензии частицы не задерживаются на поверхности катода и не успевают зарастать металлом-матрицей, что приводит К получению покрытий с низким содержанием дисперсной фазы.Таким образом, при совместном осаждении Металлов с частицами различной электропроводности действуют два противоположно направленных фактора с одной стороны,депассивация поверхности за счет абразивных частиц, счищающих поверхность катода от пассивных пленок, окислов, газов, которая увеличивает их активную поверхность с другой стороны, экранирование поверхности катода, происходящее тем больше, чем менее электропроводна частица.Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение композиционных электрохимических покрытий с высоким содержанием дисперсной фазы, а также интенсификация процесса осаждения композиционного покрытия.Указанная техническая задача решается за счет того, что процесс осаждения композиционного покрытия является двухстадийным на первой стадии проводят седиментационное осаждение дисперсных частиц с одновременным заращиванием частиц слоем металламатрицы для их закрепления, а на второй стадии проводят ускоренное заращивание осажденных частиц металлом-матрицей путем прокачивания электролита-суспензии со скоростью 255 О мм/с при повышении плотности тока до 251 ОО А/дм 2.Принципиальная схема реализации способа изображена на фиг. 1.Схема заращивания частиц металлом-матрицей показана на фиг. 2.На фиг. 2 обозначены слой предварительного закрепления металла-матрицы 1, слой скоростного заращивания металла-матрицы П, частицы 1 П.Способ осуществляется следующим образом.Заготовка 2, на которую планируется нанести композиционное покрытие, подвергается предварительной обработке, состоящей из химического обезжиривания, промывки и травления. Заготовку помещают на диафрагму 6 и закрепляют в закрытой гальванической ванне 3. Ванна заполняется электролитом-суспензией 7. Процесс осаждения композиционного покрытия состоит из двух циклически повторяющихся стадий. Первая стадия заключается в седиментационном осаждении (условия электролиза - стандартные), при котором происходит заращивание частицы металлом-матрицей на слой 1, необходимый для ее удержания. Вторая стадия заключатся в ускоренном осаждении металла-матрицы на слой П,толщиной в линейный размер частицы П 1 путем прокачивания электролита-суспензии со скоростью 255 О мм/с при повышении плотности тока до 251 ОО А/дм 2.Прокачивание электролита-суспензии позволяет смыть частицы, экранирующие поверхность катода, а также повысить плотность тока, а следовательно интенсифицировать процесс осаждения. Кроме того, движущиеся частицы оказывают благоприятное влияние на поверхность осаждаемого слоя, улучшая тем самым качество поверхности. Прокачивание электролита-суспензии осуществляется при помощи насоса 5.Пример получение композиционного покрытия на основе никеля с включениями дисперсных частиц А 12 О 3.Заготовка, на которую планируется нанести композиционное покрытие, подвергается предварительной обработке, состоящей из химического обезжиривания, промывки и травления. Обезжиривание проводят методом погружения в раствор следующего состава, г/лПродолжительность обезжиривания - 6 мин при температуре г 60-70 С. После обезжиривания заготовку промывают в горячей воде и подвергают травлению в растворе соляной кислоты 250-300 г/л до удаления окислов в течение 10-15 мин. Промывку протравленной заготовки осуществляют в воде, рН 5,5.ПОСЛ ПрОВСДСНИЯ предварительной обработки ЗЗГОТОВКУ ПОМЩЗЮТ горизонтально на диафрагму В ГЗЛЬВЗНИЧСКУЪО ванну С ЭЛСКТрОЛИТОМ СЛСДУЮЩГО состава, Г/Л 2В электролит добавляется мелкодисперсный порошок А 12 О 3 с гранулометрическим составом 51 О мкм, распределенных по всему объему раствора. Концентрация порошка в электролите составляет 15 О 2 ОО г/л. рН-электролита 5,2-5,5. Температура г 35-55 С. Плотность тока О,5-1,2 А/дм 2.Частицы седиментируют на поверхность катода и зараЩиваются металлом-матрицей. Время седиментационной стадии составляет 27 мин.Вторая стадия составляет 1 О 15 мин. За это время частица полностью зараЩивается металлом-матрицей. Стадии ускоренного зараЩивания дисперсных частиц металломматрицей осуществляются путем прокачивания электролита-суспензии со скоростью 255 О мм/с. Прокачивание электролита-суспензии позволяет повысить плотность тока до 251 о 0 А/дм 2.Анализ макроструктуры полученного композиционного материала показал равномерность распределения керамических частиц в матрице, а также отсутствие пор и трещин,что свидетельствует о низкой напряженности композиционного материала. Вследствие равномерной структуры полученного материала его прочность в 1,5 раза выше, чем у отожженного никеля, и составляет 1000-1100 МПа.Предлагаемый способ позволил увеличить скорость образования КЭП в 1,3-1,5 раза.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.