Способ нанесения композиционного электрохимического покрытия

(51)С 25051013111 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Витебский государственный технологический университет (ВУ)(72) Авторы Клименков Степан Степанович Трубников Юрий Валентинович Груздев Дмитрий Александрович Новиков Александр Кузьмич(73) Патентообладатель Учреждение образования Витебский государственный технологический университет (ВУ)Способ нанесения композиционного электрохимического покрытия, включающий обезжиривание и травление заготовки, электрохимическое осаждение на поверхность вращающейся заготовки металлической матрицы с включением дисперсных частиц, отличающийся тем, что заготовку окунают в гальваническую ванну частично, на поверхность заготовки осаждают слой металла, после чего одновременно с осаждением на поверхность заготовки слоя металла осуществляют закрепление в нем дисперсных частиц порошка путем их воздушного распыления на поверхность вне гальванической ванны, причем соотнощение между временем заращивания З и временем распыления гр определяют по формуле1 - электрохимический эквивалент вещества частицР 1 - давление на выходе из форсунки распылителяР 2 - давление на входе форсунки распылителяЬ - длина канала движения частицИзобретение относится к электрохимии, в частности к способам нанесения композиционных электрохимических покрытий, и может быть использовано при нанесении композиционных покрытий для упрочнения поверхностей и защиты деталей от износа.За прототип принят способ нанесения композиционных электрохимических покрытий из суспензий 1, представляющих собой электролиты с добавкой определенного количества мелкодисперсного порошка. При наложении электрического тока на поверхности покрываемого предмета осаждается металл (первая фаза или матрица) и частицы порошка(вторая фаза), которые цементируются матрицей. При определенных условиях электролиза возможно получение покрытий, в которых могут быть частицы от самых минимальных до соизмеримых с толщиной осадка. Чаще всего КЭП получают из суспензий, содержащих твердую фазу в количестве 50-200 г/л, что составляет 1-20 объемн. . Процесс осаждения КЭП обычно проводят при непрерывном перемешивании электролита-суспензии. Введение частиц в электролит существенно уменьшает его электропроводность, что приводит к замедлению процесса осаждения, так как затруднительнее становится зарастание частиц на катоде. По толщине матрицы частицы располагаются неравномерно. Наибольшее количество частиц осаждается ближе к основному металлу и в тех местах, где выше плотность силовых линий тока. Повышенное газосодержание катодных осадков приводит к получению рыхлых осадков. Таким образом, описанные недостатки не позволяют данным способом получать композиционные покрытия с большим содержанием равномерно распределенной дисперсной фазы, необходимые для защиты деталей от износа.Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение композиционного электрохимического покрытия с высоким содержанием дисперсной фазы, равномерно распределенной по объему матрицы.Ускорить процесс образования покрытия и значительно повысить содержание дисперсной фазы в покрытии можно, уменьшая толщину прикатодного (диффузионного) слоя, обедненного ионами металла. Следует сказать, что используя интенсивное перемешивание, вызывающее турбулентное движение электролита в околокатодном пространстве,можно уменьшить толщину диффузионного слоя только до 10 мкм. Дальнейшее снижение ее достигается при механическом воздействии дисперсных частиц. Такое воздействие можно осуществлять воздушным распылением дисперсных частиц вне гальванической ванны.При воздушном распылении, дисперсные частицы оказывают воздействие на характер протекающих на электродах процессов и качество поверхности кристаллизируемого металла. Их воздействие приводит к механическому снятию пассивирующих пленок (ослабляется поляризация). Движущиеся твердые частицы очищают поверхность от адсорбированных пузырьков газа и механических загрязнений. Скорость распыления дисперсных частиц выбирается из условия обеспечения необходимого состава композиционного покрытия с учетом потерь.Таким образом, указанная техническая задача решается за счет того, что заготовку окунают в гальваническую ванну частично, на поверхность заготовки осаждают слой металла, после чего одновременно с осаждением на поверхность заготовки слоя металла осуществляют закрепление в нем дисперсных частиц порошка путем их воздушного распыления на поверхность вне гальванической ванны. Соотношение между временем заращивания и временем распыления определяется по формуле1 - электрохимический эквивалент вещества частицР 1 - давление на выходе из форсунки распылителяР 2 - давление на входе форсунки распылителяЬ - длина канала движения частицПринципиальная схема реализации способа изображена на фиг. 1.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 ось и частично окунают в гальваническую ванну 5. Ванна заполняется электролитом 4. На подготовленную поверхность заготовки методом электролиза осаждают слой металла, после чего осуществляют формование композиционного покрытия, для чего одновременно с электрохимическим осаждением покрытия производят закрепление в нем частиц порошка путем их воздушного распыления с помощью распылителя 1 вне гальванической ванны. Из распылителя частицы порошка подаются через игольчатый клапан при этом количество порошка определяется интенсивностью распыления. Тонкая струя порошка, выходящая из распылителя, диспергируется током сжатого воздуха, поступающего через отверстия в головке распылителя. Отверстия сопел нужно направлять так, чтобы обеспечить равномерное распыление частиц.Необходимо установить такое давление воздуха, при котором обеспечивается достижение требуемого качества покрытия и приемлемая скорость отбивки порошка и пь 1 леобразования (неизбежные потери). Другими факторами, которые влияют на выбор давления воздуха, является вязкость и поверхностное натяжение. Чем выше эти показатели, тем больше энергия, необходимая для распыления порошка, и тем мощнее должен быть поток воздуха.Распыление дисперсных частиц позволяет получать композиционные покрытия с равномерным распределением дисперсной фазы, а также позволяет повысить плотность тока,а следовательно, интенсифицировать процесс осаждения. Кроме того, движущиеся частиць 1 оказывают благоприятное влияние на поверхность осаждаемого слоя, уменьшая наводороженность покрытия и улучшая тем самым качество поверхности.Объемное содержание упрочняющей фазы, отвечающее оптимуму свойств, в значительной степени связано с технологическими возможностями равномерного распределения дисперсных частиц. Предложенный способ позволяет увеличивать объемное содер ВУ 7140 С 12005.06.30жание дисперсной фазы в гальваническом покрытии при ее равномерном распределении в матрице.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.После проведения предварительной обработки заготовку помещают на ось и частично окунают в гальваническую ванну. На подготовленную поверхность заготовки методом электролиза осаждают слой металла, после чего осуществляют формование композиционного покрытия. Одновременно с электрохимическим осаждением покрытия производят закрепление в нем частиц порощка А 12 О 3 с гранулометрическим составом 11 О мкм путем их воздушного распыления с помощью распылителя вне гальванической ванны. Заготовке сообщают непрерывное вращательное движение 120 об/мин. Диаметр распылительного клапана 0,3 мм. Продолжительность фазы напыления 24 мин. Затем в течение 51 О мин необходимо наращивать гальванический слой, после чего следует снова фаза напыления. Плотность тока 5. . . 10 А/дм 2.Анализ макроструктуры полученного композиционного материала показал равномерность распределения керамических частиц по толщине матрицы, а также отсутствие пор,что свидетельствует о низкой наводороженности композиционного электрохимического материала. Содержание дисперсной фазы в покрытии составило 15-20 объема. С помощью микроскопа видно, что каждая частица упрочняющей фазы полностью окружена одинаково ориентированной матрицей, отсутствие конгломератов частиц. Износостойкость полученного покрытия повысилась в 1,52 раза по сравнению с известным способом осаждения.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.