×
29.04.2019
219.017.458a

СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННИЕ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002439210
Дата охранного документа
10.01.2012
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области технологии осаждения электрохимических покрытий, а именно к области технологии осаждения композиционных электрохимических покрытий (КЭП), и может найти применение для повышения износостойкости внутренних поверхностей деталей машин, приборов и инструмента. Способ включает создание между поверхностями анода и катода межэлектродного пространства с подачей в созданное пространство электролита-суспензии, содержащего частицы дисперсной фазы, имеющего вращательно-поступательное движение с определенной угловой скоростью. Катоду придают вращательное движение с определенной угловой скоростью, а связь концентрации частиц дисперсной фазы в электролите с угловой скоростью вращения катода и заданным содержанием дисперсной фазы в покрытии выражается в виде определенной математической зависимости. Технический результат: получение композиционных электрохимических покрытий с заданным содержанием дисперсной фазы. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области технологии осаждения электрохимических покрытий, а именно к области технологии осаждения композиционных электрохимических покрытий (КЭП), и может найти применение для повышения износостойкости внутренних поверхностей деталей машин, приборов и инструмента. Предложенный способ может быть использован для получения КЭП на основе никеля, хрома, железа, меди с дисперсной фазой в виде микропорошков карбида кремния, корунда, алмаза, нитрида бора, графита и др. на цилиндрических внутренних поверхностях деталей машин, изготовленных из стали, алюминия, меди и других материалов, на которых возможно осаждение электрохимических покрытий. Например: гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, подшипники скольжения, детали спецтехники.

Известен способ и устройство осаждения КЭП на внутренние поверхности деталей. Способ включает создание между поверхностями анода и катода межэлектродного пространства с подачей в созданное пространство электролита-суспензии (ЭС), содержащего частицы дисперсной фазы (ДФ), в котором электролиту-суспензии, поступающему в межэлектродное пространство, придается вращательно-поступательное движение с определенной угловой скоростью. Способ принят за прототип (см. патент RU №2226574, опубл. 10.04.2004).

Недостатком прототипа является то, что он не учитывает влияние седиментации частиц в процессе осаждения КЭП на горизонтально расположенные внутренние поверхности, что затрудняет получение покрытия с заданным содержанием дисперсной фазы (ДФ).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества композиционных электрохимических покрытий, осаждаемых на горизонтально расположенные внутренние поверхности.

Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в получении композиционных электрохимических покрытий с заданным содержанием дисперсной фазы, получен в процессе выполнения научно-исследовательских работ по осаждению КЭП на внутренние поверхности гильз цилиндров двигателей мототехники. Заданное содержание ДФ в покрытии 10% (Kf=0,1), полученное содержание 10,9% (Kf=0,109).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе осаждения композиционных электрохимических покрытий на внутренние поверхности деталей машин, включающем создание между поверхностями анода и катода межэлектродного пространства с подачей в созданное пространство электролита-суспензии, содержащего частицы дисперсной фазы, имеющего вращательно-поступательное движение с определенной угловой скоростью, НОВЫМ является то, что катоду придают вращательное движение с определенной угловой скоростью, а концентрация частиц дисперсной фазы в электролите связана с угловой скоростью вращения катода и заданным содержанием дисперсной фазы в покрытии, а связь концентрации частиц дисперсной фазы в электролите с угловой скоростью вращения катода и заданным содержанием дисперсной фазы в покрытии выражают соотношением:

где

ωк- угловая скорость вращения катода, 1/с;

Ке - концентрация частиц дисперсной фазы в электролите;

Rа - радиус поверхности анода, м;

Rк - радиус поверхности катода, м;

η - катодный выход по току;

ε - электрохимический эквивалент металла покрытия, кг/А с;

J - величина технологического тока, А;

ρm - плотность металла покрытия, кг/м3;

Kf- коэффициент заданной объемной концентрации частиц дисперсной фазы в покрытии;

δ - заданная толщина покрытия, м;

Lk - длина поверхности катода, м;

d - диаметр частицы, м;

ρf - плотность частицы, кг/м3;

ρe - плотность электролита, кг/м3;

νe - кинематическая вязкость электролита, м2/с;

θ - коэффициент, учитывающий форму частицы;

θ=0,5

В качестве дисперсной фазы рекомендуют электрокорунд - αAl2O3, электрокорунд нормальный и карборунд - SiC в виде микропорошков с размером частиц 5…7 мкм и объемной концентрацией 2, 3…4%, что соответствует Кf=0,023…0,04.

Рекомендуют использовать частицы размером не более 3 мкм с Kf=0,025…0,05.

Оптимальные по износостойкости и пластичности покрытия содержат 6…11% корунда (Kf=0,06…0,11).

Рекомендуют использовать покрытия, содержащие частицы ДФ с размерами, находящимися в пределах 2…10 мкм или 28…40 мкм и Кf=0,15…0,25.

Проведенные исследования показали, что лучшие результаты по износостойкости дают покрытия, содержащие 10% (Kf=0,1)частиц карбида кремния или корунда размером 15 мкм.

Расхождения в рекомендациях обусловлены различием в условиях эксплуатации покрытий.

Следует отметить, что при реализации способа Kf относится к исходным данным и может принимать различные значения.

- Коэффициент формы частиц учитывает влияние формы частиц на скорость перемещения в центробежном поле. По рекомендациям, для частиц, форму которых трудно определить, θ=0,5.

- Коэффициент заданной объемной концентрации частиц дисперсной фазы в покрытии - Kf выражает отношение объема частиц к объему покрытия, в котором они находятся.

- Коэффициент концентрации дисперсной фазы в электролите - Ke величина безразмерная, т.к. выражает отношение объема частиц к объему электролита, в котором они находятся.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема перемещений частицы в межэлектродном пространстве, где

1 - катод;

2 - анод;

3 - частица дисперсной фазы;

υr - радиальная скорость частицы;

υe - осевая скорость перемещения частицы;

υc - скорость седиментации частицы;

υц - скорость перемещения частицы под действием центробежных сил;

ωf - угловая скорость вращения частицы;

ωк - угловая скорость вращения катода;

Rк - радиус катода;

Ка - радиус анода;

Lк - длина поверхности катода.

При вращении катода участки катодной поверхности периодически меняют свое положение относительно направления седиментации и условия осаждения выравниваются. Для того чтобы частицы ДФ в верхнем положении не отделялись от катодной поверхности сила тяжести частиц должна быть равна центробежной силе. В этом случае угловую скорость вращения катода определяют из выражения

g=9,8 м/c2;

Rк - радиус поверхности катода, м.

Связь между концентрацией частиц ДФ в электролите с заданным содержанием ДФ в покрытии получена на основе следующих соображений.

При осаждении КЭП в электролите, имеющем вращательное и поступательное движения, частицы ДФ перемещаются к поверхности катода со скоростью νr и параллельно поверхности катода со скоростью νe, а также вращаются с угловой скоростью ωf, равной у поверхности катода угловой скорости вращения катода ωк (см. чертеж). Скорость радиального перемещения частицы в верхней точке траектории равна разности между скоростью, возникающей от действия центробежных сил νц, и скоростью седиментации νс. Скорость радиального перемещения частицы в нижней точке траектории равна сумме этих скоростей. Средняя скорость радиального перемещения частицы νr равна νц. Для того чтобы частицы ДФ равномерно осаждались на всю поверхность катода со средней скоростью νr, катоду придается вращение с угловой скоростью ωк.

Время образования на поверхности катода осадка металла заданного объема определяется из выражения:

Rк - радиус поверхности катода;

η - катодный выход по току;

ε - электрохимический эквивалент металла покрытия;

J - величина технологического тока;

ρm - плотность металла покрытия;

Kf - коэффициент заданной объемной концентрации частиц ДФ в покрытии;

δ - заданная толщина покрытия;

Lk - длина поверхности катода.

За это же время в покрытие должно включиться количество частиц, объем которых определяется из выражения:

Время осаждения всех частиц ДФ, содержащихся в межэлектродном пространстве (МЭП), определяется из выражения

νe - кинематическая вязкость электролита;

d - диаметр частиц дисперсной фазы;

θ - коэффициент формы частиц;

ωк - угловая скорость вращения катода.

Для определения средней скорости осаждения частиц может быть использована формула:

За время t0 частицы должны переместиться вдоль поверхности катода на расстояние не более Lк. Следовательно, требуемую скорость поступательного движения электролита можно определить из соотношения:

За время tm через МЭП протечет объем электролита

В этом объеме электролита должно содержаться количество частиц ДФ, равное количеству частиц в покрытии,

Ке - коэффициент объемной концентрации частиц ДФ в электролите. Подставив в выражение 7 значения Wf и We из уравнений 2 и 6 с учетом

зависимостей 1, 3, 4, 5, получим зависимость для определения коэффициента объемной концентрации частиц ДФ в электролите в виде:

ωк - угловая скорость вращения катода, 1/с;

Kе - концентрация частиц дисперсной фазы в электролите;

Ra - радиус поверхности анода, м;

Rк - радиус поверхности катода, м;

η - катодный выход по току;

ε - электрохимический эквивалент металла покрытия, кг/А с;

J - величина технологического тока, А;

ρm - плотность металла покрытия, кг/м3;

Кf - коэффициент заданной объемной концентрации частиц дисперсной фазы в покрытии;

δ - заданная толщина покрытия, м;

Lk - длина поверхности катода, м;

d - диаметр частицы, м;

ρf - плотность частицы, кг/м3;

ρe - плотность электролита, кг/м3;

νe - кинематическая вязкость электролита, м2/с;

θ - коэффициент, учитывающий форму частицы;

θ=0,5.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение обладает «новизной» и «изобретательским уровнем».

Последовательность действий при получении композиционного покрытия никель- карбид кремния следующая:

Технология подготовки поверхности под осаждение КЭП

Катодное обезжиривание: температура - 60…80°С, плотность тока - 2…10 А/дм2, напряжение - 6…12 В, время 4…5 мин.

Состав ванны обезжиривания: сода кальционированная - 20…50 г/л, тринатрийфосфат - 20…50 г/л, натр едкий - 20…40 г/л.

Анодное обезжиривание: температура - 60…80°С, плотность тока - 2…10 А/дм2, напряжение - 6…12 В, время - 4…5 мин.

Состав ванны обезжиривания: сода кальцинированная - 20…50 г/л, тринатрийфосфат - 20…50 г/л, натр едкий - 20…40 г/л.

Промывка в горячей воде: температура - 60…80°С, время - 4…5 мин.

Промывка в холодной воде.

Активация: температура - 15…30°С, время - 4…5 мин.

Состав ванны: кислота соляная - 50…100 г/л.

Промывка в холодной воде.

Осаждение КЭП

Осаждение КЭП проводилось после подготовки поверхности в соответствии с изложенной технологией при скорости вращения катода 3,7 об/с в электролите-суспензии, приготовленном на основе электролита для никелирования с добавлением дисперсной фазы в виде микропорошка.

Состав электролита-суспензии: никель сернокислый - 250…300 г/л, кислота борная - 25…45 г/л, натрий хлористый - 10…15 г/л, 1,4 бутиндиол (100%) - 0,1…0,5 г/л, вещество моющее «Прогресс 30» - 0,5…1 мл/л, формалин - 1,2…3 г/л, хлорамин Б - 2…2,5 г/л, SiC с зернистостью М15 при коэффициенте объемной концентрации частиц в электролите Кe=6,52 10-4.

Режим осаждения: температура - 40…50°С, плотность тока - 10 А/дм2, напряжение 6…10 В, время - 2 часа.

Для предотвращения седиментации частиц в баке для электролита электролит-суспензия перемешивался специальной мешалкой.

Предлагаемый способ предназначен для осаждения композиционных электрохимических покрытий на внутренние поверхности деталей спецтехники, выпускаемой на ОАО завод им. В.А. Дегтярева, изготовленных из стали 30ХН2МФА, а также на внутренние поверхности гильз цилиндров двигателей мототехники, изготовленных из стали 45.

Вращательное движение с определенной угловой скоростью придается катоду от электродвигателя с регулируемым числом оборотом через редуктор и ременную передачу.

Пример расчета угловой скорости вращения катода и коэффициента объемной концентрации частиц дисперсной фазы в электролите для получения покрытия никель-карбид кремния при заданной объемной концентрации карбида кремния в покрытии 10% (Кf=0,1). Зернистость карбида кремния М15, что соответствует диаметру частиц d=15 мкм.

Исходные данные: Rк=18·10-3 м; Rа=5·10-3 м; Lk=95·10-3 м; d=15·10-6 м; Kf=0,1; δ=2·10-4 м; ρm=8,96·103 кг/м3; ρf=3,8·103 кг/м3; ρe=1,15·103 кг/м3; ε=3·10-7 кг/(А·с); θ=0,5; νе=1,35·10-6 м2/с;η=0,71; J=10 А.

Расчет угловой скорости вращения катода с указанием размерностей, входящих в рсчетную формулу величин, имеет вид:

.

Это значение угловой скорости соответствует числу оборотов катода - n=ωл/2π=3,7 об/с.

Расчет коэффициента объемной концентрации частиц дисперсной фазы в электролите по приведенной в заявке зависимости:

.

Результаты расчета показывают, что угловая скорость вращения катода ωк составляет 3,7 об/с, коэффициент объемной концентрации частиц в электролите Ке равен 6,52×10-4, а размерности левой и правой частей математических выражений одинаковые.

Способ осаждения композиционных электрохимических покрытий на внутренние поверхности деталей машин, включающий создание между поверхностями анода и катода межэлектродного пространства с подачей в созданное пространство электролита-суспензии, содержащего частицы дисперсной фазы, имеющего вращательно-поступательное движение с определенной угловой скоростью, отличающийся тем, что катоду придают вращательное движение с определенной угловой скоростью, а связь концентрации частиц дисперсной фазы в электролите с угловой скоростью вращения катода и заданным содержанием дисперсной фазы в покрытии выражают соотношением где ω - угловая скорость вращения катода, с;К - концентрация частиц дисперсной фазы в электролите;R - радиус поверхности анода, м;R - радиус поверхности катода, м;η - катодный выход по току;ε - электрохимический эквивалент металла покрытия, кг/А·с;J - величина технологического тока. А;ρ - плотность металла покрытия, кг/м;K - коэффициент заданной объемной концентрации частиц дисперсной фазы в покрытии;δ - заданная толщина покрытия, м;L - длина поверхности катода, м;d - диаметр частицы, м;ρ - плотность частицы, кг/м;ρ - плотность электролита, кг/м;ν - кинематическая вязкость электролита, м/с;θ - коэффициент, учитывающий форму частицы, θ=0,5.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 311 items.
10.01.2013
№216.012.18f2

Способ термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов

Изобретение относится к области машиностроения. Для повышения стойкости ударного инструмента в виде бойков и штампов, испытывающих при работе большие ударные нагрузки, сначала проводят подогрев инструмента в печи до температуры 500-550°С, затем до 800-850°С в соляной ванне. Окончательный нагрев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471878
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1a5c

Кронштейн для установки панельного компьютера на подвижном объекте

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для крепления средств вычислительной техники, преимущественно панельных компьютеров, устанавливаемым на подвижных объектах. Кронштейн для установки панельного компьютера на подвижном объекте содержит стойку, выполненную в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472240
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1d7b

Унитарный боеприпас для гладкоствольного оружия

Изобретение относится к боеприпасам для гладкоствольного оружия. Унитарный боеприпас для гладкоствольного оружия, содержащий гильзу с метательным зарядом и капсюлем-воспламенителем в камере сгорания, снаряд со стабилизатором, удерживаемый в гильзе через разъемное соединение стабилизатора с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473041
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.20a4

Автоматическое стрелковое оружие

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано в автоматическом стрелковом оружии. Автоматическое стрелковое оружие содержит ствол, казенник с боевыми упорами, ствольную коробку с направляющими для затворной рамы, затворную раму, затвор с боевыми упорами и поперечным выступом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473857
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.2329

Функциональный комплект установочных средств

Изобретение относится к устройствам для хранения и транспортирования изделий и оборудования, входящего в состав подвижного комплекса топогеодезической привязки и навигации или в иную военную технику. Функциональный комплект установочных средств подвижного комплекса топогеодезической привязки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474503
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.25b2

Стол для размещения аппаратных средств в подвижном объекте

Изобретение относится к военной и специальной технике и может быть использовано в подвижных пунктах управления и информационно-технического обеспечения комплексов вооружений, и направлено на обеспечение большей надежности и безопасности при пользовании данным столом. Стол состоит из связанных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475170
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.27c0

Способ контроля электрических параметров системы вооружений и автоматизированный комплекс для его осуществления

Группа изобретений относится к оборонной технике и, в частности, к комплексным средствам контроля электрических параметров управляемых зенитных ракет и пусковых устройств. Автоматизированный комплекс контроля электрических параметров системы вооружений состоит из комплекта раздельных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475696
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c0f

Спусковой механизм автоматического оружия

Изобретение относится к оружейной технике и может быть использовано в спусковых механизмах оружия. Спусковой механизм автоматического оружия содержит спусковой крючок, разобщитель, шептало, пружину спускового крючка, пружину разобщителя, пружину шептала. Разобщитель имеет два плеча и установлен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476806
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2db4

Контрольно-проверочная машина

Изобретение относится к военной и специальной технике и может быть использовано в подвижных контрольных пунктах, размещенных на базе шасси транспортных средств и предназначенных для проведения контроля, диагностики и технического обслуживания сложных технических систем. Контрольно-проверочная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477231
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.03.2013
№216.012.2e82

Огнестрельное оружие с устройством для выбора правостороннего или левостороннего выброса гильзы

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано в стрелковом оружии с устройством для выбора правостороннего или левостороннего выбрасывания гильзы. Огнестрельное оружие с устройством для выбора правостороннего или левостороннего выброса гильзы содержит ствол, ствольную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477437
Дата охранного документа: 10.03.2013
Showing 1-10 of 23 items.
10.01.2013
№216.012.18f2

Способ термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов

Изобретение относится к области машиностроения. Для повышения стойкости ударного инструмента в виде бойков и штампов, испытывающих при работе большие ударные нагрузки, сначала проводят подогрев инструмента в печи до температуры 500-550°С, затем до 800-850°С в соляной ванне. Окончательный нагрев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471878
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.03.2013
№216.012.2f6c

Способ изготовления деталей сложной формы

Изобретение относится к размерной электрохимической обработке деталей из высокопрочных сталей и сплавов и может быть использовано для изготовления деталей со сложным рельефом поверхности и сложным наружным контуром, например, управляющих рулей, лопастей, крыльев управляемых ракет, турбинных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477675
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.06.2013
№216.012.4b87

Способ получения стальных отливок

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает изготовление литейных форм, прокаливание форм, расчет шихты, получение расплава в индукционной печи, раскисление жидкого металла, контроль температуры расплава, удаление шлака с зеркала расплава в печи, продувку полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484917
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.11.2013
№216.012.7f00

Ствол автоматического стрелкового оружия, изготовленный методом холодного радиального обжатия, и способ его местной закалки

Группа изобретений относится к области военной техники и может быть использована при создании автоматического стрелкового оружия, например стволов единых пулеметов, изготовленных методом холодного радиального обжатия. Способ местной закалки ствола заключается в том, что ствол устанавливают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498185
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.03.2014
№216.012.a9b7

Способ производства деталей из стальных отливок

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении шестерен, крестовин, втулок, зубчатых колес и т.д., в том числе работающих при температуре до 500°C и испытывающих при эксплуатации динамические нагрузки и износ. Для обеспечения более высокого комплекса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509162
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.03.2014
№216.012.aadb

Индуктор для нагрева внутренних поверхностей сквозных отверстий диаметром 20...30 мм

Изобретение относится к устройствам для поверхностной закалки с одновременного нагрева с использованием токов высокой частоты, в частности к конструкции индуктора для нагрева под закалку внутренних поверхностей сквозных отверстий диаметром 20…30 мм, высотой 10…40 мм. Индуктор состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509454
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.05.2014
№216.012.c4cc

Способ получения кольцевых заготовок деталей гибкой стальных труб

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления стальной замкнутой кольцевой камеры, заполненной углекислотой под большим давлением из труб, изготовленных из легированных сталей. Осуществляют отжиг трубы при закрытии одного ее конца герметично пробкой....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516139
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.d17c

Способ получения упрочненных стальных изделий точных геометрических размеров

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для закалки изделий - прутков диаметром от 2 мм до 6 мм и длиной до 700 мм из нержавеющих сталей мартенситного класса, в том числе инструментальных с высокой устойчивостью аустенита. Для обеспечения требуемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519399
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.09.2014
№216.012.f139

Способ термической обработки штампов и пресс-форм

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термической обработки штампов из полутеплостойких и теплостойких сталей повышенной вязкости, к примеру 5ХНМ и 4Х5МФС, а также пресс-форм из стали 4Х5МФС. Способ термической обработки штампов и пресс-форм включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527575
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.10.2014
№216.012.fb74

Способ изготовления ствола крупнокалиберного пулемета

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления стволов пулемета калибра 14,5 мм. Для повышения качества и улучшения эксплуатационных характеристик ствола заготовку ствола получают из легированной стали, в составе которой легирующие элементы в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530218
Дата охранного документа: 10.10.2014
+ добавить свой РИД