Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ

Изобретение относится к области получения износостойких покрытий на восстановленных поверхностях стальных деталей.

Известен способ электролитического осаждения сплава железо-алюминий из электролита, содержащего хлористый алюминий, железо хлористое, хлористый калий (натрий), соляную кислоту. Процесс ведут на переменном асимметричном токе с интервалом катодных плотностей тока 30-70 А/дм² и коэффициентом асимметрии β=1,2-6. (Патент №2263727, МПК С25D 3/56. Способ электролитического осаждения сплава железо-алюминий). Недостатком данного способа является низкая микротвердость и износостойкость покрытия.

Повышение микротвердости и износостойкости покрытий может быть достигнуто путем образования в покрытии корундовых включений оксида алюминия (α- и γ-Аl₂О₃).

За прототип взят способ получения покрытий на деталях из алюминия и его сплавов, включающий оксидирование продолжительностью 40-90 мин при плотности электрического тока 25-35 А/дм² в комбинированном электролите на основе едкого кали и борной кислоты при содержании едкого кали 3-5 г/л и борной кислоты 20-40 г/л, в процессе которого на поверхность детали под давлением через распылитель, контактирующий с катодом, подают кислород, а детали, контактирующей с анодом, сообщают поступательные и вращательные движения. Для увеличения микротвердости и износостойкости в электролит вводят корунд α-Аl₂О₃ (30-70 г/л) в виде мелкодисперсных частиц размером 5-7 мкм и оксид хрома Сr₂О₃ (1-2 г/л), а после оксидирования производят импульсный нагрев, состоящий из 5-10 циклов, каждый из которых включает выдержку в течение 15-20 с при температуре 750-800°С и последующее охлаждение до температуры не выше 300°С. (Патент №2395633, МПК C25D 11/08, C25D 15/00. Способ получения покрытий).

Недостатком данного способа является сложность процесса, низкая микротвердость и износостойкость, небольшая толщина оксидируемого слоя.

Технической задачей изобретения является повышение микротвердости и износостойкости покрытия, увеличение толщины оксидирумого слоя покрытия при несложной технологии получения износостойких покрытий.

Предлагается способ получения износостойких покрытий, который включает электролитическое осаждение сплава железо-алюминий и последующее микродуговое оксидирование. Получаемые покрытия обладают высокой микротвердостью и износостойкостью, толщина оксидируемого слоя достигает 300-500 мкм.

Для получения повышенной износостойкости восстановленных поверхностей стальных деталей предлагается обработка электролитического железоалюминиевого покрытия микродуговым оксидированием.

Новым являемся то, что микродуговому оксидированию подвергается электроосажденный слой железоалюминиевого покрытия. Оксидирование проходит в водном растворе электролита на основе едкого кали (6-8 кг/м³) и борной кислоты (40-50 кг/м³) в течение 60-90 мин при плотности электрического тока 20-40 А/дм², в процессе которого на поверхность детали под давлением через распылитель, контактирующий с катодом, подается кислород с температурой 5-15°С и расходом 0,1-1,0 м³/мин на один квадратный метр оксидируемой поверхности, а деталь, контактирующая с анодом, совершает поступательное и вращательное движения, так чтобы оксидируемая поверхность находилась на расстоянии 10-30 мм от распылителя, причем перед оксидированием раствор электролита нагревают до 70-80°С. Сочетание концентраций едкого кали (6-8 кг/м³) и борной кислоты (40-50 кг/м³) является наиболее рациональным, так как при этом обеспечивается хорошая проводимость раствора и относительно пассивное состояние оксидируемой поверхности, поэтому оксидирование требует невысокой мощности и позволяет получать покрытия с высокими физико-механическими свойствами. При уменьшении концентрации едкого кали снижается проводимость раствора, повышается мощность, затрачиваемая на оксидирование. При увеличении концентрации едкого кали свыше 8 кг/м³ повышается интенсивность растворяющего действия раствора на покрытие, поэтому снижаются его физико-механические свойства. При введении в электролит концентрации борной кислоты менее 40 кг/м³, ухудшается пассивация поверхности, микродуговые разряды возникают при низких напряжениях пробоя, и физико-механические свойства снижаются. При увеличении концентрации борной кислоты свыше 50 кг/м³ она растворяется во время нагрева, но во время охлаждения выпадает в осадок и может включаться в покрытие, нарушая его фазовый состав и снижая физико-механические свойства. Плотность тока ограничена интервалом 20-40 A/дм². Пpи плотности тока свыше 40 А/дм² формируемые покрытия отличаются наличием большого числа глубоких пор на месте электрических пробоев, а при дальнейшем увеличении напряжения микродуговой процесс может смениться постоянно горящими дугами, что приводит к разрушению сформированного оксидного слоя и материала оксидируемого изделия. При плотности тока меньше 20 А/дм² на поверхности покрытия наблюдаются единичные микродуговые разряды либо полное их отсутствие, т.е. процесс оксидирования становится неэффективным. Образуются слишком тонкие и некачественные покрытия с преобладанием аморфной фазы, которые не обладают износостойкими свойствами. Время оксидирования при этом значительно возрастает, что ведет к излишним затратам электроэнергии. Получаемое покрытие имеет микротвердость до 15000 МПа, а износостойкость выше в 3-4 раза износостойкости электроосажденного железоалюминиевого покрытия при толщине покрытия в 300-500 мкм.

Данный способ включает в себя следующие операции: для оксидирования готовится электролит следующего состава, кг/м³: едкое кали - 6-8; борная кислота - 40-50. Электролит нагревается до 70-80°С и тщательно перемешивается до полного растворения борной кислоты. Далее температура электролита снижается до 15-20°С. Детали, восстановленные электролитическим железоалюминиевым покрытием, погружаются в электролит, имеющий температуру 15-20°С. Оксидирование протекает при плотности электрического тока 20-40 А/дм², при этом на поверхность детали, контактирующей с катодом, подают через распылитель из нержавеющей стали кислород с температурой 5-15°С и расходом 0,1-1,0 м³/мин на один квадратный метр оксидируемой поверхности, а детали при этом сообщают поступательные и вращательные движения. Дополнительная подача кислорода при разности потенциалов между распылителем и деталью обеспечивает перемешивание, насыщение кислородом, снижение температуры электролита вблизи оксидируемой поверхности. При этом одновременно повышается интенсивность образования нового оксида, снижается растворяющее действие электролита на покрытие, и толщина оксидированного покрытия ускоренно увеличивается.

На основании проведенных исследований оптимальными условиями являются следующие: известное электроосаждение железоалюминиевого покрытия на переменном асимметричном токе, микродуговое оксидирование в электролите следующего состава кг/м³: едкое кали 7, борная кислота 45. Оксидирование протекает при температуре 20°С и плотности тока 30 А/дм². Время процесса длится 90 минут. Толщина оксидированного слоя достигает толщины электроосажденного покрытия 400 мкм, а микротвердость 15000 МПа.

Предлагаемый способ экономически эффективен. Покрытия обладают высокой износостойкостью, превышающей показатели электролитического сплава железо-алюминий в 3…4 раза, что позволяет их использовать в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.