СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ЖЕЛЕЗО-ДИСУЛЬФИД МОЛИБДЕНА

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности композитных железо-дисульфид молибденовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Известен способ электролитического осаждения сплавов на основе железа из хлористого электролита, содержащего 200-250 г/л хлористого железа и 2-3 г/л соляной кислоты, легирующие элементы (Мелков М.П. Твердое осталивание автотракторных деталей. М., «Транспорт», 1971, с.19-20). Электролит работает при температуре 60-80°C и обеспечивает получение покрытий со значением микротвердости 4000-6500 МПа.

Недостатками данного способа являются высокая температура и получение покрытия с низкой микротвердостью и износостойкостью поверхности.

За прототип взят известный способ электролитического осаждения покрытия из электролита, содержащего: хлорид железа 200 кг/м³, йодистый калий 20 кг/м³, серная кислота 0,6 кг/м³ и дисульфид молибдена. Процесс ведут на постоянном токе при катодной плотности тока 10 А/дм², при кислотности электролита pH 3,0 и температуре электролита 40°C (Бородин И.Н. Упрочнение деталей композиционными покрытиями. М., «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1982, с.7-13).

Недостатками данного способа являются низкая производительность и низкое содержание композитного компонента-дисульфида молибдена 1,2-1,5%, что влечет за собой увеличение коэффициента трения и, как следствие, уменьшение износостойкости.

Технической задачей изобретения является:

- увеличение производительности способа, что достигается применением переменного ассиметричного тока. Это позволяет вести процесс на более высоких плотностях тока, что по закону Фарадея повышает производительность процесса;

- повышение износостойкости покрытия за счет увеличения содержания композитного компонента дисульфида молибдена до 5%. Это связано с тем, что на поверхности появляется слой твердой смазки, что, в свою очередь, снижает коэффициент трения и увеличивает износостойкость.

Технический результат: повышение производительности процесса, за счет использования переменного асимметричного тока; повышение износостойкости покрытия, за счет увеличения композитного компонента дисульфида молибдена в покрытии до 5%.

Предлагается способ электролитического осаждения покрытия железо-дисульфид молибдена, который имеет в своем составе до 5% дисульфида молибдена. Получаемые покрытия обладают высокой прочностью сцепления с основой, высокой микротвердостью и износостойкостью. Осаждение происходит из электролита, содержащего железо хлористое (II), соляную кислоту при следующем соотношении компонентов, кг/м³:

Использование сернокислого железа обусловлено большей стабильностью электролита при процессе осаждения.

Электроосаждение ведут при температуре 20-40°C на переменном асимметричном токе с интервалом катодных плотностей тока 20-80 А/дм² при коэффициенте асимметрии β=1,2-6 и механическом перемешивании электролита. Кислотность электролита находится в пределах pH 0,8-1,0.

Электролит получают соединением водного раствора хлорида железа и композитного порошка дисульфида молибдена.

Дисульфид молибдена находится в пределах 100-200 кг/м³. Нижний предел обусловлен тем, что при содержании менее 100 кг/м³ дисульфида молибдена не происходит заметного изменения физико-механических свойств покрытия. Верхний предел ограничивается содержанием дисульфида молибдена 200 кг/м³. При содержании композита более 200 кг/м³ не происходит значительного повышения его в самом покрытии, что делает его применение экономически невыгодным.

Концентрация железа сернокислого находится в пределах 400-600 кг/м³. Нижний предел показывает зону минимальной вязкости. Верхний предел показывает зону максимальной электропроводности. Концентрация сернокислого железа находится в пределах 400-600 кг/м³. Нижний предел показывает зону минимальной вязкости. Верхний предел показывает зону максимальной смачиваемости поверхности электроосаждения и максимальной растворимости сернокислого железа.

Содержание соляной кислоты находится в пределах 0,5-1,5 кг/м³. Верхний предел установлен из экономических соображений, электроосаждение железа на катоде происходит с одновременным разрядом водорода. С повышением содержания соляной кислоты резко увеличивается количество разряжающегося водорода и падает выход по току. Нижний предел выбран по качественным характеристикам структур электролитического железа. При содержании соляной кислоты меньше 0,5 кг/м³ происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытие и этим ухудшает его структуру.

Температурный интервал находится в пределах 20-40°C. Нижний предел ограничен диффузионными свойствами электролита. Движение ионов замедленное и скорость осаждения покрытия низкая. Выше 40°C использование электролита невыгодно с экономической точки зрения.

Качественного изменения покрытия не происходит, однако увеличиваются затраты на подогрев электролита.

Катодная плотность тока находится в пределах 20-80 А/дм². Ниже 20 А/дм² плотность тока использовать не целесообразно, т.к. процесс электролиза имеет низкую скорость осаждения покрытия. При катодной плотности тока выше 80 А/дм² происходит сильное дендритообразование и резко снижается выход по току.

Начало осаждения покрытия проходит при коэффициенте асимметрии β=1,2, который обеспечивает высокую сцепляемость покрытия с основой, Gсц=350 МПа. Если коэффициент асимметрии ниже 1,2, осаждение не происходит. В процессе электроосаждения коэффициент асимметрии постепенно повышают до β=6, который характеризуется высокой и стабильной скоростью осаждения покрытия. Дальнейшее повышение коэффициента асимметрии не рекомендуется, т.к. с дальнейшим снижением анодной составляющей процесс переходит на режим, близкий к постоянному току, и качество покрытий ухудшается. Благодаря разным значениям коэффициента асимметрии можно получать покрытия с различными физико-механическими свойствами.

Для того чтобы композит постоянно находился во взвешенном состоянии применяется непрерывное перемешивание электролита мешалкой с нижним расположением.

На основе проведенных испытаний рациональными условиями способа электроосаждения сплава железо-дисульфид молибдена являются условия, приведенные в примере:

Электролит состоит из следующих компонентов в количестве, кг/м³:

Процесс электролитического осаждения покрытия ведут при температуре 40°С и катодной плотности тока 50 А/дм². Процесс осаждения начинают с β=1,2 и постепенно в течение 3-5 минут повышают до β=6. Перемешивание электролита происходит мешалкой с нижним расположением. Покрытие имеет Gсц=350 МПа, микротвердость Hµ=7000 МПа, скорость осаждения 0,45 мм/ч, содержание дисульфида молибдена в покрытии 5%, коэффициент трения, по сравнению с электролитическим железом снизился с 0,2 до 0,14.

Предлагаемый способ имеет высокую производительность за счет применения переменного асимметричного тока. Он экономически эффективен, т.к. осаждение покрытия происходит при высокой катодной плотности тока и имеет высокую скорость осаждения покрытия. Покрытия, полученные предлагаемым способом, обладают высокой микротвердостью и износостойкостью, что позволяет их использовать в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.