Результат интеллектуальной деятельности: Установка для получения композиционных электролитических покрытий

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к способам получения композиционных электролитических покрытий.

Микроструктура, как и микротвердость гальванических покрытий, использующих дисперсную нерастворимую фазу в электролите, напрямую зависят от степени однородности распределения частиц по объему и их размерам. Чем выше гомогенность электролита и меньше размер используемых частиц, тем качественнее покрытие. Этим объясняется интерес к использованию в процессе нанодисперсных частиц с минимальным размером. Однако при этом необходимо учитывать специфические свойства нанодисперсных частиц, существующие, как правило, в виде агрегатов, которые необходимо разрушить и создать гомогенную структуру электролита.

Известна схема установки для получения композиционных электролитических покрытий состоящая из рабочей ванны, детали, анодов, насоса и фильтра, предназначенная для поддержания частиц дисперсной фазы во взвешенном состоянии и транспортирования их в зону катода путем циркуляции суспензии (Бородин И.Н. Порошковая гальванотехника - М.: Машиностроение, 1990, с. 211).

Недостатком установки является отсутствия механизма дезинтеграции агломератов нанодисперсных частиц, что приводит к коагуляции частиц, низкой седиментационной стойкости электролита-суспензии, и как следствие малому содержанию частиц в покрытии.

Также существует электролитический способ получения композиционных покрытий и установка для его осуществления, включающий проведение процесса осаждения из электролита, содержащего ионы осаждаемого металла и нерастворимые частицы во взвешенном состоянии, при наложении на ванну ультразвуковых колебаний, направленных параллельно и перпендикулярно катодной поверхности (Патент РФ №2109855, МПК C25D 15/00, опубл. 27.04.1998 г., бюл. №12).

Недостатком применения известного способа и установки является неравномерное содержание частиц дисперсной фазы в получаемом покрытии, невысокие значения микротвердости получаемых покрытий из-за однонаправленного действия ультразвукового излучателя расположенного перпендикулярно катодной поверхности и выполненного в виде стенки ванны или ее части, а также из-за отсутствия системы циркуляции электролита-суспензии.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка для гальванопластических покрытий изделий, содержащая ванну с рабочими электродами, блоки электропитания и систему циркуляции электролита, включающую трубопровод, дроссель, нагреватель, насос, фильтр механической очистки, буферную емкость с проточно-кавитационным реактором, а также вторую систему циркуляции последовательно соединенную с буферной емкостью (Патент РФ №2410477, МПК C25D 15/00, опубл. 27.01.2011 г., бюл. №3).

Недостатком известной установки является сложность конструкции, уменьшение рецептурной концентрации частиц дисперсной фазы за счет фильтрации электролита, малое содержание частиц дисперсной фазы в получаемом покрытии, невысокие значения микротвердости.

Технической задачей изобретения является создание установки для получения электролитических композиционных покрытий с повышенным содержанием частиц дисперсной фазы в получаемом покрытии и высокими значениями микротвердости.

Поставленная задача решается в установке для получения композиционных электролитических покрытий, содержащей ванну с рабочими электродами, блоки электропитания, систему циркуляции электролита, насос и перфорированный трубопровод, дно ванны выполнено в виде четырехгранного конуса и снабжено ультразвуковыми излучателями, а в качестве насоса для перекачки электролита-суспензии используется насос-гомогенизатор, при этом перфорированный трубопровод расположен над поверхностью электролита-суспензии, а используемые аноды выполнены перфорированными.

На чертеже показана принципиальная схема установки для получения композиционных электролитических покрытий.

Установка содержит ванну 1, дно которой выполнено в виде четырехгранного конуса и снабжено ультразвуковыми излучателями 2, заполненную рабочим электролитом 3, содержащим частицы дисперсной фазы 4. Ультразвуковые излучатели 2 соединены с ультразвуковым генератором 5. Ванна 1 снабжена рабочими перфорированными анодами 6 и катодом 7. Над поверхностью ванны расположен перфорированный трубопровод 8 для подачи активированной суспензии. Для перекачки электролита-суспензии с одновременной ее активацией используется насос-гомогенизатор 9.

Установка работает следующим образом. При включении установки начинается циркуляция электролита-суспензии с одновременным приведением ее в рабочее состояние насосом-гомогенизатором 9. Насос-гомогенизатор 9 помимо перекачки электролита-суспензии предназначен для диспергирования частиц дисперсной фазы, предотвращения их агломерации и активации электролита-суспензии. Активированная суспензия подается, через перфорированный трубопровод 8 над поверхностью электролита. Процесс осаждения композиционных электролитических покрытий ведется при воздействии ультразвуковых колебаний излучателей 2. Ультразвуковые колебания способствуют поддержанию седиментационной устойчивости электролита-суспензии, подводу частиц дисперсной фазы в приэлектродную зону и увеличению их содержания в получаемых покрытиях. Рабочие аноды 6 выполнены перфорированными для исключения экранирования и искажения фронта ультразвуковой волны.

Микротвердость покрытий измерялась на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 100 г согласно ГОСТ 9450-76.

Содержание частиц дисперсной фазы в полученных покрытиях определялось эмиссионным анализом на установке «MIRA II TESCAN».

Пример 1

Композиционное электролитическое покрытие на основе хрома получалось из электролита состава, г/л:

Хромовый ангидрид - 250;

Серная кислота - 2,5;

Дисперсный порошок оксида алюминия - 3;

Дистиллированная вода - остальное.

Температура электролита 50°С, плотность тока 55 А/дм².

Пример 2

Композиционное электролитическое покрытие на основе железа получалось из электролита состава, г/л:

Двухлористое четырехводное железо - 250;

Соляная кислота - 1,2;

Дисперсный порошок оксида алюминия - 3;

Дистиллированная вода - остальное.

Температура электролита 75°С, плотность тока 25 А/дм².

Результаты исследований представлены в таблице.

Технический результат: установка для получения электролитических композиционных покрытий способствует получению покрытий с повышенным содержанием частиц дисперсной фазы и высокими значениями микротвердости.