Абразивостійке металопокриття і спосіб його отримання

Даний винахід відноситься до галузі абразиво та корозійностійких металопокриттів деталей машин, що працюють у корозійно-активних розчинах, які містять абразиви, і може використовуватись у запірнорегулюючій арматурі та обладнанні хімічної промисловості, будівництві: для перекачки пульпи, цементних розчинів і бетонів, у буровій техніці, на ТЕС при уловлюванні сірки з димових газів та ін., і вирішує задачу підвищення стійкості деталей до абразивного зносу у корозійних середовищах. Досягнутий рівень техніки в галузі стійких металопокриттів характеризується слідуючими винаходами. Відоме металопокриття для корпусу роторного двигуна по заявці на винахід Японії №55-39632 М.кл. С25Д3/4, УДК 621.357, опубл. 1980.13.10, Бюл. №3. Покриття складається з хрому, який має пори в кількості 4¸45% створенні хонінгуванням, при цьому пори розташовані у поверхневому шарі покриття. Недоліком відомого металопокриття с невелика стійкість до абразивного зносу у корозійно-активних середовищах, які містять частки твердих матеріалів. Відоме металопокриття для вузлів тертя по міжнародній заявці на винахід №80/00716 по М.кл. С25Д05/14, УДК 621.357.74, опубл. 1980.17.04. Металопокриття містить 4-й шари: 1-й шар - з нікелю, 2-й шар - з нікелю з високою напругою, 3-й шар - з блискучого нікелю, 4-й шар – хромове покриття без пор. Недоліком відомого металопокриття є невелика стійкість до абразивного зносу у корозійно-активних розчинах. Відоме металопокриття і спосіб його нанесення на поршневі штоки робочих циліндрів, використовуємих, зокрема, в шахта х, по заявці ФРН №053230723 М. кл. С25Д5/40, 3/04, УДК 621.357.7, опубл. в Бюл. №48 в 1983.12.08. Покриття містить два шари: 1-й шар - з нікелю, 2-й шар - з твердого хрому з мікротрісками, при цьому перед нанесенням 2-ого шару нікель активують. Недоліком відомого покриття є невисока стійкість до абразивного зносу у корозійно-активних середовищах, які містять абразивні частки. Відоме металопокриття по авт. св. СРСР №836235 М.кл.С25Д3/56, УДК 621.357.7, опубл. у 1981р. Бюл. №21.(Прототип). Покриття містить до 1,4% молібдену, решта - хром. Отримують покриття з електроліту складу, г/л: хромовий ангідрид - 200¸300, молібдат натру - 50¸90, фторид натру -10¸12, процес ведуть при температурі 18¸25°С, щільності струму на катоді 5¸7А/дм 2. Недоліком відомого покриття є невисока стійкість покриття до абразивного зносу у корозійно-активних розчинах, що містять абразивні частки. В основу винаходу поставлена задача створити абразивостійке у корозійних середовищах металопокриття і технологію його отримання гальваничним способом шляхом змінювання складу покриття, рецептури електроліту, параметрів і операцій техпроцесу отримання покриття. Досягаємий технічний результат - це підвищення стійкості металопокриття до абразивного зносу в умовах абразивного впливу корозійноактивних розчинів, котрі містять абразивні частки. Цей технічний результат досягається тим, що металопокриття на основі хрому легованого молібденом (0,4¸1,4%), додатково містить порошок матеріалів мікротвердістю понад 15 Гпа в кількості 0,5¸15% від об'єму, з класів: карбідів - bSiC, ТіС, Мо2С, В 4С, ZrC, нітридів - TiN, aBN, Si3N4, ZrN, V3N, оксидів - Сr2О 3, ZrO 2, SiO 2, електрокорунди: нормальний, білий, хромо-тітановий, цирконієвий та інш. Пропонуєме металопокриття отримують з електроліту складу, г/л: хромовий ангідрид 200¸300 молібдат натру 60¸100 фторид натру 10¸12 рідке скло 1¸2 амінооцтова кислота 5¸10 поверхнекво-активна речовина (ПАР) 0,04¸0,1 порошок матеріалів мікротвердістю більш 15ГПа з класу оксидів, нітридів,карбідів у кількості 20¸400г/л. Процес покриття ведуть при температурі 25¸40°С, щільності струму 7-20А/дм 2 і перемішуванні електроліту. Опір абразивному зносу чинять, в основному, включені у міцну тверду матрицу частки порошку високотвердих матеріалів, які мають твердість, як правило, 15¸49ГПа, тобто більш високу, ніж твердість абразивних часток, які здіснюють абразивний знос, у вигляді гіпсу, вапняку, піску та ін., яка неперевищує 8ГПа (скло має твердість 4¸8ГПа, пісок - до 8ГПа, гіпс -5¸1ГПа). Включені в металопокриття високотверді материалы мають твердість в ГПа: ZrO2 - 16, Сг 2О3 - 27¸29, bSiC - 32¸37, ТіС - 18¸32, ZrC - 26, В4С - 33¸44, aBN - 80, Si 3N4 -33, TiN - 20, ZrN -18,5, V3N - 19, електрокорунди: нормальний - 18¸49, білий - 19¸20, хромотітановий - 20¸22, цирконієвий - 22¸23. Чим вище твердість матеріалу, тим вище його стійкість до абразивного зносу. Додатки молібдену у хромову основу зменшують розтріскування покриття, підвищують його корозійну стійкість, особливо в присутності хлоридів і фторидів, значно зміцнюють основу металопокриття, що зменшує ступінь викришування порошків твердих матеріалів при абразивному терті. Додатки в електроліт поверхнево активних речовин (ПАР), амінооцтової кислоти, рідкого скла різко збільшують концентрацію часток поршку високотвердих матеріалів у металопокритті. Використання молібдата натру та рідкого скла сприяє підвищенню pH електроліту, що зменшує окислювальний вплив електроліту на частки твердого порошку, тим самим запобігає швидкому руйнуванню часток нітридів, карбідів. При цьому додатки рідкого скла зменшують агрегацію часток твердих порошків в електроліті, запобігають їх злипанню. Для випробувань на абразивний знос виготовлялось по 3 зразки зі сталі 08Х18Н10Т довжиною 20мм і діаметром 10мм для кожного прикладу і 3 зразки - по прототипу. Результати випробувань на абразивний знос пропонуємого покриття і покриття прототипу надані у таблиці. Концентрацію часток у покритті вище 15% від обсягу отримати не вдалося. На вертикально розташованих поверхнях зразків покриття виходило неякісним. Таблиця. Результати випробувань на абразивний знос у корозійно-активному розчині складу, г/л: сірчана кислота - 50г/л, фторид натру - 2г/л, хлорид натру - 10г/л, карбамід - 20г/л, кварцевий пісок зернистістю 0,2¸1,5мм 300г/л, решта - вода, при терті зразків (Æ10мм, довжина 20мм) з покриттями (товщина 60мкм) у барабані Æ300мм, при швидкості обертання 15об/хвил, протягом 20 годин. № п/п Найменування 1 Склад електроліту, г/л: хромовий ангідрид, молібдат натру, амінооцгова кислота, фторид натру, рідке скло, ПАР, електрокорунд цирконієвий, дисперсністю 2-3мкм. Режим нанесення покриття: температура, °С, щільність струму, А/дм 2, перемішування електроліту. Склад металопокриття, %, молібден, електрокорунд цирконієвий, дисперсністю 2-3мкм, % від об'єму хром. Абразивний знос зразків, мкм. 2 3 4 Пропонуєме покриття Приклад №1 Приклад№2 Приклад№3 Покриття по прототипу. 200 60 5 10 1 0,04 250 85 8 11 1,5 0,07 300 100 10 12 2 0,1 250 70 11 20 65 100 25 7 + 32 13 + 40 20 + 24 6 0,4 1 1,4 0,8 0,5 7 15 решта решта решта решта 9 7 8 23 Результати випробувань свідчать, що пропонуєме покриття має у три рази вищу стійкість до абразивного зносу у корозійних розчинах, які містять абразивні частки. Таким чином експериментально підтверджено, що відрізняючі ознаки пропонуємого покриття у сукупності з відомими ознаками дозволяють отримати більш високу стійкість покриття до абразивного зносу у корозійно-активних середовищах, які містять абразивні частки, у порівнянні з прототипом.