Електроліт для електроосадження твердих покриттів на основі заліза

Реферат: Електроліт для електроосадження твердих покриттів на основі заліза, що включає ферум (II) метансульфонат, крім того він додатково містить нанопорошок оксиду титану (IV), із середнім розміром частинок 30 нм, що є сумішшю двох кристалічних модифікацій (анатаз:рутил = 80:20 3 за масою), при наступному співвідношенні компонентів (г/дм ): ферум (II) метансульфонат 200-400 оксид титану (IV) 1-15,00. UA 107045 U (54) ЕЛЕКТРОЛІТ ДЛЯ ЕЛЕКТРООСАДЖЕННЯ ТВЕРДИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ЗАЛІЗА UA 107045 U UA 107045 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована корисна модель належить до галузі гальванотехніки, зокрема до електролітів для нанесення твердих покриттів композитами на основі заліза, які використовуються для відновлення зношених вузлів деталей і механізмів. Відомий хлоридний електроліт для нанесення твердих залізних покриттів, що містить від 200 3 2 до 350 г/дм FеСl2·4Н2О та експлуатується у діапазоні катодної густини струму 20-100 А/дм і температурі 60-95 °C [Шлугер, М.А. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах [Текст] /Ред. М.А. Шлугера. - М.: Машиностроение, 1985. - Т. 1. - 240 c.]. Електроліт забезпечує отримання залізних покриттів значної товщини (до 3-5 мм) з високими механічними властивостями, що наближаються до параметрів загартованої сталі. До недоліків цього електроліту відноситься використання шкідливих та корозійно-активних хлоридних сполук при підвищеній температурі, що призводить до швидкого корозійного руйнування конструкційного обладнання. Відомий сульфатний електроліт для нанесення залізних покриттів, що містить від 250 до 420 3 г/дм FeSO4·7H2O. Електроліт дозволяє отримувати якісні покриття залізом з мікротвердістю до 2 2 450 кг/мм при катодній густині струму не вище 15 А/дм і температурі 60-95 °C [Петров, Ю.Н. Электролитическое осаждение железа [Текст] /Ю.Н. Петров, Г.В. Гурьянов, Ж.И. Бобанова, С.П. Сидельникова, Л.Н. Андреева. - Кишинев: Штиинца. - 1990. - 195 с.]. Недоліком сульфатного електроліту є невелика розчинність сульфату феруму (II) і, відповідно, низька швидкість електроосадження. Найбільш близьким по технічній суті та результату, що досягається, до корисної моделі, що пропонується, є електроліт для нанесення залізних покриттів з метансульфонатного 3 електроліту складу (г/дм ): 250-350 ферум (II) метансульфонат, що експлуатується при катодній 2 густині струму 5-35 А/дм , температурі 18-25 °C та кислотності розчину рН 1,2-1,8 [Сидельникова, С.П. Исследование катодной поляризации и наводороживания осадков при электроосаждении железа из метилсульфатных и сульфатных электролитов [Текст] /С.П. Сидельникова, Ю.Н. Петров, Ю.С. Городецкий // Защита металлов. - 1974. - Т. 10, № 2. - С. 187190]. Електроліт готується на основі екологічно безпечних сполук метансульфонової кислоти, експлуатується при кімнатній температурі та дозволяє отримувати залізні покриття у широкому інтервалі густини струму з виходом за струмом, що наближається до 100 %. Основним недоліком прототипу є невелика мікротвердість отримуваних покриттів, що прискорює механічне руйнування та знос поверхні і знижує функціональні властивості виробів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення електроліту для нанесення високоякісних покриттів на основі заліза, шляхом введення до відомого метансульфонатного електроліту нанопорошку оксиду титану (IV), що приводить до включення наночастинок оксиду титану (IV) до складу осадів і зростання мікротвердості утворюваних покриттів. Поставлена задача вирішується тим, що відомий електроліт для осадження покриттів залізом, що включає ферум (II) метансульфонат, відповідно до корисної моделі, додатково містить нанопорошок оксиду титану (IV) із середнім розміром частинок 30 нм, що є сумішшю двох кристалічних модифікацій (анатаз:рутил = 80:20 за масою), при наступному співвідношенні 3 компонентів (г/дм ): ферум (II) метансульфонат 200-400 оксид титану (IV) 1-15. Відоме використання нанопорошку оксиду титану (IV) для очищення стічних вод та повітря, стерилізації та дезінфекції, а також пігменту при виробленні лаків та фарб [Rojviroon, Т. Properties of TiO2 thin films prepared using sol-gel process [Text] /T. Rojviroon, S. Sirivithayapakorn //Surface Engineering. - 2013. - Vol. 29. - No. 1. - P. 77-80]. Процес нанесення покриттів на основі заліза здійснюють при температурі 18-25 °C, катодній 2 густині струму 5-35 А/дм і кислотності рН 1,2-1,8. Електроліт готують розчиненням у воді феруму (II) метансульфонату та доведенням за необхідністю кислотності шляхом додавання метансульфонової кислоти або натрію карбонату; потім додають наважку нанопорошку оксиду титану (IV). Осадження проводять з використанням анодів з низьковуглецевої сталі в умовах безперервного перемішування електроліту (магнітна мішалка, пропелерна мішалка, прокачування електроліту) для запобігання седиментації твердої фази. Для запобігання коагуляції нанопорошку оксиду титану (IV) використовують ультразвукову обробку електроліту. Отримувані композиційні покриття на основі заліза містять до 12,0 % (мас.) оксиду титану (IV). Наводимо приклади приготування запропонованого електроліту. Приклад 1. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 300 г/дм феруму (II) метансульфонату та 2 г/дм нанопорошку оксиду титану (IV). Електроліз проводять при температурі 20 °C, рН 1.6. Отримуване покриття містить 10,3 % (мас.) оксиду титану (IV). 1 UA 107045 U 5 10 15 20 25 Приклад 2. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 300 г/дм феруму (II) метансульфонату та 15 г/дм нанопорошку оксиду титану (IV). Електроліз проводять при температурі 25 °C, рН 1,3. Отримуване покриття містить 10,6 % (мас.) оксиду титану (IV). Приклад 3. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 250 г/дм феруму (II) метансульфонату та 10 г/дм нанопорошку оксиду титану (IV). Електроліз проводять при температурі 25 °C, рН 1,3. Отримуване покриття містить 8,3 % (мас.) оксиду титану (IV). Приклад 4. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 350 г/дм феруму (II) метансульфонату та 5 г/дм нанопорошку оксиду титану (IV). Електроліз проводять при температурі 18 °C, рН 1,0. 3 Ультразвукова обробка при частоті 22,4 кГц, питома густина 340 Вт/дм , тривалість 0,5 годин. Отримуване покриття містить 9,2 % (мас.) оксиду титану (IV). Приклад 5. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 250 г/дм феруму (II) метансульфонату та 10 г/дм нанопорошку оксиду титану (IV). Електроліз проводять при температурі 25 °C, рН 1,3. 3 Ультразвукова обробка при частоті 22,4 кГц, питома густина 340 Вт/дм , тривалість 1 година. Отримуване покриття містить 1 1,0 % (мас.) оксиду титану (IV). Приклад 6. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 300 г/дм феруму (II) метансульфонату та 2 г/дм нанопорошку оксиду титану (IV). Електроліз проводять при температурі 20 °C, рН 1,0. 3 Ультразвукова обробка при частоті 22,4 кГц, питома густина 340 Вт/дм , тривалість 0,5 годин. Отримуване покриття містить 1 1,4 % (мас.) оксиду титану (IV). Порівняльна характеристика мікротвердості покриттів, отриманих із електролітів прикладів 1-6 та прототипу, наведена у таблиці. Таблиця 2 Мікротвердість покриттів на основі заліза (кг/мм ) при різних катодних густинах струму осадження Електроліт Прототип Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 Приклад 5 Приклад 6 30 Катодна густина струму, А/дм 10 15 436 440 594 604 673 678 668 672 646 650 670 677 600 605 5 431 573 669 660 641 665 578 2 20 442 603 684 676 653 680 608 Запропоновані електроліти дозволяють отримувати покриття на основі заліза, мікротвердість яких на 30-50 % більша, ніж у покриттів, отримуваних з електроліту-прототипу. Дана корисна модель може бути використана для електрохімічного осадження високоякісних твердих покриттів на основі заліза для відновлення зношених вузлів та механізмів на підприємствах машинобудування, чорної металургії, авто- і суднобудування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Електроліт для електроосадження твердих покриттів на основі заліза, що включає ферум (II) метансульфонат, який відрізняється тим, що він додатково містить нанопорошок оксиду титану (IV), із середнім розміром частинок 30 нм, що є сумішшю двох кристалічних модифікацій 3 (анатаз:рутил = 80:20 за масою), при наступному співвідношенні компонентів (г/дм ): ферум (II) метансульфонат 200-400 оксид титану (IV) 1-15,00. 40 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2