Спосіб одержання електролітичних покриттів залізо-вольфрам

Реферат: Спосіб одержання електролітичних покриттів залізо-вольфрам полягає в катодному осадженні із застосуванням нестаціонарного електролізу. Процес проводять уніполярним імпульсним 2 -2 -2 струмом з амплітудою 3-8 А/дм , в робочому діапазоні тривалості імпульсу 2·10 -5·10 с і паузи -3 -2 5·10 -5·10 с, з електроліту, що містить сульфат заліза(ІІІ), сульфат кобальту, вольфрамат натрію, цитрат натрію, сульфат натрію, борну кислоту, при температурі 20-25 °C, рН 3,0-4,0. UA 117690 U (12) UA 117690 U UA 117690 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу нанесення на метали та сплави електролітичних функціональних покриттів залізо-вольфрам. Запропонований спосіб може застосовуватись у машинобудівній, електротехнічній, хімічній промисловості. Відомий спосіб нанесення покриттів [1] з електроліту, що містить 49,6-55,6 г/л сульфату заліза(ІІ), 71,7-132,0 г/л вольфрамату натрію та 150 г/л цитрату натрію. Процес проводять при 2 рН 7,4-7,8, в гальваностатичному режимі при катодній густині струму 3-10 А/дм і температурі електроліту 53-90 °C. Недоліками цього способу є проведення електролізу при підвищених температурах, що приводить до додаткових витрат електрики. Використання комплексного електроліту дозволяє 2+ нівелювати процес окиснення іонів Fe з утворенням нерозчинного Fe(OH)3 за рахунок комплексоутворення. Проте, концентрація вольфрамату, що застосовується у даному електроліті, навіть за підтримки рН розчину в межах 7,4-7,8, зумовлює утворення 4поліоксоаніонів складу H2W 7O24 і HW 2O7 , що ускладнює відновлення тугоплавкого компоненту та суттєво знижує ефективність процесу. За цих умов вихід за струмом не перевищує 35 %. Більш близьким за технічним рішенням до заявленого, вибраний як найближчий аналог, є спосіб електролітичного осадження сплаву залізо-вольфрам [2], з електроліту, що містить 300400 г/л хлориду заліза (II), 2-10 г/л вольфрамату натрію, 5-15 г/л цитратної кислоти та 0,5-1,5 г/л хлоридної кислоти. Процес осадження проводять із застосуванням змінного асиметричного 2 струму в інтервалі катодних густин струму 35-40 А/дм , коефіцієнтом асиметрії 1,2-6 при температурі 20-40 °C, рН 0,8. Цей спосіб дозволяє одержувати покриття з високою мікротвердістю та зносостійкістю. Недоліками цього способу слід вважати агресивність електроліту до матеріалу електролізерів. Застосування змінного асиметричного струму дозволяє проводити електроліз при підвищених густинах струму, але наявність анодного півперіоду приводить до надлишкових витрат електрики та викликає часткове розчинення одержаного покриття, що знижує ефективність електролізу. Осадження покриття за рН 0,8 підвищує імовірність утворення 4поліоксоаніонів складу H2W 7O24 і HW 2O7 , що суттєво ускладнює відновлення вольфраму, внаслідок чого вміст тугоплавкого компоненту в покритті не перевищує 3 мас. %. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу одержання електролітичних покриттів залізо-вольфрам з широким діапазоном вмісту тугоплавкого компоненту і підвищеним виходом за струмом. Це сприятиме створенню екологічних енергозаощаджувальних технологій електрохімічного осадження покриттів сплавами залізо-вольфрам підвищеної функціональності. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб одержання електролітичних покриттів залізо-вольфрам, що полягає в катодному осадженні із застосуванням нестаціонарного електролізу, згідно з корисною моделлю, процес проводять уніполярним імпульсним струмом з -2 -2 -3 амплітудою 3-8 А/дм, в робочому діапазоні тривалості імпульсу 2·10 - 5·10 с і паузи 5·10 -2 5·10 с, з електроліту, що містить сульфат заліза(ІІІ), вольфрамат натрію, цитрат натрію, сульфат натрію, борну кислоту, при температурі 20-25 °C, рН 3,0-4,0. За означеним способом електрохімічне осадження покриттів залізо-вольфрам відбувається під час імпульсу з гетероядерних цитратних комплексів вольфраматів із залізом. Водночас, під час імпульсу відбувається відновлення заліза(ІІІ) до заліза(ІІ). В період паузи реалізуються 2+ процеси адсорбції реагентів, відновлення Fe до металічного стану, хімічного відновлення проміжних оксидів вольфраму ад-атомами гідрогену та хімічна реакція вивільнення лігандів. Отже, застосування режиму програмованого електролізу дозволяє розширити діапазон вмісту сплавотвірних компонентів та підвищити вихід за струмом за рахунок прискорення уповільнених хімічних стадій та розряду сплавотвірних компонентів. Приклад 1 Осадження покриття залізо-вольфрам проводять на зразок зі сталі марки 08Кп з водного розчину електроліту, що містить сульфат заліза(ІІІ), вольфрамат натрію, цитрат натрію, -2 -2 сульфат натрію, борну кислоту, при тривалості імпульсу 1·10 і паузи 2·10 , густині струму 4 2 А/дм , температурі 25 °C протягом 30 хв. Вміст заліза в покритті становить 80 мас. %, вольфраму 20 мас. %. Вихід за струмом сплаву 74 %. Покриття матове, дрібнокристалічне, з низькою поруватістю. Приклад 2 Осадження покриття залізо-кобальт-вольфрам проводять на зразок зі сталі марки 08Кп з водного розчину електроліту, що містить сульфат заліза(ІІІ), вольфрамат натрію, цитрат натрію, -2 -2 сульфат натрію, борну кислоту, при тривалості імпульсу 1·10 і паузи 2·10 , густині струму 7 2 А/дм , температурі 25 °C протягом 30 хв. Вміст заліза в покритті становить 73 мас. %, вольфраму 27 мас. %. Вихід за струмом сплаву 67 %. Покриття матове, дрібнокристалічне, з низькою поруватістю. 1 UA 117690 U 5 10 15 20 Наведені приклади демонструють, що підвищення катодної густини струму при фіксованій тривалості імпульсу та співвідношенні тривалості імпульсу та паузи 1:2 приводить до збільшення вмісту вольфраму в покритті за рахунок зменшення вмісту заліза, при цьому спостерігається зниження виходу за струмом до 67 %. Джерела інформації: 1. Бобанова Ж.И. Электроосаждение и свойства сплава железо-вольфрам /[Ж.И. Бобанова, Д.З. Грабко, З. Даницэ, Я. Миргородская, А.И. Дикусар] //Электронная обработка материалов. 2007. - № 4. - С. 12-21. 2. Пат. 2192509 Российская федерация, МПК C25D 3/56. Способ электролитического осаждения сплава железо-вольфрам /Серебровский В.И.; Серебровская Л.Н.; Серебровский В.В.; Коняев Н.В.; заявитель и патентообладатель Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова. - № 2001100264/02; заявл. 04.01.2001; опубл. 10.11.2002, Бюл. № 31. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб одержання електролітичних покриттів залізо-вольфрам, що полягає в катодному осадженні із застосуванням нестаціонарного електролізу, який відрізняється тим, що процес 2 проводять уніполярним імпульсним струмом з амплітудою 3-8 А/дм , в робочому діапазоні -2 -2 -3 -2 тривалості імпульсу 2·10 -5·10 с і паузи 5·10 -5·10 с, з електроліту, що містить сульфат заліза (ІІІ), сульфат кобальту, вольфрамат натрію, цитрат натрію, сульфат натрію, борну кислоту, при температурі 20-25 °C, рН 3,0-4,0. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2