Електроліт хромування

Електроліт хромування, що містить хромовий ангідрид, сірчану кислоту і дисперсну добавку твердих частинок, який відрізняється тим, що як тверді частинки використовують нерозчинні в електроліті вуглецеві алмазовмісні частинки з адсорбційною активністю по іонах електролітів у межах 0,1-10 мг-екв/м, а співвідношення алмазів, хромового ангідриду і тривалентного хрому в масових частинах складає 1 (7,5-200) (0,15-10) радисперсні алмази, а також керамічні (S12, AI2O3, і ІНШІ оксиди, карбіди і нітриди) чи полімерні (фторопласти, ABC-пластики, поліетилен і т п) мікрочастинки, що відповідають вимогам хімічної стабільності в розчині електроліту хромування Для забезпечення зваженого стану мікрочастинок у розчині проводять ультразвукове диспергування З електроліту, що містить 0,45 г/л алмазних мікрочастинок, 250 г/л Сгз, 2,5 г/л H2SO4 а також необхідні КІЛЬКОСТІ інгібіторів анодного розчинення, поверхнево-активних речовин і інших добавок, отримані покриття з мікротвердістю по Віккерсу 1080 кгс/мм2, що на 200-280 одиниць більше, ніж аналогічне покриття з елекіроліту, що не містить добавки алмазів Недоліком електроліту є те, що мікрочастинки підтримуються в зваженому стані тільки при невисоких концентраціях їх в електроліті, в той час як найбільш значимі зміцьнювальні ефекти досягаються для покрить, отриманих з електролітів з високим (10 г/л і більш) змістом дисперсних часток Однак в останньому випадку згадані частки швидко агрегують, злипаються в пластівці й осідаю на дно ванни, що негативно впливає на технологічність процесу і якість покрить Відомий електроліт для нанесення хромалмазных покрить, у якому міститься 5-10 г/л ультрадисперсного алмазу у виді алмазомісткої шихти [Заявка РФ №95111396 від 23 06 95, C25D15/00] Додатково електроліт містить хромовий ангідрид, сірчану кислоту й ІНШІ необхідні компонент, що забезпечують осадження покрить необхідної якості Алмазомістка шихта являє собою порошкоподібну суміш ультрадисперсного алмазу й інших ю ю ю о> ю 59555 речовин з адсорбційно-активними центрами поверхні алмазу КІЛЬКІСНОЮ характеристикою такої взаємодії є питома адсорбція потенціалвизначених ІОНІВ електролітів Питома адсорбція потенціалвизначених ІОНІВ залежить від умов хімічної обробки УДА і визначається потенціометричним титруванням точної кількоси УДА в розчині фонового електроліту (див наприклад Колоїд, журн, 1984, т5б, №8, с 1129-1135) Встановлено, що для хромових електролітів, що містять хром як у виді ані3+ онів (ПОХІДНІ СЮЗ), так і у виді катіонів Сг , оптимальною є окисна обробка УДА з формуванням 3+ + С + СгО 3 + Н -» СО Х + Сг Н2О адсорбційно-активних центрів у межах 0,1-10 мгПроцес хромування в цьому випадку є недосэкв/м У цьому випадку на поверхні алмазної часттатньо стабільним, а якість покрить - невисока ки сорбуються хроммісткі іони, частки здобувають достатній злектрокшетичний потенціал і заряд, що Задачею даного винаходу є розробка такого перешкоджає агрегації часток і сприяє їхньої рухелектроліту хромування, що містить ультрадиспеливості в електричному полі Зменшення значення рсні частки алмазу, який має підвищену стабільадсорбційної активності УДА менш 0,1 мг-экв/м ність і універсальність в роботі і забезпечує відзнижує агрегативну СТІЙКІСТЬ часток і прискорює творюваність показників якості композиційних поїхню коагуляцію й осідання на дно ванни хромукрить вання У цьому випадку композиційний електроліт Поставлена задача вирішується тим, що елекнестабільний у роботі, вимагає постійного перемітроліт хромування, що містить хромовий ангідрид, шування, якість покрить відтворюється незадовісірчану кислоту і дисперсну добавку твердих часльно Збільшення адсорбційної активності УДА ток, відрізняється тим, що в якості твердих часток більш 10 мг-экв/м досягається за рахунок формувикористовують нерозчинні в електроліті вуглецеві вання метастабільних вуглецевих структур на поалмазомісткі частки з адсорбційною активністю по верхні алмазних часток Однак в електролітах іонах електролітів у межах 0,1-10 мг-экв/м, а співхромування, експлуатованих при нагріванні, такі відношення алмазів, хромового ангідриду і триваструктури порівняно легко окислюються, що вилентного хрому в масових частинах складає кликає утворення додаткової КІЛЬКОСТІ СГ 3 + І некон1 (7,5-200) (0,15-10) трольовані зміни складу розчину Додаткових пеВІДМІТНИМИ ознаками електроліту, що заявреваг частки з адсорбцією більш 10 мг-экв/м не ляється, є мають, але погіршують роботу електроліту в час1 Адсорбційна активність ультрадисперсного тині стабільності його складу алмазу складає 0,10-10 мг-экв/м 2 Масове співвідношення між компонентами Розглядаючи частку УДА як адсорбційноелектроліту УДА хромовий ангідрид тривалентактивний компонент електроліту, приходимо до ний хром складає 1 (7,5-200) (0,15-10,0) розуміння того, що в загальному випадку ефектиОзнака 1 має новизну стосовно відомих вність роботи хромової ванни буде залежати від рішень науки і техніки, характеризуючи істотну балансу між основними речовинами, що формувластивість УДА як компонента для електроліту, ють електрохімічне покриття, а саме між хромом що заявляється (у виді хромового ангідриду і тривалентного хрому) Ознака 2 невідома з інших рішень науки і і ультрадисперсним алмазом В електроліті, що техніки ВІДПОВІДНО ДО вищеописаних аналогів заявляється, масове співвідношення цих компоістотною ознакою складу електроліту є вміст часнентів складає УДА СЮ 3 Сг3+ = 1 (7,5-200) ток дисперсної фази 0,1-100 г/л [1] і 5-10 г/л [2] У (0,15-10) приведених прикладах одержання покрить зазнаЗбалансований при цій умові електроліт хрочені концентрацією хромового електроліту 250-350 мування характеризується колоїдною стабільністю г/л, але не приведені зведення про вміст тривадисперсної фази, СТІЙКІСТЮ І надійністю в експлуалентного хрому Приклади по прототипу також тації, високою якістю і відтворюваністю властивосдають варіанти складу електроліту при концентей композиційних покрить Вибір конкретних контрації УДА 2, 6, 10, 15, 20 і 40 г/л, Сг3 - 200-225 г/л, центрацій згаданих компонентів зв'язаний з адсоале не обмовляють оптимальної концентрації трирбційними властивостями УДА, як описано вище, а валентного хрому, лише якісно вказуючи на важтакож з вимогами до властивостей покрить, які ливість цього фактора для здійснення хромування потрібно одержати з даного електроліту Якщо Таким чином, КІЛЬКІСНИЙ баланс між основними відносний вміст хромового ангідриду менш 7,5 компонентами, що формують композиційне помасових частин на одиницю УДА, то швидкість криття, заявляється вперше осадження покриття знижується, вміст алмазів у ВІДПОВІДНІСТЬ ознак, що заявляються, критерію ньому зростає, але покриття виходить неоднорід"ІСТОТНІ ВІДМІННОСТІ" обгрунтуємо наступним ним, з дефектами у виді сірих плям, включеннями пластівчастих кластерних утворень, незадовільУльтрадисперсні частки алмазу з розміром міними по адгезії й інших експлуатаційних показникрокристаллів у межах 10-100А мають розвинуту ках Це можна зв'язати з тим, що при відсутності ХІМІЧНО активну поверхню, питома характеристика достатньої КІЛЬКОСТІ хромового ангідриду на одиякої звичайно знаходиться в межах 200-400 м2/г ницю УДА адсорбційні цеп гри останнього взаємоПоводження часток УДА в розчинах електролітів у діють з іншими компонентами розчину (сульфатзначній мірі визначається взаємодією розчинених вуглецевих форм від мікрографіту до аморфного вуглецю Вуглецеві структури в шихті мають різну хімічну СТІЙКІСТЬ стосовно дії хромового електроліту, що є окислювачем Тому в ході експлуатації електроліту відбувається неконтрольована зміна його складу як у частині дисперсної добавки (якісна зміна при кількісному зменшенні), так і в частині базових хромових компонентів - хромового ангідриду і тривалентного хрому, яка випливає з відомої схеми взаємодії 59555 юн, комплексний фторид, ПАВи й ш) Адсорбційний комплекс на основі алмазних часток здобуває при цьому випадковий склад і заряд, що змінює колоїдне поводження частки в електроліті і при катодному шарі УДА осідають разом з хромом у виді пластівчастих агрегатів (кластерів), захоплюючи з собою згадані сорбовані компоненти В результаті формується неупорядкована структура покриття з високим рівнем сторонніх включень Збільшення відносного змісту СЮз більш 200 на 1 масову частину УДА при інших оптимальних умовах осадження обмежує процес включення алмазних часток у хромові покриття тому що розрядка молекулярних хроммістких часток типу хромових кислот статистичне переважає над розрядкою адсорбційних комплексів "алмаз-хром" Покриття містить менш 0,05% УДА і не має в достатній мірі переваг композиційних покрить у частині механічних і захисних властивостей При дотриманні пропорції між УДА і СЮз співвідношення алмазу і тривалентного хрому впливає на стабільність роботи ванни і якість покриття Установлено, що ефективний інтервал концентрацій Сг3+ залежить від вмісту й адсорбційних властивостей алмазних часток і складає 0,15-10 частин на 1 частину УДА У цьому інтервалі адсорбція тривалентного хрому поверхнею УДА є достатнім регулятором окислювально-відновних процесів на електродах Стабільно відтворюються умови осадження і властивості покрить Структура покрить однорідна, дрібнозерниста, включення алмазних часток складає 0,1-1,5% і забезпечує підвищену твердість і ЗНОСОСТІЙКІСТЬ Одержати задане співвідношення алмаз - тривалентний хром можна як проробленням електроліту на електродах із установленим співвідношенням площ анода і катода, так і введенням розрахункової КІЛЬКОСТІ УДА чи солі тривалентного хрому за результатами аналізу хромового розчину Якщо відносна КІЛЬКІСТЬ СГ 3 + менше, ніж 0,15 масових частин на 1 частину УДА, то покриття має дефекти, характерні для так званих неприроблених електролітів неоднорідність, разнотонность, низьку твердість Причиною є, на наш погляд, те, що в цьому випадку практично весь тривалентний хром зв'язаний в адсорбційні комплекси з дисперсними частками і не виконує своїх функцій активатора процесу хромування в прикатодном шарі При підвищенні змісту Сг3+ більш 10 частин на 1 частину УДА спостерігаються ознаки перезарядження алмазних часток за рахунок надеквива лентної сорбції катіонів погіршується колоїдна стабільність УДА в електроліті, порушується СТІЙКІСТЬ процесу, погіршується якість покрить (підвищена напруженість, розтріскуванність, низька адгезія і ЗНОСОСТІЙКІСТЬ) Для відновлення балансу УДА - Сг3+ рекомендується або пророблення електроліту на анодах більшої площі, або введення додаткової КІЛЬКОСТІ УДА Ознаки електроліту, що заявляються, ДІЙСНІ для різних типів розчинів хромування, у тому числі - для стандартних сульфатних, саморегулюючих, фторидних і т д Нижче приводяться приклади, що пояснюють використання електроліту для одержання композиційних хромалмазнЬх покрить Приклад 1 Наготовлюють розчин хромування, що містить УДА, СЮз і Сг3+ у співвідношенні 150 0,5 Для цього беруть 100 г УДА з адсорбційною активністю 0,6 мг-экв/м у виді водяної суспензії, змішують з 5 000 г хромового ангідриду і 25 г сірчаної кислоти, доводять обсяг суміші до 20 л дистильованою водою і нагрівають при перемішуванні до 65-70°С на протязі 4 годин Потім проробляють електроліт на випадковому катоді (SA > SK), періодично визначаючи зміст тривалентного хрому відомими методами Одержують значення концентрації Сг3+ 2,5 г/л, що відповідає заданої пропорції, після чого проводять осадження покриття при робочій ЩІЛЬНОСТІ току і температурі Отримано блискуче гладке дрібнозернисте покриття без тріщин, дефектів і неоднорідностей Мікротвердість по Віккерсу склала 1150 кгс/мм2, вміст алмазів у покритті, визначене спалюванням навішення КЭП у струмі кисню, склало 0,67% Приклад 2 Наготовлюють розчин хромування, що містить УДА, СЮз і Сг3+ у співвідношенні 1 150 5 Для цього беруть 40 г УДА з адсорбційною активністю 6,5 мг-экв/м у виді водяної суспензії, зміщують з 6 000 г хромового ангідриду, додають 120 г сульфату барію і 400 г кремнефторида калію, обсяг суміші доводять дистильованою водою до 20 л Проводять пророблення електроліту як у прикладі 1, одержують значення концентрації Сг3+ 10 г/л, що відповідає заданій пропорції Після цього проводять осадження покриття й одержують напівблискуче гладке дрібнозернисте покриття, однорідне, без дефектів і включень Мікротвердість по Віккерсу склала 1230 кгс/мм2, вміст алмазів у покритті - 0,3% Інші приклади готування електроліту й одержання покрить приведені в таблиці 59555 Таблиця Співвідношення комАдсорбційна понентів (мас части№ Тип прик- електро- активність ни) УДА, мг-екв/м лад літу УДА Сг 3 + СЮз Характеристика покрить Примітки МТв, кгс/мм 2 %УДА в Сг 3 ССЕ 0,1 1 20 0,2 985 0,2 4 -II 10 1 200 5 1215 1,1 5 -II 0,07 1 10 0,15 6 -II 11,5 1 180 10 900-1050 0,05-0,5 7 -II 06 1 7,5 0,2 1275 0,95 8 9 -II-II 06 2,3 1 1 5,0 100 0,15 1250-1320 1100 0,9-1,5 12 10 -II 2,3 1 230 8 870-920 0,03-0,05 11 -II 1,5 1 50 0,5 1195 0,7 12 13 14 15 СРЕ СКЕ 5,3 5,3 1,5 2,3 1 1 1 1 35 10 20 70 0,1 0,3 * * 0,5 0,8 0,7 0,6 Якісне однорідне покриття -//Електроліт нестабільний, коагуляція УДА Електроліт нестабільний покриття неоднорідні Якісне однорідне покриття Покриття неоднорідні, дефектами -//Покриття неоднорідні Якісне однорідне покриття Покриття з дефекта ми СКФЕ СКФЕ 1 5 2,0 ССЕ - Стандартний сульфатний електроліт СРЕ - Сульфатний розведений електроліт СКЕ - Сульфатний концентрований електроліт СКФЕ Саморегулюючий сульфатнокремнійфторидний електроліт КОМПОЗИЦІЙНІ хромалмазні покриття, отримані Комп'ютерна верстка М Клюкш 1075 1250 1240 Якісне однорідне покрит тя -//-II з електроліту, що заявляється, мають широкий спектр призначення у якості зміцнювальних для обробного і медичного інструмента, протизношувальних - для деталей тертя, протиадгезійних і захисних для інструмента при переробці пластмас іт п Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна