Електроліт для нанесення покриттів сплавом залізо-вольфрам

Реферат: Електроліт для нанесення покриттів сплавом залізо-вольфрам містить вольфрамат натрію, сульфат натрію, борну кислоту, цитрат натрію. Додатково електроліт містить сульфат заліза(ІІІ). UA 117689 U (12) UA 117689 U UA 117689 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до електролітів для нанесення покриттів сплавами залізовольфрам, що мають підвищені трибологічні, антикорозійні та каталітичні властивості і можуть застосовуватись у галузях машинобудівної, електротехнічної, хімічної промисловості. Відомий електроліт для осадження сплаву Fe-W [1], що містить (г/л): вольфрамат натрію 210, хлорид заліза(П) 300-400, цитратну кислоту 5-15 та хлоридну кислоту 0,5-1,5. Процес осадження проводять при температурі 20-40 °C із застосуванням змінного асиметричного 2 струму з інтервалом катодних густин струму 35-40 А/дм і коефіцієнтом асиметрії 1,2-6, рН 0,8. 2+ Недоліком цього електроліту є нестабільність іонів Fe в присутності іонів-окисників, агресивність до матеріалу електролізерів і електродів за присутності у розчині вільної кислоти та хлорид-аніонів, значна кислотність електроліту, за якої відбувається полімеризація моновольфраматів, що призводить до зменшення швидкості відновлення вольфраму. Вміст вольфраму у сплаві не перевищує 3 мас. %. Більш близьким за складом до заявленого, вибраний як найближчий аналог, є електроліт для нанесення сплаву залізо-вольфрам [2], який містить, г/л: сульфат заліза(ІІ) 49,6-55,6 вольфрамат натрію 71,7-132,0 цитрат натрію 150, при рівні рН 7,4-7,8. Процес проводять при температурі розчину 53-90 °C в діапазоні катодної густини постійного 2 струму 3-10 А/дм . Як аноди використовують нержавіючу сталь. + Недоліком цього електроліту є нестабільність внаслідок окиснення іонів Fe як киснем повітря, так і в анодному процесі, з утворенням нерозчинного Fe(OH) 3, що знижує ресурс електроліту. Концентрація вольфрамату, що застосовується у даному електроліті, зумовлює полімеризацію моновольфраматів у розчині, що приводить до суттєвого зниження ефективності процесу. Вихід за струмом не перевищує 35 %. Проведення електролізу за температур вище, ніж 50 °C, приводить до додаткових витрат електрики. В основу корисної моделі поставлено задачу створення стабільного нетоксичного електроліту для нанесення багатофункціональних покриттів сплавами Fe-W з розширеним діапазоном вмісту сплавотвірних компонентів та підвищеним виходом за струмом. Це сприятиме створенню екологічно безпечних технологій електрохімічного осадження покриттів сплавами залізо-вольфрам з підвищеними функціональними властивостями. Для вирішення поставленої задачі пропонується електроліт для нанесення покриттів сплавом залізо-вольфрам, що містить вольфрамат натрію, сульфат натрію, борну кислоту, цитрат натрію, який, згідно з корисною моделлю, додатково містить сульфат заліза(ІІІ) при 3 такому співвідношенні компонентів, г/дм : сульфат заліза(ІІІ) 40-60 вольфрамат натрію 15-28 сульфат натрію 15-30 кислота борна 6 цитрат натрію 80-120, при рівні рН 3,0-4,0. Технічний результат досягається використанням сульфату заліза(ІІІ), що сприяє стабілізації катіонів за рахунок утворення більш стійких, порівняно з цитратними комплексами заліза(ІІ), цитратних комплексів заліза(ІІІ). Буферна здатність цитрат-аніонів дозволяє зменшити вміст у 3 розчині борної кислоти до 6 г/дм . Формування в електроліті цитратних комплексів заліза(ІІІ) та гетероядерних цитратних комплексів вольфраматів із залізом забезпечує осадження щільних, дрібнокристалічних, з високою адгезією до матеріалу підкладки покриттів з вмістом сплавотвірних компонентів Fe 84-72 мас. %, W 16-28 мас. %. Покриттям такого складу притаманні високі корозійна та зносостійкість, каталітичні властивості, що є передумовою для їх застосування для зміцнення спрацьованих деталей, а також в реакціях окиснення карбону(ІІ) оксиду та знешкодження газових викидів автотранспорту. Для приготування електроліту рекомендовано використовувати водні розчини компонентів, які змішують у наступній послідовності: окремо до розчинів цитрату натрію при перемішуванні додають сульфат заліза(ІІІ) і вольфрамат натрію, після чого ці розчини змішують. Сульфат натрію розчиняють у невеликій кількості теплої води та додають до електроліту. Наступним кроком в розчин додають попередньо розчинену при 95 °C борну кислоту. Отриманий розчин доводять дистильованою водою до розрахункового об'єму та витримують протягом доби для встановлення іонних рівноваг. Покриття наносять на підготовлені за стандартною методикою деталі. 1 UA 117689 U 5 10 15 Електроліз рекомендовано проводити при температурі 20-25 °C у гальваностатичному 2 режимі при густині струму 3-7 А/дм із застосуванням сталевих анодів. Приклад 1 3 Електроліт готують у наведеній послідовності при такому вмісті компонентів, г/дм : Na3C6H5O7·2H2O 80 Fe2(SO4)3·9H2O 40-60 Na2WO4·2H2O 16-20 Na2SO4 15-30 H3BO3 6, pH електроліту 3,0-3,5. Покриття наносять на зразки зі 08Кп. Процес проводять при 2 температурі 20-25 °C та катодній густині струму 3-5 А/дм . Вміст заліза в одержаному гальванічному покритті 84-79 мас. %, вольфраму 16-21 мас. %. Покриття щільні, матові, без внутрішніх напружень та тріщин. Приклад 2 Електроліт готують у наведеній послідовності при такому вмісті компонентів, г/дм: Nа3С6Н5О7·2Н2О 120 Fe2(SO4)3·9H2O 40-60 Na2WO4·2H2O 26-28 Na2SO4 15-30 H3BO3 6, pH електроліту 3,5-4,0. Покриття наносять на зразки зі 08Кп. Процес проводять при 2 температурі 20-25 °C та катодній густині струму 5-7 А/дм . Вміст заліза в одержаному гальванічному покритті 79-72 мас. %, вольфраму 21-28 мас. %. Покриття щільні, матові, без внутрішніх напружень та тріщин. Відомості про склад запропонованого електроліту, режими електролізу та отримані результати наведено у таблиці. Таблиця Аналог Корисна модель Fe2(SO4)·9H2O 40-60 Склад Na2WO4·2H2O 2-10 FeSO4·7H2O 49,6-55,6 Na2WO4·2H2O 18-28 електроліту, FeCI2 300-400 Na2WO4·2H2O 71,7-132,0 Na2SO4 15-30 г/л Na3C6H5O7·2H2O 5-15 Na3C6H5O7·2H2O 150 Н3ВО3 6 HCl 0,5-1,5 Na3C6H5O7·2H2O 90-120 рН розчину 0,8 7,4-7,8 2,5-3,5 Температура 20-40 53-90 20-25 розчину, °C Вміст вольфраму, 2-3 30-38 16-28 мас. % Вихід за Немає даних 30-35 45-50 струмом, % Покриття щільні, матові, ХарактеПокриття щільні, дрібнокристалічні, без ристики Немає даних дрібнокристалічні внутрішніх напружень та покриття тріщин 20 25 Найближчий аналог Джерела інформації: 1. 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.; Батищев А.Н.; заявитель и патентообладатель Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова. - № 2001100264/02 заявл. 04.01.2001; опубл. 10.11.2002, Бюл. № 31. 2. 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. 30 2 UA 117689 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Електроліт для нанесення покриттів сплавом залізо-вольфрам, що містить вольфрамат натрію, сульфат натрію, борну кислоту, цитрат натрію, який відрізняється тим, що містить сульфат 3 заліза(ІІІ), при такому співвідношенні компонентів, г/дм : сульфат заліза(ІІІ) 40-60 вольфрамат натрію 15-28 сульфат натрію 15-30 кислота борна 6 цитрат натрію 80-120, при рівні рН 3,0-4,0. Комп’ютерна верстка О. Гергіль 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 3