Електроліт для осадження твердих покриттів на основі заліза

Реферат: Електроліт для осадження твердих покриттів на основі заліза включає ферум (II) метансульфонат. Електроліт додатково містить нанопорошок оксиду цирконію (IV), стабілізований 3 % (мол.) оксиду ітрію (III), із середнім розміром частинок від 5 до 50 нм. UA 88971 U (54) ЕЛЕКТРОЛІТ ДЛЯ ОСАДЖЕННЯ ТВЕРДИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ЗАЛІЗА UA 88971 U UA 88971 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі гальванотехніки, зокрема до електролітів для нанесення твердих покриттів композитами на основі заліза, які використовуються для відновлення зношених деталей і механізмів. Відомий хлоридний електроліт для нанесення твердих залізних покриттів, що містить від 200 3 2 до 350 г/дм FeCl2·4H2O 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 с]. 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 належить 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 аналогом до корисної моделі є електроліт для нанесення залізних покриттів з метансульфонатного електроліту складу (г/дм): 250-350 ферум (II) метансульфонат, 2 що експлуатується при катодній 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] / СП. Сидельникова, Ю.Н. Петров, Ю.С Городецкий // Защита металлов. 1974. - Т. 10, № 2. - С. 187-190]. 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 аналога 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 цирконію (IV), стабілізованого оксидом ітрію (III), що приводить до включення наночастинок оксиду цирконію (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 цирконію (IV), стабілізований 3 % (мол.) оксиду ітрію (III), із середнім розміром частинок від 5 до 50 нм при наступному співвідношенні компонентів (г/дм): ферум (II) метансульфонат 250-350 оксид цирконію (IV) 5-25. Відоме використання нанопорошку оксиду цирконію (IV), стабілізованого 3 % (мол.) оксиду ітрію (IIІ), для отримання конструкційної, інструментальної та функціональної біокераміки, а також сорбентів та каталізаторів [Константинова, Т.Е. Получение наиодисперсных порошков диоксида циркония. От новации к инновации [Текст] / Т.Е. Константинова, И.А. Даниленко, В.В. Токий, В.А. Глазунова // Наука та інновації. - 2005. - Т. 1. - № 3. - С. 76-87]. 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, доведенням за потребою кислотності шляхом додавання метансульфонової кислоти або натрію карбонату; потім додають наважку нанопорошку стабілізованого оксиду цирконію (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 цирконію (IV) використовують ультразвукову обробку електроліту. Отримувані композиційні покриття на основі заліза містять до 10,0-12,0 % (мас.) оксиду цирконію (IV). Наводимо приклади приготування запропонованого електроліту. Приклад 1. 1 UA 88971 U 3 5 10 15 20 25 3 При приготуванні електроліту беруть 300 г/дм феруму (II) метансульфонату та 15 г/дм нанопорошку оксиду цирконію (IV), стабілізованого оксидом ітрію (III). Електроліз проводять при температурі 20 °C, рН 1.6. Отримуване покриття містить 10,3 % (мас.) оксиду цирконію. Приклад 2. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 300 г/дм феруму (II) метансульфонату та 20 г/дм нанопорошку оксиду цирконію (IV), стабілізованого оксидом ітрію (III). Електроліз проводять при температурі 25 °C, рН 1,3. Отримуване покриття містить 10,6 % (мас.) оксиду цирконію. Приклад 3. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 250 г/дм феруму (II) метансульфонату та 5 г/дм нанопорошку оксиду цирконію (IV), стабілізованого оксидом ітрію (III). Електроліз проводять при температурі 25 °C, рН 1,3. Отримуване покриття містить 8,3 % (мас.) оксиду цирконію. Приклад 4. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 350 г/дм феруму (II) метансульфонату та 10 г/дм нанопорошку оксиду цирконію (IV), стабілізованого оксидом ітрію (III). Електроліз проводять при температурі 18 °C, рН 1,0. Ультразвукова обробка при частоті 22,4 кГц, питома густина 340 3 Вт/дм , тривалість 0,5 годин. Отримуване покриття містить 9,2 % (мас.) оксиду цирконію. Приклад 5. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 250 г/дм феруму (II) метансульфонату та 20 г/дм нанопорошку оксиду цирконію (IV), стабілізованого оксидом ітрію (III). Електроліз проводять при температурі 25 °C, рН 1,3. Ультразвукова обробка при частоті 22,4 кГц, питома густина 340 3 Вт/дм , тривалість 1 година. Отримуване покриття містить 11,0 % (мас.) оксиду цирконію. Приклад 6. 3 3 При приготуванні електроліту беруть 300 г/дм феруму (II) метансульфонату та 25 г/дм нанопорошку оксиду цирконію (IV), стабілізованого оксидом ітрію (III). Електроліз проводять при температурі 20 °C, рН 1,0. Ультразвукова обробка при частоті 22,4 кГц, питома густина 340 3 Вт/дм , тривалість 0,5 годин. Отримуване покриття містить 11,4 % (мас.) оксиду цирконію. Порівняльна характеристика мікротвердості покриттів, отриманих із електролітів прикладів 1-6 та аналога, наведена у таблиці. Таблиця 2 Мікротвердість покриттів на основі заліза (кг/мм ) при різних катодних густинах струму осадження Електроліт Аналог Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 Приклад 5 Приклад 6 Катодна густина струму, А/дм 5 10 431 436 515 521 520 529 505 510 510 515 522 527 527 528 2 15 440 524 528 513 518 530 533 20 442 526 534 515 521 537 541 30 35 Запропоновані електроліти дозволяють отримувати покриття на основі заліза, мікротвердість яких на 15-25 % більша, ніж у покриттів, отримуваних з електроліту-аналогу. 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 40 Електроліт для осадження твердих покриттів на основі заліза, що включає ферум (II) метансульфонат, який відрізняється тим, що елетроліт додатково містить нанопорошок оксиду цирконію (IV), стабілізований 3 % (мол.) оксиду ітрію (III), із середнім розміром частинок від 5 до 3 50 нм при наступному співвідношенні компонентів (г/дм ): ферум (II) метансульфонат 250,00-350,00 оксид цирконію (IV) 5,00-25,00. 2 UA 88971 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3