способ нанесения гальванических покрытий

Формула изобретения

Способ нанесения гальванических покрытий, включающий последовательное осаждение слоя покрытия из электролита при прямой полярности тока, удаление части этого покрытия при обратной полярности и заключительное осаждение покрытия при прямой полярности тока, причем на электролит в течение всего процесса воздействуют ультразвуковыми колебаниями, отличающийся тем, что дополнительно возбуждают ультразвуковые колебания резонансной частоты в покрываемом изделии, при этом используют электролит, содержащий ультрадисперсную фазу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению композиционных алмазосодержащих хромовых покрытий на изделия из стали, алюминия и других металлов, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности при нанесении покрытий электролитическим способом.

Известен способ получения композиционных покрытий на основе хрома электролитическим осаждением из электролита хромирования, содержащего 5 40 г/л коллоидных частиц-кластеров синтетического алмаза размером 0,001 0,01 мкм [1] аналог-3. РСТ N 89/07668, C25D15/00, опубл. 24.08.89). Данный способ позволяет получить износостойкие покрытия с улучшенными антифрикционными свойствами, однако не обеспечивает предотвращение образования пор в наносимом покрытии, что оказывает отрицательное влияние на качество покрытия.

Кроме того, известен способ получения композиционных покрытий, включающий катодное (при прямой полярности тока) осаждение покрытия из электролита, содержащего твердые частицы, затем анодную обработку покрываемого изделия в том же электролите и снова катодное осаждение покрытия [2] Недостатком данного способа является пористость покрытия из-за наличия на поверхности микропузырьков водорода.

Известен также способ нанесения гальванического покрытия, включающий предварительную обработку поверхности путем возбуждения ультразвуковых колебаний в электролите для лаппингования поверхности перед нанесением покрытия (а.з. Япония N 61-28755, C 25 D 5/20, опубл. 02.07.86). Недостаток способа образование пор в покрытии за счет того, что в процессе электролитического осаждения покрытия пузырьки газа, содержащиеся в электролите, адсорбируются на шероховатостях поверхности изделия катода и препятствуют проникновению в низ частиц покрытия.

Наиболее близким к заявленному способу по совокупности признаков является способ нанесения гальванических покрытий по [3] выбранный авторами в качестве прототипа.

В соответствии со способом по [3] осуществляют последовательное осаждение покрытия из электролита при прямой полярности, удаление части нанесенного покрытия при обратной полярности и заключительное осаждение слоя покрытия при прямой полярности, одновременно воздействуя на электролит ультразвуковыми колебаниями. Это позволяет ускорить процесс нанесения покрытия за счет интенсификации процесса и получить равномерное по толщине покрытие. Однако так же, как и вышеупомянутые аналоги, прототип не решает задачи получения беспористого покрытия.

Заявляемое изобретение направлено на повышение качества покрытия и сокращение длительности процесса.

Для достижения этих целей способ нанесения гальванических покрытий включает последовательное осаждение слоя покрытия на электролите при прямой полярности тока, удаление части этого покрытия при обратной полярности и заключительное осаждение покрытия при прямой полярности тока, причем на электролит в течение всего процесса воздействуют ультразвуковыми колебаниями, дополнительно возбуждают ультразвуковые колебания резонансной частоты в покрываемом изделии, при этом используют электролит, содержащий ультрадисперсную фазу.

При возбуждении ультразвуковых колебаний частоты 20 100 кГц в электролите, содержащем ультрадисперсную фазу, обеспечивается, помимо дегазации электролита, равномерное распределение ультрадисперсных частиц в объеме электролита, а также увеличение скорости диффузии порций электролита, несущих дисперcные частицы к поверхности изделия.

Одновременное возбуждение ультразвуковых колебаний резонансной частоты в изделии в процессе нанесения покрытия позволяет удалить газы, адсорбированные на шероховатостях поверхности изделия, в том числе пузырьки водорода, постоянно образующиеся на катоде изделии при электролитическом осаждении, тем самым снимая наводораживание поверхности изделия. Кроме того, возбуждение ультразвуковых колебаний в изделии улучшает рассеивание ультрадисперсных частиц в зоне покрытия и заполнение микропор освобожденных от газов, ультрадисперсными частицами. Таким образом, обеспечивается получение беспористых, равномерных по составу композиционных покрытий с увеличенной плотностью покрытия.

Выбор резонансной частоты ультразвуковых колебаний изделия обусловлен минимальной мощностью ультразвукового генератора при резонансе, а также тем, что при этом достигаются условия максимальной дегазации поверхности изделия, на которое наносят покрытие и обеспечивается максимальная глубина проникновения частиц покрытия во впадины, образованные шероховатостями поверхности изделия, что также способствует повышению качества покрытия при одновременном сокращении времени нанесения покрытия.

Равномерность по толщине достигается последовательным электролитическим осаждением покрытия при прямой полярности, удалением образовавшихся выступающих неровностей нанесенного покрытия при обратной полярности и заключительным осаждением слоя покрытия при прямой полярности. При этом, в силу вышеуказанных причин, требуется меньшая, чем у прототипа, длительность каждого из трех перечисленных этапов нанесения покрытия.

Способ осуществляется следующим образом.

Изделие, на которое наносят покрытие, размещают в ванне с электролитом, содержащим дисперсную фазу. С изделием соединяют волновод ультразвукового излучателя. Излучающую поверхность второго ультразвукового излучателя размещают в электролите. К обрабатываемому изделию (катоду) подсоединяют отрицательный полюс источника постоянного тока, к аноду положительный полюс. Доводят температуру электролита до температуры 50^oC, выводят генераторы ультразвуковых колебаний в рабочий режим. Устанавливают резонансную частоту ультразвуковых колебаний изделий в зависимости от материала и длины изделия. Устанавливают интенсивность ультразвуковых колебаний в электролите 0,01 0,1 Вт/см² при частоте 22 кГц; интенсивность колебаний в изделии 0,2 0,5 Вт/см².

Замыкают контакты источника тока и при плотности тока 10 15 А/дм² и прямой полярности осаждают покрытие в течение 150 200 с, затем переключают полярность источника тока и при плотности тока 5 7,5 А/дм² продолжают процесс в течение 50 110 с. После чего снова переключают источник тока на прямую полярность и при плотности тока 10 - 15А/дм² завершают процесс нанесения покрытия в течение 150 200 с.

Полученное в результате нанесения по предложенному способу композиционное покрытие имеет ровную, гладкую поверхность, беспористую и равномерно обогащенную по объему частицами дисперсной фазы.

Ниже приведен конкретный пример осуществления заявляемого способа нанесения гальванических покрытий.

Пример 1. В ванну загружали 0,5 м³ хромового электролита, содержащего дисперсную фазу в виде кластеров синтетического алмаза размером 0,001 0,01 мкм состав электролита, г/л: хромовый ангидрид 150, серная кислота 5, цинк 10, кластер 15.

Покрытие наносили на ножовочное полотно для ручной распиловки металла. Длина изделия l 0,3 м, материал сталь. Резонансную частоту изделия находим расчетным путем. В соответствии с теорией колебаний ( см. Лепеидин Л.Ф. Акустика. М. Высшая школа, 1978, с. 119) резонансная частота стержня определяется из соотношения



где m мода колебаний; c скорость звука в материале; l длина стержня.

Учитывая, что l 0,3 м, c 5,1710³ м/с, получили частоту основного резонанса:

;



Для возбуждения в ультразвуковом диапазоне выбирает 3-ю моду колебаний (m 3):

f₃ 3f 26 кГц.

Нанесение покрытия вели при температуре электролита 50^oC, частоте ультразвуковых колебаний в электролите 22 кГц, интенсивности ультразвуковых колебаний в электролите 0,03 Вт/см²; частоте ультразвуковых колебаний в изделии 26 кГц, интенсивности ультразвуковых колебаний в изделии 0,3 Вт/см².

1. Плотность тока при прямой полярности 12 A/дм², продолжительность процесса с прямой полярностью 160 с.

2. Плотность тока при обратной полярности 6,2 А/дм²; продолжительность процесса с обратной полярностью 80 с

3. Плотность тока при прямой полярности 12 А/ дм², продолжительность процесса с прямой полярностью 120 с Суммарное время нанесения покрытия 6 мин.

Нанесение гальванического хромового покрытия по данному способу позволило повысить износостойкость ножовочного полотна за счет повышения качества нанесенного покрытия.

Износостойкость ножовочного полотна определялась путем резки прутка 18 мм из стали 45. Полотно с покрытием, нанесенным по заявленному способу, отработало 42 ч. Ниже приведена сравнительная таблица качества композиционных хромовых покрытий, полученных различными способами.