электролит для осаждения черного хромового покрытия

Формула изобретения

1. Электролит для осаждения черного хромового покрытия, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту и фторсиликат калия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит калий железосинеродистый при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хромовый ангидрид 150 500

Калий железосинеродистый 4 10

Серная кислота 0,02 0,5

Фторсиликат калия 0,1 0,5

2. Электролит по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод дистанционного синтеза в количестве 0,2 1,0 г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гальваностегии, в частности, к нанесению черных хромовых покрытий на клинки, пистолеты, автоматы и другое маскировочное десантное вооружение, черное покрытие также может быть применено для деталей кино- и фотоаппаратуры, для медицинского инструмента, столовых приборов и других защитно-декоративных элементов товаров народного потребления.

Согласно техническим требованиям защитно-декоративное покрытие на указанных изделиях должно иметь глубокий черный цвет и высокую стойкость к царапанию и истиранию. Последние механические характеристики проверяются на аппарате, представленном в ГОСТ 20811-87, путем определения массы электрокорунда 63, необходимого для разрушения покрытия (появление первого скола до подложки) при падении на него струи сыпучего тела.

Черное защитно-декоративное покрытие должно иметь износостойкость, соответствующую не менее чем 1200 г высыпанного электрокорунда 63.

Наибольшей стойкостью к механическому воздействию обладают хромовые осадки черного цвета, причем существует целая гамма рабочих растворов для их получения.

Известен многокомпонентный электролит черного хромирования, содержащий хромовый ангидрид и ионы фтора или фторсиликат-ионы. Осадки, полученные из этих растворов, имеют наиболее высокую износостойкость [1] например, покрытие из электролита состава, г/л:

Хромовый ангидрид 100,0-500

Калий кремнефтористый 15-20

Перборат натрия 20-30

Едкий натр 10-40

разрушается до основы при просыпании корунда 63 свыше 160 г.

Максимальная стойкость к истиранию более 250 г обнаружена у черного хрома из раствора со следующими ингредиентами [2] г/л:

Хромовый ангидрид 150-400

Фтористый алюминий 2-5

Борная кислота (орто) 8-20

Азотнокислый хром 3-7

Однако даже эта наибольшая величина значительно ниже уровня технических требований к покрытию.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является известный электролит для осаждения черного хромового покрытия, содержащий хромовый ангидрид, 0,02% сульфат-иона, 0,2-3 г/л фторсиликат-иона, 10-90 г/л иона калия (весовое соотношение калия к хромовому ангидриду 1:(5,5-30); 1,0-3 г/л органической добавки (метанол, сахароза и др.) [3]

В ходе испытаний отмечено, что у всех без исключения известных осадков черного хрома еще до наступления момента его разрушения до основы происходит засветление поверхности покрытия и потеря его маскирующей способности, что недопустимо по ТУ.

Засветление хрома или проявление его нижнего более светлого слоя наблюдается, как правило, после 50-80 г электрокорунда 63.

Цель изобретения кардинальное увеличение износостойкости хрома (отсутствие его разрушения при высыпании не менее 1200 г электрокорунда 63) при сохранении за весь период испытаний глубокого черного цвета.

Цель достигается тем, что покрытие наносят в электролите на основе хромового ангидрида (150-500 г/л, ГОСТ 3776-78) с введенной в него добавкой, названной авторами "черный блеск" и содержащей, г/л:

Калий железосинеродистый, ГОСТ 4207-75 4,0-10,0

Серную кислоту, ГОСТ 2184-75 0,02-0,5

Фторсиликат калия, ТУ 6-69-1650-77 0,1-0,5

Изобретение позволяет также получить еще более высокий уровень износостойкости свыше 1500 г электрокорунда 63 при введении в электролит дополнительно порошка углерода дистанционного синтеза (УДС) ТУ 2169-001-11165112-93 в количестве 0,2-1,0 г/л.

Стойкость покрытия увеличивается по сравнению с осадками, полученными из электролита основного состава, на 20-25% при этом защитно-декоративный хром имеет еще более насыщенный иссиня-черный цвет, сохраняющийся в течение практически всего цикла испытаний.

Однако стоимость углерода дистанционного синтеза (УДС) достаточно высока на два-три порядка выше стоимости остальных химикатов. Поэтому применение второго (дополнительного) предлагаемого состава ограничено только теми случаями, когда от покрытия потребуется износостойкость более высокая, чем в указанных ранее технических требованиях.

Проведенные многочисленные эксперименты, при которых фторсиликат калия заменяли на другие фторсодержащие соединения или не вводили сульфат-ионы в виде серной кислоты и другие, также не позволили достичь указанной цели.

Только совместное введение трех компонентов: калия железосинеродистого, фторсиликата калия и серной кислоты в заявляемом количестве в виде единой добавки "черный блеск" обеспечивает кардинально более высокую износостойкость хрома при сохранении его глубокого черного цвета.

Результаты экспериментальной проверки новых электролитов на плоских образцах размерами 45 х 25 из стали 50РА показаны в таблице.

В пунктах 1-5 приведены данные по заявляемым составам растворов, в пунктах 6-9 по электролитам с концентрацией ингредиентов, выходящей за граничные значения.

Во всех случаях концентрация хромового ангидрида составляла 270 г/л, время нанесения покрытия 20 мин, температура электролита находилась в интервале 18-22^oC, а катодная плотность тока 30 А/дм².

Следует отметить, что новый состав электролита допускает использование достаточно широкого диапазона рабочих температур и катодных плотностей тока

от 15 до 40^oC и от 20 до 70 А/дм² соответственно.

Новый электролит приготавливают следующим образом. В отдельном сосуде растворяют необходимое по расчету количество хромового ангидрида в дистиллированной воде. Раствор отстаивают и затем переливают через фильтр в рабочую ванну.

Необходимое количество калия железосинеродистого растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды и также через фильтр раствор сливают в рабочую ванну.

Фторсиликат калия растворяют в нагретой до 70-90^oC дистиллированной воде при интенсивном перемешивании, затем тщательно путем многократного обмыва используемой емкости, переносят раствор и нерастворившиеся частицы вещества в рабочую ванну.

Ванну доливают водой до заданного объема. Далее электролит корректируют по содержанию серной кислоты (с учетом количества ее в хромовом ангидриде) и прорабатывают электролизом по рабочему режиму в течение 2-3 ч.

Углерод детонационного синтеза в нужном количестве предварительно замачивают в воде до образования жидкой кашицы и затем аккуратно переносят в ванну, после чего электролит перемешивают.

Анализ представленных в таблице значений потребительских свойств покрытий говорит о том, что предлагаемый состав обеспечивает износостойкость без засветления хрома на уровне 1520-1710 г электрокорунда 63.

Отклонение концентраций компонентов электролита от заявляемых пределов сказывается следующим образом. При снижении концентрации калия железосинеродистого менее 4,0 г/л, фторсиликата калия менее 0,1 г/л и серной кислоты менее 0,02 г/л образуются тонкие разнотонные темно-коричневые осадки с просвечивающейся основой. А при превышении концентраций (свыше 10 г/л, 0,5 г/л, 0,5 г/л, соответственно) хром становится менее плотным, шероховатым и склонным к отслаиванию и осыпанию. В обоих случаях покрытие не удовлетворяет техническим требованиям ни по насыщенности черного цвета, ни по износостойкости. Кроме того, при большом, свыше 0,5 г/л, содержании серной кислоты образуются темно-серые осадки, что также не соответствует требованиям.

Пониженное содержание углерода детонационного синтеза (менее 0,2 г/л) приводит к уменьшению его положительного влияния на эксплуатационные характеристики покрытия, а высокая концентрация порошка (более 1,0 г/л) нецелесообразна из-за большой его стоимости и отсутствия существенного прироста износостойкости.

Рассматривая эффективность нового предложения, необходимо отметить, что главным преимуществом предлагаемого электролита является новая возможность получения хромовых покрытий с глубоким черным цветом и износостойкостью, соответствующей не менее чем 1500 г электрокорунда 63, высыпанного из аппарата по ГОСТ 20811-87. При использовании других известных растворов хромирования аналогичные трибологические свойства покрытий недостижимы.