способ получения гальванических фрактальных покрытий железа

Формула изобретения

1. Способ получения гальванических фрактальных покрытий железа, включающий предварительную обработку поверхности детали перед нанесением покрытия, электрохимическое осаждение железа на деталь, используемую в качестве катода, отличающийся тем, что предварительную обработку поверхности детали проводят до придания ей шероховатости в пределах 40-400 мкм, а осаждение железа ведут в течение 22-25 ч из электролита, содержащего FeCl₂, Н ₂SO₄ и KJ, при следующем соотношении ингредиентов: FeCl₂=400 г/л, H ₂SO₄=0,8-1 г/л и KJ=5-10 г/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в электролит добавляют соляную кислоту до рН 1, в качестве анода используют низкоуглеродистую сталь, а осаждение ведут при температуре электролита 18-25°С и плотности постоянного тока 0,12-0,2 А/см² .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано для получения гальванических фрактальных покрытий, обладающих более высокой твердостью и декоративными свойствами.

В известном методе (А.с. СССР 168569, кл. 48а, 6/03, 1965) электролитического железнения из хлористых электролитов детали после обезжиривания и электрохимического травления в 30% серной кислоте при плотности тока 50-70 А/дм² завешивают в ванну железнения и выдерживают без тока в течение 15-20 секунд. После этого на протяжении 5-10 секунд подключают переменный ток промышленной частоты плотностью 25 А/дм ², а затем асимметричный ток, после чего производят осаждение постоянным током. Недостатком этого метода является небольшая твердость железного покрытия.

Наиболее близким к заявленному является способ получения железных покрытий из электролита на основе хлористого железа, в котором процесс ведут при температуре 18-20°С и плотности тока 5-40 А/дм² по ступенчатому режиму, а в электролит вводят йодистый калий и серную кислоту (А.с. СССР №204083, кл. 48а, 5/04, 1967 г.). Это способствует повышению стабильности раствора в процессе длительной работы и улучшению чистоты поверхности осадков. Недостатки этого метода - небольшая твердость железного покрытия и худшие декоративные свойства, так как обеспечивается только гладкая поверхность.

Характерной особенностью гальванических фрактальных покрытий является более высокая твердость по сравнению с поликристаллическими покрытиями и более высокие декоративные свойства.

Задачей изобретения является получение механически устойчивых гальванических фрактальных покрытий железа. Технический результат заключается в повышении твердости, износостойкости и декоративных свойств покрытий.

Технический результат достигается тем, что в известном способе получения гальванических покрытий железа, включающем предварительную обработку поверхности детали перед нанесением покрытия, электрохимическое осаждение железа на деталь, включенную в качестве катода, согласно изобретению проводят обработку поверхности детали для придания ей шероховатости в пределах 40-400 мкм, осаждение ведут в течение 22-25 часов из электролита, содержащего FeCl ₂, H₂SO₄ и KI при следующем соотношении ингредиентов: FeCl ₂=400 г/л, Н₂SO₄ =0,8÷1 г/л, KI=5÷10 г/л. Оптимально добавляют соляную кислоту до рН 1, при этом температура электролита составляет 18÷25°С, плотность постоянного тока равна 0,12÷0.2 А/см², а в качестве анода используется низкоуглеродистая сталь.

Структура и свойства фрактальных структур управляются временем железнения и величиной шероховатости. При железнении в течение 22÷25 часов вырастают облакоподобные фракталы. При времени железнения меньше 22 часов получается гладкая поверхность. При времени железнения больше 25 часов на поверхности детали растут дендритоподобные фракталы. При шероховатости ниже 40 мкм поверхность железного слоя также будет гладкой, выше 400 мкм на поверхности будут расти дендритоподобные фракталы, которые являются хрупкими и легко разрушаются. В пределах 40÷400 мкм растут облакоподобные фракталы, которые имеют более высокую твердость по сравнению с поликристаллическим железом и обладают декоративными свойствами.

Пример осуществления способа.

С помощью абразива на цилиндре из нержавеющей стали создавалась шероховатость 350 мкм. Далее поверхность цилиндра обезжиривалась при помощи органического растворителя, и цилиндр промывался в холодной проточной воде. Хорошо обезжиренная поверхность полностью смачивается водой. Затем цилиндр помещался в гальваническую ванну. Состав электролита при железнении: FeCl₂ =400 г/л, H₂SO₄=0,8÷1 г/л, KI=5÷10 г/л. Соляная кислота добавляется до рН 1. Температура электролита равна 18÷25°С. Плотность постоянного тока равна 0,12÷0,2 А/см². Анод - низкоуглеродистая сталь. Железо осаждалось на катоде. Время железнения - 24 часа. Морфология и структура покрытий контролировались с помощью оптического и растрового электронного микроскопов, а также методом рентгенофазового анализа. Как показал метод рентгенофазового анализа, покрытия имеют поликристаллическую структуру. Морфология покрытий является фрактальной. Фракталы обладают масштабной инвариантностью и дробной топологической размерностью. Полученные покрытия обладали масштабной инвариантностью.

На фиг.1 представлено изображение гальванического фрактального покрытия железа, полученное при помощи оптического микроскопа, ×7. На фиг.2 представлено изображение гальванического фрактального покрытия железа, полученное при помощи растрового электронного микроскопа, ×92. Как видно из чертежей, при изменении масштаба от 7 до 92 раз морфология поверхности оставалась неизменной. Фрактальная размерность полученных покрытий D=2.93.

Микротвердость покрытий железа, имеющих фрактальную структуру, превышает микротвердость гальванических поликристаллических покрытий железа в 1,9 раз. Кроме того, заявленный способ не требует сложного и дорогостоящего процесса осаждения, позволяет варьировать шероховатость покрытий из железа в широком диапазоне значений вплоть до 800 мкм, а также позволяет избежать трещин в покрытии, что повышает его качество.