способ нанесения хромовых покрытий на изделия типа тел вращения

Формула изобретения

1. Способ нанесения хромовых покрытий на цилиндрические изделия, включающий погружение изделия в электролит, содержащий соединение хрома, электрохимическое осаждение покрытия и взаимное вращательное перемещение поверхности изделия и электролита, отличающийся тем, что к полностью погруженному в электролит неподвижному цилиндрическому изделию подключают минус источника питания, а к внешнему цилиндрическому электроду - плюс источника питания, формируют осевое магнитное поле с помощью постоянных магнитов, расположенных вокруг анода, и обеспечивают под действием силы Ампера вращение электролита в магнитном поле относительно зоны осаждения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хромовое покрытие наносят преимущественно на прокатные валки и длинномерные штоки гидроприводов силовых подъемных механизмов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам гальванического нанесения хромовых покрытий на изделия, такие как цилиндрические стержни, валы, прутки, штоки гидроамортизаторов, длинномерные штоки гидроприводов силовых подъемных механизмов, и может быть использовано в производстве проката при изготовлении прокатных валков, машиностроении и других отраслях промышленности.

Известен способ электрошлаковой наплавки [1], который обеспечивает возможность электрошлаковой наплавки изделий с улучшенными электромеханическими свойствами наплавленного металла за счет лучшего смешивания расплавленного металла в шлаковой ванне путем увеличения скорости вращения шлаковой ванны. Расплавленный металл и шлак совершают движение вокруг изделия за счет возникающих сил взаимодействия электромагнитного потока и тока, протекающего через расплав. Недостатком данного способа является невозможность обеспечения требуемой скорости вращения электролита.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ нанесения хромовых покрытий на изделия типа тел вращения [2], включающий частичное погружение изделия в электролит, содержащий соединение хрома, и электрохимическое осаждение покрытия при напряжении 180-280 В, катодной плотности тока 10-50 А/дм², вращении изделия с окружной скоростью 0,02-0,5 м/с относительно зоны осаждения. Способ за счет выбранного режима осаждения обеспечивает формирование на поверхности валков хромовых покрытий с изотропной 0,9-1,0 шероховатостью с r_a=0,3-7,0 мкм, обладающих повышенной износостойкостью по сравнению с известными. К недостаткам данного способа следует отнести необходимость наличия сложного механизма для вращения изделия, отсутствие эффективного удаления с поверхности детали газообразных продуктов электролиза.

Предложенный способ нанесения хромовых покрытий решает задачу удаления с поверхности детали газообразных продуктов электролиза, что, в свою очередь, дает возможность использования повышенных плотностей тока без ущерба для качества получаемого покрытия и приводит к росту скорости образования покрытия, обеспечения формирования на поверхности валков хромовых покрытий, обладающих повышенной износостойкостью, уменьшения габаритов и упрощения конструкции гальванической установки.

Поставленная задача решается тем, что способ нанесения хромовых покрытий на цилиндрические изделия, такие как прокатные валки и длинномерные штоки гидроприводов силовых подъемных механизмов, включает погружение изделия в электролит, содержащий соединение хрома, электрохимическое осаждение покрытия и взаимное вращательное перемещение поверхности изделия и частиц электролита, к полностью погруженному в электролит неподвижному цилиндрическому изделию - катоду подключают минус источника питания, а к внешнему цилиндрическому электроду - аноду плюс источника питания, формируют осевое магнитное поле с помощью постоянных магнитов, расположенных вокруг анода, и обеспечивают, под действием силы Ампера, вращение электролита в магнитном поле относительно зоны осаждения.

На фиг.1 приведена схема устройства, в котором реализуется заявленный способ гальванического нанесения хромовых покрытий, на фиг.2 - рисунок, поясняющий физический принцип создания кругового вращательного движения электролита.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит цилиндрическую емкость 1, заполненную электролитом, анодную сетку 2, катод 3, магниты 4, намагниченные в осевом направлении, обрабатываемое изделие 5.

Способ нанесения хромовых покрытий на изделия типа тел вращения в данном устройстве осуществляется следующим образом.

Установка на фиг.1 подключается зажимами анодной сетки 2 и катода 3 к источнику питания постоянного тока. Электролит, залитый в емкость 1 между анодной сеткой 2 и обрабатываемым изделием 5, будем рассматривать как жидкий проводник с током, причем ток направлен в радиальном направлении от анодной сетки 2 к катоду 3 и характеризуется величиной плотности тока j (фиг.2) и током I, подводимым к аноду. Магнитное поле создается группой магнитов 4, закрепленных с внешней стороны емкости 1 и намагниченных таким образом, что силовые линии магнитного поля В, выходя из верхних торцов магнитов, пронизывают весь объем электролита сверху вниз параллельно осевой линии симметрии установки.

Электролит, являющийся проводником с током, взаимодействует с постоянным магнитным полем по закону Ампера:

F_A=B·I·l·sin ,

где F_A - касательная сила, приложенная к проводнику (ко всему объему электролита),

В - величина магнитной индукции в объеме электролита,

I - ток через электролит,

l - расстояние между анодом и катодом,

- угол между направлением векторов и .

Сила F_A - это распределенная сила, которая характеризуется вектором , направленным по касательной к направлению движения электролита, фиг.2.

Сила сопротивления движению электролита в установке:

F_C=м· ²,

где F_C - сила гидродинамического сопротивления,

м - вязкость жидкости,

- скорость движения электролита.

Силы F _A и F_C уравновешивают друг друга, отсюда:

Из последней формулы видно, что квадрат скорости вращения электролита пропорционален интенсивности магнитного поля в объеме электролита, величине тока через электролит, расстоянию между анодом и изделием, синусу угла между направлением векторов тока и магнитной индукции и обратно пропорционален вязкости электролита.

Пример. Обрабатывают валки диаметром 90 мм, длиной 1250 мм из стали 90ХФШ, в водном электролите, содержащем 270-300 г/л CrO₃ и 4-6 г/л H₂SO₄. Величина магнитной индукции осевого магнитного поля, созданного с помощью постоянных магнитов, составляет В=1,1÷1,3 Тл. Стабильное осаждение обеспечивается при скорости вращения электролита у поверхности валка =1÷1,2 м/с, плотности тока j=300 А/дм² и скорости наращивания хрома u=3-5 мкм/мин. Покрытие имеет твердость до 950-1050 HV, покрытие содержит в 1,5-2 раза меньше водорода, вызывающего его хрупкость.

Преимуществами данного способа по отношению к аналогам являются: более эффективное удаление с поверхности детали газообразных продуктов электролиза, что, в свою очередь, дает возможность использования повышенных плотностей тока без ущерба для качества получаемого покрытия и приводит к росту скорости образования покрытия, обеспечение формирования на поверхности валков хромовых покрытий, обладающих повышенной износостойкостью, уменьшение габаритов и упрощение конструкции гальванической установки.

Литература

1. Авторское свид. РФ N 2174154, С22В 9/193, В23К 25/00, оп. 27.09.2001 г.

2. Авторское свид. РФ N 1580880, C25D 3/04, C25D 7/00, оп. 20.02.1996 г.