способ получения композиционного антифрикционного покрытия на изделии из стали

Формула изобретения

Способ получения композиционного антифрикционного покрытия на изделии из стали, включающий подготовку поверхности, химическое осаждение покрытия из раствора, содержащего никель хлористый, натрий уксусно-кислый, натрия гипофосфит, тиомочевину, промывку изделия в проточной воде, нанесение алюмохромфосфатного связующего и термообработку, отличающийся тем, что химическое осаждение покрытия проводят в растворе, содержащем компоненты в следующем соотношении, г/л: никель хлористый 20-22, натрий уксусно-кислый 10-15, натрия гипофосфит 21-25, тиомочевина 0,002, при этом через 2-3 мин после начала химического осаждения покрытия в раствор дополнительно вводят 5-6 г/л дисульфида молибдена, после химического осаждения покрытия проводят термообработку изделия при 200-210°С в течение 10-15 мин, после чего изделие обрабатывают алюмохромфосфатным связующим и проводят последующую термообработку изделия при 400-410°С в течение 40-45 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности и может найти применение при защите поверхностей от коррозии методом химического осаждения.

Известен способ химического осаждения покрытия на изделия, заключающийся в обезжиривании, промывке изделий в горячей (70-80°С), а затем в холодной проточной воде, декапировании в соляной кислоте с концентрацией 50-100 г/л при 18-25°С в течение 30-60 сек, повторной промывке в холодной воде в течение 1 мин, погрузке изделий в ванну химического никелирования следующего состава, г/л: никель хлористый 21, натрий уксусно-кислый 10, гипофосфит натрия 25, тиомочевина 0,002 (температура раствора 90°С, рН 4,8-5,2, скорость осаждения покрытия 15 мкм/ч, время никелирования 2 ч), промывке проточной водой, сушке при 70-80°С, нанесении алюмохромфосфатной связки и термообработке в печи при температуре 415°С в течение 25 мин (Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук Трофимова Г.Е. «Разработка и исследование модифицированного никель-фосфорного покрытия для узлов трения, работающих в коррозионно-абразивной среде», Новочеркасск, 1983 г., с 72).

Однако недостатки известного способа заключаются в том, что получаемое покрытие обладает относительно высоким коэффициентом трения и недостаточной коррозионной стойкостью.

Перед авторами стояла задача снижения коэффициента трения, а также улучшения коррозионных свойств покрытия.

Эта задача решена тем, что в способе получения антифрикционного композиционного покрытия, заключающемся в подготовке поверхности, химическом осаждении покрытия из раствора, состоящего из хлористого никеля, уксусно-кислого натрия, гипофосфита натрия, тиомочевины, нанесении алюмохромфосфатного связующего и в термообработке, в раствор для химического осаждения покрытия дополнительно введен дисульфид молибдена в количестве 5-6 г/л, причем его вводят в раствор через 2-3 мин после начала химического осаждения покрытия, время осаждения составляет 2 ч. После чего изделия промывают в проточной воде. Далее проводят термообработку изделий при температуре 200-210°С в течение 10-15 мин, обрабатывают изделия алюмохромфосфатным связующим и проводят последующую термообработку при 400-410°С в течение 40-45 мин.

Алюмохромфосфатное связующее представляет собой бесцветную, либо слабо-желтую жидкость, имеющую в своем составе кислые фосфатные соли алюминия и свободную фосфорную кислоту. Химическая формула: CrAl₃(H₂PO ₄). Алюмохромфосфатное связующее (АХФС) отличается высокой огнеупорностью, химической и термической стойкостью, металло- и шлакоустойчивостью (ТУ 2149001-58242765-2008). Алюмохромфосфатное связующее можно наносить окунанием изделий в раствор кистью или тампоном на охлажденную поверхность.

Сущность изобретения состоит в том, что введение в состав раствора дисульфида/молибдена в количестве 5-6 г/л способствует повышению коррозионной стойкости и снижению коэффициента трения (исследования испытаний для определения коррозионной стойкости проводились согласно ГОСТ 9.012-73 методом потери веса с использованием соляной кислоты, а для определения коэффициента трения была использована торцевая машина трения, при этом испытания проводились в интервале температур 20-150°С, скоростях скольжения 0,01-0,024 м/с, удельных нагрузках 20-40 МПа), а его введение в состав раствора через 2-3 мин после начала процесса осаждения не препятствует началу химического осаждения покрытия и способствует снижению коэффициента трения и повышению коррозионной стойкости. Проведение термообработки в два этапа позволяет получить покрытие с довольно низкой пористостью.

Способ осуществляют следующим образом.

Изделия марки Сталь 45 обезжиривают венской известью, производят травление в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°С в течение 30-60 сек и промывают проточной водой.

На следующей стадии изделия погружают в раствор, содержащий следующие компоненты, г/л: никель хлористый 20-22, натрий уксусно-кислый 10-15, гипофосфит натрия 21-25, тиомочевина 0,002. Через 2-3 мин после начала химического осаждения покрытия вводят 5-6 г/л дисульфида молибдена. Рабочая температура раствора 90-92°С, рН 4,8-5,3, скорость осаждения 13-17 мкм/ч.

После химического осаждения покрытия изделия промывают в холодной воде в течение 1 мин, затем проводят термическую обработку в муфельной печи при температуре 200-210°С в течение 10-15 мин, после чего изделия обрабатывают алюмохромфосфатным связующим для создания поверхностного слоя Ni-P покрытия и коррозионной стойкости, а также для предотвращения окисления и увеличения микротвердости при окончательной термообработке.

Заключительным этапом является окончательная термообработка изделий в печи при температуре 400-410°С в течение 40-45 мин.

Пример осуществления способа

Для получения рабочего раствора берут 21 г хлористого никеля, 10 г уксусно-кислого натрия, 25 г гипофосфита натрия, порошок тиомочевины 0,002 г. Вода используется исключительно дистиллированная. Обрабатываемые изделия, предварительно обезжиренные венской известью, травят в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°С в течение 30-60 сек, промывают водой и помещают в сосуд с рабочим раствором. Через 2-3 мин в раствор, помешивая, добавляют 5-6 г дисульфида молибдена. Время осаждения составляет 2 часа. Изделия промывают холодной проточной водой, проводят термическую обработку изделий при температуре 200-210°С в течение 10-15 мин. Затем изделия погружают в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдерживают в течение 1 мин. Далее проводят заключительную термообработку при 400-410°С в течение 40-45 мин. В таблице показаны результаты испытаний полученных покрытий и их сравнение с прототипом.

Таблица
Результаты испытаний
	Коэффициент трения	Коррозионная стойкость	Состав раствора
Потери в весе при 500 г pH - 1, г	Визуальный осмотр	Вещество	Количество, г/л
Получен- ные покрытия	0,09	0,15	Без видимых изменений	Никель хлористый	20-22
Натрий уксусно-кислый	10-15
Гипофосфит натрия	21-25
Тиомочевина	0,002
Дисульфид молибдена	5-6
Прототип	0,15	0,38	Появился 1 питтинг	Никель хлористый	21
Натрий уксусно-кислый	10
Гипофосфит натрия	25
Тиомочевина	0,002

Как видно из вышесказанного, предлагаемый способ позволяет значительно снизить коэффициент трения и увеличить коррозионную стойкость покрытия.

Предлагаемый способ был опробован на опытном производстве ФГУП ОКТБ «Орион» и рекомендован для внедрения в производство.

На основании вышеизложенного с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый способ отвечает критериям новизны, изобретательскому уровню и промышленной применимости и может быть защищен патентом Российской Федерации.