Спосіб отримання композиційних покриттів на основі цинку

 

Винахід відноситься до області гальванотехніки, а саме до способів одержання композиційних електрохімічних покриттів на основі цинку.

В даний час у всіх країнах, що мають розвинену економіку, припинено практичне застосування гальванопокриттів на основі хрому і нікелю у зв'язку з проблемою утилізації відпрацьованих стоків і їм на зміну прийшли покриття на основі цинку.

Відомий спосіб (Патент RU 2389828, МПК C25D 5/04, опубл. 20.05.2010 р.), який включає електролітичне натирання поверхні анодом, до якого підводять електроліт, в якості анода використовують гранули цинку, розміщені в пористої оболонці, яку заповнюють електролітом, який містить, г/л: цинк сірчанокислий 350-600, натрій сірчанокислий 40-100, кислоту борну 20-30, ПАР 0,5-5,0, нанопорошок оксиду алюмінію.

Недоліком способу є низька мікротвердість і низька зносостійкість.

Відомі електроліти для нанесення композиційних покриттів на основі цинку з підвищеною корозійною стійкістю наступного складу, г/л:

- для композиційного покриття цинк-УДА (ультрадисперсних алмаз): оксид цинку 12, гідроксид натрію 120, УДА 7-10 (Буркат Р. К., Долматов В. Ю. Ультрадисперсние алмази в гальванотехніці // Фізика Cl20,44, NiCl20,31, колоїдний графіт 3-10 мл/л (Гусєв М. С., Соловйова Н.Д., Краснов Ст. Ст. Процеси в електролітної системи, використовуваної для електроосадження КЕП Zn-Ni-колоїдний графіт // Електрохімія та екологія: матеріали Всерос. конф. - Новочеркаськ: ЮРГТУ, 2008. С. 29-31).

Недоліком покриттів, осаджених з перерахованих вище електролітів, є те, що вони мають низьку корозійну стійкість, зносостійкість.

Відомі композиційне метал-алмазне покриття, спосіб його одержання, електроліт, алмазосодержащая добавка електроліту і спосіб її отримання (патент RU 2404294, МПК C25D 15/00, опубл. 20.11.2010).

Покриття виконане у вигляді металевої плівки, яка містить дисперговані у зазначеній металевій плівці частинки синтетичного вуглецевого алмазосодержащего матеріалу, що містить вуглець у вигляді ядер ультрадисперсного алмазу, оточених оболонкою, що містить рентгеноаморфний вуглець, що має на поверхні частинок поверхневі функціональні групи, що містять кисень, азот і водень, при співвідношенні маси ядра і маси оболонки (60-92):(40-8) відповідно, і має елементний склад, % по масі: вуглець 91-94, водень 1,6-5,0, азот 1,8-4,5 і кисень 2,0-8,5, пов'язані з метало� осаждаемого металу і алмазосодержащую добавку у вигляді водної суспензії частинок синтетичного вуглецевого алмазосодержащего матеріалу, зазначеного вище. Спосіб отримання добавки включає обробку попередньо висушеного порошку алмазосодержащей шихти азотною кислотою при кипінні протягом 2,0-5,0 годин, відділення отриманого продукту і відмивання його до рН 5,0-7,0.

Однак композиційне покриття на основі цинку володіє недостатньо хорошою корозійною стійкістю, має недостатньо високу мікротвердість і міцність.

Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб одержання композиційних покриттів на основі цинку (патент RU 2169798, МПК C25D 3/22, C25D 15/00, опубл. 27.06.2001).

Спосіб включає електрохімічне осадження з електроліту цинкування, що містить ультрадисперсние алмази з розміром частинок 0,001-0,120 мкм в кількості 0,5-30 г/л

Недоліком способу є те, що він не забезпечує бажаних характеристик мікротвердості та корозійної стійкості покриття.

Таким чином, основним недоліком всіх використовуваних видів гальванопокриттів на основі цинку є низька зносостійкість як наслідок недостатньої твердості матеріалу «цинк» як такого.

Завданням пропонованого рішення є розробка способу одержання композиційного покриття на основі цинку, який дозволив би підлозі і підвищеною стійкістю до стирання.

Поставлена задача вирішується за допомогою способу отримання композиційних покриттів на основі цинку, що включає електрохімічне осадження з електроліту цинкування, містить тверді частки ультрадисперсних алмазів в кількості 10÷15 г/л

Електроліт містить тверді частинки ультрадисперсних алмазів з розміром частинок 0,0005÷0,0009 мкм і питомою поверхнею 250-550 м2/р, в якості електроліту використовується цинкатний електроліт, в який додають добавку, що представляє собою поверхнево-активну речовину в кількості 0,2÷3 м/л.

Переважно цинкатний електроліт і має наступний склад, г/л:

ZnO - 10-12,

NaOH - 70-120,

ультрадисперсние алмази 10-15,

добавка 0,2÷3,

інше H2O.

Переважно частинки ультрадисперсних алмазів мають об'єм пор 0,7÷1,0 см3/р.

В запропонованому рішенні для отримання композиційного покриття використовують матрицю з цинку, що включає дисперсну фазу з алмазних частинок, що містить фракцію дрібних частинок з розміром 0,0005-0,0009 мкм. Такі дрібні частинки отримують відомими з рівня техніки способами, які розкриті, наприклад, у патенті RU 2049723, в якому порцію конденсованого вуглецевмісної вибухової вещеѽого розчину етанолу, гасу, 30%-ного водного розчину гліцерину, трансформаторного масла). Для отримання дрібних частинок з розміром 0,0005-0,0009 мкм вміст дисперсної фази в рідині має складати 1-5 мас. Потім проводять очищення від домішок з використанням азотної кислоти при підвищених температурах.

Можливе отримання дрібних частинок УДА з кластерів за патентом №2495893 для отримання більш дрібних частинок із кластерів їх перетирають аппретирующей сумішшю. Перед введенням суспензії УДА в електроліт можлива її обробка электрогидродинамическими ударами - патент №2476628.

Використання ультрадисперсних алмазів (УДА) з заявленими властивостями дозволяє домогтися високого ступеня взаємодії компонентів при електролітичному осадженні цинково-алмазних покриттів з цинкатних електролітів. Наявність у УДА найдрібніших частинок з розміром менше 0,0009 мкм з високою енергією призводить до високого ступеня взаємодії з частинками оксиду цинку і атомарного розподілу компонентів в композиційному покритті. Дрібні частинки УДА утворюють в електроліті метастабільні кластери з високим значенням надлишкової внутрішньою енергією.

У відповідності з запропонованим винаходом для цинкування використовують цинкимер, з патенту RU 2444582. Добавки виконують функцію поверхнево-активних речовин, що сприяють отриманню композиційних покриттів цинку з заданими вимогами.

Цинкатний електроліт готують наступним чином:

у сухому вигляді змішують оксид цинку і гідроксид натрію, додають невелику кількість води і ведуть обережне перемішування до повного розчинення оксиду цинку. Далі розчин розбавляють водою і охолоджують, потім в нього вводять добавку і частинки УДА.

Зміст УДА в електролітах цинкування переважно становить 11-13 г/л. Підвищення вмісту УДА вище 15 г/л призводить до сильного загущення і структурування електролітів, що ускладнює конвекцію електроліту і протікання струму. При зменшенні вмісту УДА в електроліті нижче 10 г/л починає знижуватися якість покриття: корозійна стійкість і мікротвердість.

Температуру електроліту і його склад підтримують у прийнятих для конкретного гальванічного процесу межах, добавка УДА не змінює ці параметри. Катодний щільність струму підбирають у прийнятому робочому діапазоні цього параметра в залежності від складу електроліту.

Комплекс властивостей покриттів, одержуваних за пропонованим способом, і простота процпокритий.

Корозійні випробування проводили за ГОСТ 9.308-85 методом випробувань при впливі нейтрального соляного туману і методом випробування "корродкот" в кліматичній камері КСТ-1. Сталеві зразки (Ст. 3) площею 0,34 дм3покривали з досліджуваних електролітів цинком, завтовшки 6-12 мкм при щільності струму 2 А/дм2. Додатково у електроліти вводили загальновідомі органічні добавки.

Випробування при впливі нейтрального соляного туману проводили при температурі середовища в камері 35°С. Для розпилення та отримання сольового туману використовували 5% розчин NaCl. Корозійну стійкість покриттів оцінювали за ознаками корозії основи. Швидкість корозії покриттів визначали вимірюванням убутку мас зразків з покриттям за час корозійних випробувань. Тривалість випробувань, згідно ГОСТ 9.308-85, 240 ч.

Корозійні випробування методом "корродкот" проводили при температурі 38°С Швидкість корозії покриттів визначали вимірюванням втрат маси зразків з покриттям за час корозійних випробувань. Тривалість випробувань 16 год.

Визначення густин струмів корозії покриттів проводили методом екстраполяції прямолінійних ділянок катодних і анодних поляризаційних криві�9 мкм.

Мікротвердість покриттів вимірювали на приладі ПМТ-3 з встановленим окулярним мікрометром, що представляє собою окуляр, з відліковим пристроєм (виготовлений за ГОСТ 7865-77), заснованому на методі статичного вдавлювання алмазної пирамидики під навантаженням. Досліджувані покриття осаджували на Ст.3 при густинах струму 2 А/дм2, товщиною 10 мкм. Статичне навантаження при вимірах становила 20 р.

Розсіювальна здатність визначали згідно ГОСТ 9.309-86.

Спосіб отримання композиційних покриттів на основі цинку простий у технологічному виконанні і здійснюється наступним чином.

У підготовлений відомими методами цинкатний електроліт вводять частинки УДА з розміром частинок 0,0005÷0,0009. Зміст УДА в електроліті становить 10÷15 г/л. Оброблюваний виріб, яке служить катодом, занурюють у ванну з електролітом. Аноди виготовляють з цинку. Частинки УДА утворюють стійку суспензію в електроліті.

Товщину нанесених покрить встановлюють залежно від призначення виробу.

Нижче наведено приклади реалізації пропонованого винаходу.

Приклад 1.

В 400 мл води розчиняють 100 г NaOH. При безперервному перемішуванні додають 11 р ZnO до його розчинення. З�ор 0,8 см3/р.

Кількість УДА в електроліті становить 5 г/л (зразок 1, табл. 1). Отриманий розчин доводять до об'єму 1 л і заливають у ванну. Поміщають у ванну аноди з анодного цинку. Оброблюваний виріб служить катодом.

Виріб попередньо ретельно очищають, знежирюють у відомих хімічних і(або) електрохімічних ваннах, промивають і приєднують до електричної шині катода.

Використовують стандартні джерела постійного струму з регульованою напругою і струмом.

Виріб поміщають в електроліт, задають щільність струму 2 А/дм2. Швидкість осадження покриття становить 0,60 мкм/хв

Приклади 2-5 аналогічні прикладу 1, відрізняються тільки розміром частинок УДА і їх концентрацією в електроліті.

Приклад 6 (прототипу).

Як видно з таблиці 1, корозійна стійкість збільшується до 170 год і наближається до корозійної стійкості, що досягається при хроматування, при цьому зберігається висока мікротвердість і висока розсіююча здатність.

Технічним результатом є отримання композиційного покриття на основі цинку з підвищеними антикорозійними властивостями, підвищеною мікротвердістю, зносостійкістю і рівним матоЂ) стійкість до стирання. Як наслідок - може бути використане як основне покриття деталей машин і механізмів, схильних малим навантаженням на тертьові поверхні (до 500 Н/м2).

Крім цього винахід дозволяє значно продовжити термін служби виробів з цинковим гальванопокриттям, схильним до стирання (зносу) у процесі їх експлуатації (монети, столові прибори та ін)

З'являється можливість застосування гальванопокриття на виробах, схильних до вітрової ерозії (дорожні огородження тощо).

Пропоноване винахід дозволяє замінити всі раніше застосовувані гальванопокриття на основі хрому і нікелю, так як покриття має високу зносостійкість, мікротвердість і високу корозійну стійкість.

1. Спосіб отримання композиційних покриттів на основі цинку, що включає електрохімічне осадження з електроліту цинкування, містить тверді частки ультрадисперсних алмазів в кількості 10÷15 г/л, відрізняється тим, що електроліт містить тверді частинки ультрадисперсних алмазів з розміром частинок 0,0005÷0,0009 мкм і питомою поверхнею 250-550 м2/р, в якості електроліту використовується цинкатний електроліт, в який додають добавку, що представляє собою поверхнево-�такий склад, г/л:

ZnO10-12
NaOH70-120
ультрадисперсние алмази10-15
добавка0,2÷3
H2Oінше

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що частинки ультрадисперсних алмазів мають об'єм пор 0,7÷1,0 см3/р.



 

Схожі патенти:
Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане для створення композиційних електрохімічних покриттів різного призначення. Спосіб одержання композиційного покриття включає осадження металевого покриття з водного електроліта-суспензії з ультрадисперсними частками алмазу. Осадження проводять при постійному відновленні відпрацьованої суспензії за розмірами ультрадисперсних частинок впливом ультразвукових коливань шляхом заміни відпрацьованої суспензії на відновлену кожні 15-20 хвилин примусовою циркуляцією між сполученими ваннами гальванічного осадження і відновлення електроліту. Технічний результат: спосіб дозволяє підтримувати електроліт-суспензію в робочому стані протягом всього терміну експлуатації електроліту без седиментації частинок. 2 пр.

Модифіковане гальванічне срібне покриття та спосіб його виготовлення

Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане в радіотехніки і електротехніки. Покриття рівномірно по всьому об'єму срібла містить астралени в кількості від 0,005 мас. % до 0,5 мас.%. Спосіб включає електрохімічне осадження срібла з електроліту сріблення у вигляді водної суспензії, що містить астралени у кількості 0,15-0,5 г/л, та підтримання їх у зваженому стані в електроліті під час електрохімічного осадження шляхом впливу на електроліт ультразвуковими коливаннями. Технічний результат: підвищення експлуатаційних характеристик покриття - зносостійкості та корозійної стійкості. 2 н. п. ф-ли, 6 іл.

Спосіб виготовлення алмазно-абразивної дроту

Винахід відноситься до алмазно-абразивного інструменту, використовуваного для обробки особливо твердих і крихких матеріалів, переважно кремнію, сапфіра, гранатів, кварцу, металу, скла тощо, зокрема до алмазного проволочному інструменту. Спосіб включає ізолювання від електроліту частини електропровідний основи і гальванічне нанесення на неізольовані частини основи алмазно-абразивного ріжучого шару. Ізолювання частини основи від електроліту здійснюють шляхом прикріплення до основи нерозчинного в електроліті неелектропровідного матеріалу у вигляді послідовно розташованих дискретних кільцеподібних елементів або спіралі, співвісних з основою, а після гальванічного нанесення на неізольовані частини основи алмазно-абразивного ріжучого шару ізолюючий неэлектропроводящий матеріал видаляють. Технічний результат: підвищення ресурсу працездатності інструменту і поліпшення якості обробки. 1 з.п. ф-ли, 6 іл., 2 пр.

Самосмазивающееся покриття та спосіб виробництва самосмазивающегося покриття

Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане для нанесення зносостійких композиційних покриттів. Самосмазивающееся покриття (7) складається з металевого шару (8), у який включено мастильний матеріал (1), здатний вивільнятися при зносі, при цьому мастильний матеріал (1) складається щонайменше з одного одноразово розгалуженого органічної сполуки (2), має щонайменше одну функціональну групу (5), що володіє аффинностью до металевого шару (8) і представляє собою тиоловую групу (6). Спосіб нанесення самосмазивающегося покриття (7) включає додавання щонайменше одного мастильного матеріалу (1), що складається з щонайменше одного одноразово розгалуженого органічної сполуки (2), в розчин електроліту, що містить метал (9) щонайменше одного виду, розчинений у вигляді іона або комплексу, і осадження розчиненого металу (9) і мастильного матеріалу (1) з розчину електроліту у вигляді покриття (7) на деталі (11). Технічний результат: збільшення зносостійкості на більш тривалий час. 4 н.п. та 8 з.п. ф-ли, 4 іл.
Винахід відноситься до області електролітичного осадження твердих зносостійких покриттів, зокрема залізо-дисульфід молібденових покриттів, застосовуваних для відновлення і зміцнення поверхонь деталей. Спосіб включає осадження з електроліту, що містить, кг/м3: сірчанокисле залізо 400-600, дисульфід молібдену 100-200, соляну кислоту 0,5-1,5, на змінному асиметричному струмі з коефіцієнтом асиметрії β=1,2-6,0 і катодного щільністю 20-80 А/дм2 при механічному перемішуванні електроліту з температурою 20-40°C і кислотністю рн 0,8-1,0. Технічний результат: підвищення продуктивності процесу за рахунок використання змінного асиметричного струму та підвищення зносостійкості покриття за рахунок збільшення композитного компонента дисульфіду молібдену в покритті до 5%.

Спосіб нанесення гальванічних залізних покриттів в проточному електроліті з великими дисперсними частинками

Винахід відноситься до відновлення зношених деталей машин і механізмів шляхом нанесення на їх поверхню гальванічних залізних покриттів в проточному електроліті. Спосіб нанесення гальванічного залізного покриття в проточному електроліті включає приміщення відновлюваної деталі і розчинної анода в електролітичну комірку, підключення їх до джерела струму, прокачування через електролітичну комірку електроліту, що містить солі двовалентного заліза, соляну кислоту, а також великі тверді дисперсні частинки розміром 100-300 мкм, які додатково вводять до складу електроліту, при цьому електроліз ведуть при щільності катодного струму понад 1 кА/дм2 і швидкості гетерофазного потоку 9-11 м/с. Винахід дозволяє підвищити швидкість осадження і збільшити максимальну товщину гладкого покриття. 1 іл.
Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане в ювелірній, часовий, медичної, радіо - та електронно-технічної промисловості, а також у виробництві сувенірів та біжутерії. Електроліт містить на 1000 мас. частин складу: дицианоаурат калію 5-22; лимоннокислий калій 30-95; блескообразующую добавку 0,5-5; ультрадисперсних алмаз 10-42; ультрадисперсних оксид кремнію 80-90; воду інше. Для приготування електроліту в половині розрахованого кількості дистильованої води розчиняють задані кількості дицианурата калію, лимоннокислого калію і блескообразующей добавки, потім до отриманого розчину додають водну суспензію ультрадисперсного алмазу, перемішують, вводять решту кількість дистильованої води, при необхідності корегують значення pH до 3,6-3,8 і потім при перемішуванні вводять ультрадисперсних оксид кремнію. Технічний результат - після закінчення п'яти років зберігання електроліту осідання компонентів не спостерігалося, а покриття після 3-5 років зберігали міцність і блиск. 2 н.п. ф-ли, 2 ін.

Електроліт для нанесення покриття композиційного матеріалу на основі сплаву олово-цинк

Винахід відноситься до галузі електрохімії і може бути використане в умовах впливу агресивних середовищ, в тому числі в умовах морського і тропічного клімату. Електроліт містить, моль/л: сульфат олова 0,08-0,09, сульфат цинку 0,065-0,085, лимонну кислоту 0,31-0,33, цитрат лужного металу 0,65-0,68, препарат ОС-20 0,70-0,80 г/л, дифеніламін 0,20-0,32 г/л, фторопластову емульсію Ф-4Д-Е 0,25-0,30 г/л. Технічний результат: підвищення корозійної стійкості, зниження екологічної небезпеки при збереженні основних фізико-механічних параметрів покриттів. 2 табл., 2 іл., 1 пр.
Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане в різних галузях промисловості
Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане в різних галузях промисловості
Up!