EA036801B1 - Method of obtaining antiwear chromium platings on outer and inner metal surfaces of articles - Google Patents
Method of obtaining antiwear chromium platings on outer and inner metal surfaces of articles Download PDFInfo
- Publication number
- EA036801B1 EA036801B1 EA202000112A EA202000112A EA036801B1 EA 036801 B1 EA036801 B1 EA 036801B1 EA 202000112 A EA202000112 A EA 202000112A EA 202000112 A EA202000112 A EA 202000112A EA 036801 B1 EA036801 B1 EA 036801B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- chromium
- coating
- diamond
- impregnation
- products
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области защиты металлических поверхностей методом электрохимического хромирования, в частности может использоваться для получения износостойких хром-алмазных покрытий на таких изделиях, как стержни, валы, прутки, на внутренних и внешних поверхностях труб и др., и предназначено для использования в гражданской, авиационной, космической и военной отраслях промышленности.The invention relates to the field of protection of metal surfaces by electrochemical chromium plating, in particular, it can be used to obtain wear-resistant chromium-diamond coatings on products such as rods, shafts, rods, on the inner and outer surfaces of pipes, etc., and is intended for use in civil, aviation, space and military industries.
Электролитическое хромирование является одним из наиболее распространенных гальванических процессов, а хромовые покрытия широко используются для придания декоративных и антифрикционных свойств изделиям, для покрытия деталей, работающих на износ (валы и цилиндры), пресс-форм, которые должны иметь большую поверхностную твердость, а также для восстановления изношенных деталей. Из уровня техники известны различные методы получения гальванических покрытий, содержащих в своей структуре инородные микроскопические частицы, что дает возможность существенного изменения полезных свойств покрытий, таких как микротвердость, износостойкость, защитная способность. Для снижения толщины и улучшения физико-химических свойств хромового покрытия разработаны различные процессы нанесения композиционных хром-алмазных покрытий с применением наноуглеродных материалов, нано-алмазов (НА) и алмазной шихты (АШ). Установлено, что НА влияют сильнее на процесс хромирования, чем АШ, которые незначительно влияют на катодную поляризацию хрома в отличие от НА. Добавки НА и АШ повышают электрическую проводимость раствора и положительно влияют на рассеивающую способность, увеличивают износостойкость хромовых покрытий в 2-3 раза, повышают микротвердость на 20-30% по сравнению с свойствами чистого хрома и оказывают существенное влияние на структуру хромовых покрытий [1].Electrolytic chromium plating is one of the most common electroplating processes, and chrome coatings are widely used to impart decorative and antifriction properties to products, to coat parts that work for wear (shafts and cylinders), molds, which must have a high surface hardness, as well as for restoration of worn out parts. From the prior art, various methods are known for producing electroplated coatings containing foreign microscopic particles in their structure, which makes it possible to significantly change the useful properties of coatings, such as microhardness, wear resistance, protective ability. To reduce the thickness and improve the physicochemical properties of the chromium coating, various processes have been developed for applying composite chromium-diamond coatings using nanocarbon materials, nanodiamonds (ND) and diamond charge (DS). It was found that NDs have a stronger effect on the chromium plating process than DS, which insignificantly affect the cathodic polarization of chromium, in contrast to ND. Additives HA and ASh increase the electrical conductivity of the solution and have a positive effect on the scattering ability, increase the wear resistance of chrome coatings by 2-3 times, increase the microhardness by 20-30% compared to the properties of pure chromium and have a significant effect on the structure of chrome coatings [1].
Так в патенте [2] раскрыт способ получения металл-алмазного покрытия в виде металлической пленки, включающий образование на поверхности изделия с помощью дисперсной системы осаждением металла и синтетического углеродного алмазсодержащего вещества. Способ включает получение на поверхности изделия первого слоя путем химического или электрохимического осаждения из раствора или электролита соответственно, содержащего источник ионов осаждаемого металла, выбранный из группы: железо, никель, хром, цинк, свинец, сурьму, кадмий, титан, вольфрам, висмут, марганец, кобальт, медь, золото, серебро, платину, палладий, а также дисперсную систему, состоящую из смеси жидкой дисперсной среды, твердой дисперсной фазы и стабилизатора, выбранный из группы, включающей низкомолекулярный электролит, коллоидное поверхностно-активное вещество или их сочетание. В качестве дисперсной среды используют воду, а в качестве твердой дисперсной фазы используют частицы синтетического углеродного алмазосодержащего вещества, содержащего углерод в виде ядер ультрадисперсного алмаза с оболочкой, содержащей рентгено-аморфный углерод. Затем осаждают второй слой посредством химического или электрохимического осаждения из раствора или электролита соответственно, содержащего источник ионов осаждаемого металла, выбранный из указанной группы, и указанную дисперсную систему. После осаждения каждого из слоев проводят обработку поверхности промывкой водой, сушкой, обработкой химическими веществами, обработкой механическим способом, термической обработкой или несколькими из них.So in the patent [2] disclosed a method of obtaining a metal-diamond coating in the form of a metal film, including the formation on the surface of the product using a dispersed system by the deposition of metal and synthetic carbon diamond-containing substance. The method includes obtaining a first layer on the surface of an article by chemical or electrochemical deposition from a solution or electrolyte, respectively, containing a source of ions of the deposited metal selected from the group: iron, nickel, chromium, zinc, lead, antimony, cadmium, titanium, tungsten, bismuth, manganese , cobalt, copper, gold, silver, platinum, palladium, as well as a dispersed system consisting of a mixture of a liquid dispersed medium, a solid dispersed phase and a stabilizer, selected from the group including a low molecular weight electrolyte, a colloidal surfactant, or a combination thereof. Water is used as a dispersed medium, and particles of a synthetic carbon diamond-containing substance containing carbon in the form of ultradispersed diamond cores with a shell containing X-ray amorphous carbon are used as a solid dispersed phase. Then the second layer is deposited by means of chemical or electrochemical deposition from a solution or an electrolyte, respectively, containing a source of ions of the deposited metal selected from the specified group, and the specified dispersed system. After the deposition of each of the layers, the surface is treated by washing with water, drying, chemical treatment, mechanical treatment, heat treatment, or several of them.
В патентной заявке [3] раскрыт способ получения никель-хромового нанослоистого покрытия высокой твердости. Способ включает электроосаждение из раствора электролита, содержащего соль никеля и/или соль хрома на подложку или матрицу первого зародышевого слоя никель-хромового сплава, состоящего из от около 5 до около 35% хрома по массе, и осаждение второго слоя никель- и хромсодержащего, содержащего более чем около 90% никеля по массе.The patent application [3] discloses a method of obtaining a high hardness nickel-chromium nanolayer coating. The method includes electrodeposition from an electrolyte solution containing a nickel salt and / or a chromium salt onto a substrate or matrix of a first nucleating layer of a nickel-chromium alloy, consisting of from about 5 to about 35% chromium by weight, and the deposition of a second layer of nickel and chromium containing more than about 90% nickel by weight.
Известен способ получения наномодифицированного гальванического хромового покрытия на поверхности изделия [4]. Способ включает приготовление электролита и введение в него углеродного наноматериала с содержанием структурированной фазы до 90%, диаметрами наночастиц от 20 до 100 нм и длиной до 10 мкм, которые представляет собой волокна, состоящие из графеновых слоев фуллереноподобной конструкции. Наружный диаметр слоев варьируется от 20 до 100 нм, длина до 10 мкм, степень структуризации материала составляет 80-90%. Затем осуществляют в течение 2 ч электрохимическую обработку электролита при плотности тока на катоде 2 А/дм2 и температуре электролита 45°C с получением ионов трехвалентного хрома. Далее изделия помещают в электролит и осуществляют хромирование его поверхности при температуре 55°C.A known method of obtaining nano-modified galvanic chromium coating on the surface of the product [4]. The method includes preparing an electrolyte and introducing into it a carbon nanomaterial with a structured phase content of up to 90%, nanoparticle diameters from 20 to 100 nm and a length of up to 10 μm, which are fibers consisting of graphene layers of a fullerene-like structure. The outer diameter of the layers varies from 20 to 100 nm, the length is up to 10 μm, the degree of structuring of the material is 80-90%. Then, electrochemical treatment of the electrolyte is carried out for 2 hours at a current density at the cathode of 2 A / dm 2 and an electrolyte temperature of 45 ° C to obtain trivalent chromium ions. Then the products are placed in an electrolyte and their surface is chrome plated at a temperature of 55 ° C.
Предложен способ изготовления изделий с повышенными эксплуатационными характеристиками [5]. Сущность способа заключается в том, что перед нанесением покрытия осуществляют основную обработку изделий водной суспензии ультрадисперсного алмазоподобного углеродного кластера в водном растворе серной или соляной кислоты с последующей отмывкой от кислот в дистиллированной воде. Также осуществляют дополнительную обработку катионактивным веществом для восстановления объемной емкости и перезарядке поверхности частиц в электролите. В качестве катионактивного вещества используют вещества с третичными или четвертичными аммониевыми основаниями, а в качестве электролита-суспензии используют электролиты на основе шестивалентного хрома, никеля, железа, золота и его сплавов с кобальтом, никелем, серебром и медью и меди. Заготовки изделий выполняют в виде цилиндров из стали ШХ15 с твердостью HV=8,5+0,2 ГПа и наносят покрытия толщиной не менее 50 мкм из различных электролитов, содержащих ультрадисперсные алмазоподобные углеродные кластеры (УДА).A method of manufacturing products with increased operational characteristics is proposed [5]. The essence of the method lies in the fact that before applying the coating, the main processing of the products is carried out with an aqueous suspension of an ultradispersed diamond-like carbon cluster in an aqueous solution of sulfuric or hydrochloric acid, followed by washing from acids in distilled water. An additional treatment with a cationic substance is also carried out to restore the volumetric capacity and recharge the surface of the particles in the electrolyte. Substances with tertiary or quaternary ammonium bases are used as a cationic substance, and electrolytes based on hexavalent chromium, nickel, iron, gold and its alloys with cobalt, nickel, silver and copper and copper are used as a suspension electrolyte. Workpieces are made in the form of cylinders made of ShKh15 steel with a hardness of HV = 8.5 + 0.2 GPa and coatings are applied with a thickness of at least 50 μm from various electrolytes containing ultradispersed diamond-like carbon clusters (UDD).
- 1 036801- 1 036801
Заготовки изделий с таким покрытием используют, в частности, для декоративной фурнитуры, часов, инструментов, в ювелирном производстве и пр.Blanks for articles with such a coating are used, in particular, for decorative fittings, watches, tools, in jewelry production, etc.
Недостатком известных способов хромирования является низкая износостойкость хром-алмазного покрытия в условиях жестких ударно-термических воздействий, а также высокий коэффициент трения скольжения металлических поверхностей с такими покрытиями, что делает их малопригодными для защиты внутренних полостей трубчатых изделий, работающих в агрессивных условиях эксплуатации, например в стволах автоматического оружия.The disadvantage of the known chromium plating methods is the low wear resistance of the chromium-diamond coating under severe shock-thermal effects, as well as the high coefficient of sliding friction of metal surfaces with such coatings, which makes them unsuitable for protecting the internal cavities of tubular products operating under aggressive operating conditions, for example, in barrels of automatic weapons.
Наиболее близким к изобретению является способ получения композиционного покрытия, раскрытый в патенте [6], выбранный в качестве прототипа. Способ включает приготовление электролита, содержащего суспензию частиц нано-алмаза и хром, и электрохимическое осаждение хром-алмазного покрытия на металлические поверхности. Перед приготовлением электролита суспензию частиц наноалмаза подвергают активации путем обработки в диспергаторе при количестве подаваемой механической энергии 10-15 кДж/г сухого порошка нано-алмазов (УДА). Затем на полученное хромалмазное покрытие дополнительно наносят антифрикционный слой путем химической обработки хром-алмазного покрытия в водной суспензии оксидов титана и молибдена в присутствии поверхностно-активных веществ при заданной температуре, концентрации оксидов и при соотношении оксид титана:оксид молибдена, близком к 1:4. Время выдержки в электролите составляет 45-60 мин, далее проводят термообработку полученного покрытия при температуре 150-200°C в течение 60-90 мин. Антифрикционный слой наносят на готовое хром-алмазное покрытие путем низкотемпературной химической обработки и последующей термообработки на воздухе. Обработку осуществляют в растворе одного состава, в который входят одновременно суспензии оксидов титана и молибдена и поверхностно-активные вещества. Полученное покрытие обладает хорошими антифрикционными свойствами в сочетании с высокой износостойкостью.Closest to the invention is a method for producing a composite coating disclosed in the patent [6], selected as a prototype. The method includes preparing an electrolyte containing a suspension of nano-diamond particles and chromium, and electrochemical deposition of a chromium-diamond coating on metal surfaces. Before preparing the electrolyte, a suspension of nanodiamond particles is subjected to activation by treatment in a disperser at an amount of supplied mechanical energy of 10-15 kJ / g of dry nanodiamond powder (UDD). Then, an antifriction layer is additionally applied to the obtained chromium-diamond coating by chemical treatment of the chromium-diamond coating in an aqueous suspension of titanium and molybdenum oxides in the presence of surfactants at a given temperature, oxide concentration and at a titanium oxide: molybdenum oxide ratio close to 1: 4. The holding time in the electrolyte is 45-60 minutes, then the resulting coating is heat-treated at a temperature of 150-200 ° C for 60-90 minutes. An anti-friction layer is applied to the finished chromium-diamond coating by low-temperature chemical treatment and subsequent heat treatment in air. The treatment is carried out in a solution of one composition, which simultaneously includes suspensions of titanium and molybdenum oxides and surfactants. The resulting coating has good anti-friction properties combined with high wear resistance.
Недостатком прототипа является то, что такой способ хромирования металлических поверхностей не позволяет получить покрытия, хорошо работающие в условиях жестких ударно-термических воздействий. Недостатком также является высокий коэффициент трения скольжения покрытий, что делает непригодным их применение для защиты внутренних поверхностей трубчатых изделий, работающих в особо агрессивных условиях, например трубопроводах или в стволах автоматического оружия.The disadvantage of the prototype is that this method of chromium plating of metal surfaces does not allow to obtain coatings that work well under severe shock-thermal effects. The disadvantage is also the high coefficient of sliding friction of coatings, which makes them unsuitable for protecting the inner surfaces of tubular products operating in particularly aggressive conditions, such as pipelines or in the barrels of automatic weapons.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение эксплуатационных характеристик изделий с хром-алмазными покрытиями.The aim of the invention is to eliminate these disadvantages and improve the performance of products with chromium-diamond coatings.
Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости и снижение коэффициента трения скольжения покрытий.The technical result of the invention is to increase wear resistance and reduce the coefficient of sliding friction of coatings.
Технический результат достигается тем, что в способе получения износостойких хромовых покрытий на наружных и внутренних металлических поверхностях изделий, включающем приготовление сернокислотного электролита хромирования, содержащего водный раствор хромового ангидрита и водную суспензию частиц нано-алмаза детонационного синтеза, электрохимическое осаждение хром-алмазного покрытия на металлические поверхности, формирование антифрикционного слоя на хром-алмазном покрытии и последующую термическую обработку полученного покрытия, согласно изобретению, электрохимическое осаждение хром-алмазного покрытия и формирование антифрикционного слоя на металлической поверхности изделия осуществляют в одном цикле нанесения хромового покрытия, при этом для получения антифрикционного слоя производят наноструктурное хромирование осажденного хромалмазного покрытия с возможностью формирования поверхностного слоя с пористой кластерной структурой, а термическую обработку полученного покрытия проводят в термобарореакторе в инертной атмосфере с одновременной пропиткой поверхностного слоя хром-алмазного покрытия противоизносным масляным составом с присадкой, при этом в термобарореактор загружают изделия, вакуумируют до давления разряжения (5-7)х10-1 атм, нагревают изделия под вакуумом до 105-110°C с выдержкой в течении 10-15 мин, затем в термобарореактор подают подогретый до температуры 105-110°C противоизносный масляный состав с присадкой и инертный газ под давлением 2-2,5 атм, а пропитку осуществляют при температуре 105-110°C с выдержкой в течение 4-5 мин и последующим охлаждением изделий до температуры 20-25°C, а затем процесс термообработки с пропиткой в инертной атмосфере под давлением 2-2,5 атм повторяют до 5 раз, причем в качестве присадки в противоизносный масляный состав для пропитки вводят композицию на основе олеата меди и/или ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза.The technical result is achieved by the fact that in the method of obtaining wear-resistant chromium coatings on the outer and inner metal surfaces of products, including the preparation of a sulfuric acid chromium electrolyte containing an aqueous solution of chromium anhydrite and an aqueous suspension of nano-diamond particles of detonation synthesis, electrochemical deposition of a chromium-diamond coating on metal surfaces , the formation of an antifriction layer on a chromium-diamond coating and subsequent heat treatment of the resulting coating, according to the invention, electrochemical deposition of a chromium-diamond coating and the formation of an antifriction layer on the metal surface of the product are carried out in one cycle of applying a chromium coating, while nanostructured chromium plating is performed to obtain an antifriction layer deposited chromium-diamond coating with the possibility of forming a surface layer with a porous cluster structure, and heat treatment of the resulting coating is carried out in the thermal obaroreactor in an inert atmosphere with simultaneous impregnation of the surface layer of the chromium-diamond coating with an antiwear oil composition with an additive, while the products are loaded into the thermobaroreactor, evacuated to a vacuum pressure (5-7) x10 -1 atm, the products are heated under vacuum to 105-110 ° C with exposure for 10-15 minutes, then an antiwear oil composition with an additive heated to a temperature of 105-110 ° C and an inert gas under a pressure of 2-2.5 atm are fed into the thermobaroreactor, and impregnation is carried out at a temperature of 105-110 ° C with exposure for 4-5 minutes and subsequent cooling of products to a temperature of 20-25 ° C, and then the process of heat treatment with impregnation in an inert atmosphere under a pressure of 2-2.5 atm is repeated up to 5 times, and as an additive in an antiwear oil composition for impregnation a composition based on copper oleate and / or ultrafine detonation synthesis diamonds are introduced.
В качестве сернокислотного электролита хромирования приготавливают саморегулирующийся состав, г/л: 220-250 CrO3, 5,5-6,5 SrSO4, или 5,5-6,5 BaSO4, 18-20 K2SiF6, или стандартный хромовый электролит скоростного осаждения путем растворения в воде 240-250 г/л CrO3 и 2,4-2,5 г/л H2SO4, в который затем вводят суспензию частиц нано-алмаза в количестве 5-15 г/л.As a sulfuric acid electrolyte for chromium plating, a self-regulating composition is prepared, g / l: 220-250 CrO 3 , 5.5-6.5 SrSO 4 , or 5.5-6.5 BaSO 4 , 18-20 K 2 SiF 6 , or standard chromium electrolyte for rapid deposition by dissolving in water 240-250 g / l CrO 3 and 2.4-2.5 g / l H2SO4, into which a suspension of nano-diamond particles is then introduced in an amount of 5-15 g / l.
Электрохимическое осаждение хром-алмазного покрытия проводят при температуре 50-70°C и плотности тока 50-70 А/дм2, а наноструктурное хромирование с формированием поверхностного хромового слоя с пористой кластерной структурой проводят электрохимическим анодным травлением поверхности полученного хромового покрытия при той температуре и плотности тока 20-30 А/дм2, при этом поверхностный слой с пористой кластерной структурой формируют толщиной до 1/3 от общей толщины хром-алмазного покрытия и степенью пористости 20-40%.Electrochemical deposition of a chromium-diamond coating is carried out at a temperature of 50-70 ° C and a current density of 50-70 A / dm 2 , and nanostructured chromium plating with the formation of a surface chromium layer with a porous cluster structure is carried out by electrochemical anodic etching of the surface of the obtained chromium coating at that temperature and density current 20-30 A / dm 2 , while the surface layer with a porous cluster structure is formed with a thickness of up to 1/3 of the total thickness of the chromium-diamond coating and a degree of porosity of 20-40%.
В качестве ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза в водной суспензии используют на- 2 036801 но-алмазы, или алмазосодержащую шихту, или частично окисленную алмазосодержащую шихту в виде суспензии с содержанием УДА 35-99%.As ultradispersed diamonds of detonation synthesis in an aqueous suspension, 2 036801 no-diamonds, or a diamond-containing charge, or a partially oxidized diamond-containing charge in the form of a suspension with an UDD content of 35-99%, are used.
Присадку на основе олеата меди и/или ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза в противоизносный масляный состав для пропитки вводят в количестве 4-10 об.%.An additive based on copper oleate and / or ultradispersed detonation synthesis diamonds is introduced into the antiwear oil composition for impregnation in an amount of 4-10 vol.%.
Инертную атмосферу в термобарореакторе формируют с использованием любого инертного газа, например аргона.An inert atmosphere in the thermobaroreactor is formed using any inert gas, such as argon.
Изобретение реализуют следующим образом.The invention is implemented as follows.
Готовят саморегулирующийся сернокислотный электролит хромирования состав (г/л): 220-250 CrO3, 5,5-6,5 SrSO4, или 5,5-6,5 BaSO4, 18-20 K2SiF6, или стандартный хромовый электролит скоростного осаждения путем растворения в воде состава (г/л): 240-250 CrO3 и 2,4-2,5 г/л H2SO4. В приготовленный электролит вводят суспензию частиц нано-алмаза - ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза (УДА) в количестве 5-15 г/л. В качестве УДА в водной суспензии используют нано-алмазы, или алмазосодержащую шихту, или частично окисленную алмазосодержащую шихту с содержанием нано-алмазов 35-99%. Перед введением в электролит УДА могут быть подвергнуты активации путем обработки в дистиллированной воде в диспергаторе в течение 10-15 мин для разрушения конгломератов частиц с целью получения однородной смеси и повышением активности частиц УДА в суспензии.Prepare a self-regulating sulfuric acid electrolyte for chromium plating composition (g / l): 220-250 CrO 3 , 5.5-6.5 SrSO 4 , or 5.5-6.5 BaSO 4 , 18-20 K 2 SiF 6 , or standard chrome electrolyte for rapid deposition by dissolving the composition (g / l) in water: 240-250 CrO 3 and 2.4-2.5 g / l H2SO4. A suspension of nano-diamond particles - ultradispersed detonation synthesis diamonds (UDD) - is introduced into the prepared electrolyte in an amount of 5-15 g / l. Nano-diamonds, or diamond-containing charge, or partially oxidized diamond-containing charge with 35-99% nano-diamond content are used as UDD in aqueous suspension. Before being added to the electrolyte, UDD can be activated by treatment in distilled water in a disperser for 10-15 min to destroy particle conglomerates in order to obtain a homogeneous mixture and increase the activity of UDD particles in suspension.
Затем внутренние и внешние поверхности изделий предварительно подвергают стандартной механической обработке и очистке для обезжиривания. Далее изделия погружают в гальваническую ванну с электролитом хромирования или осуществляют прокачку электролита через внутреннюю поверхность изделия, используя внутренний анод и производят электрохимическое осаждение хром-алмазного покрытия, при этом кластерные частицы УДА, благодаря их высокой физико-химической активности, являются центрами кристаллизации, на которых и начинается кристаллизация металла. Вследствие большого количества частиц кристаллизация носит многозародышевый характер, а получаемый слой покрытия характеризуется малыми размерами структурных фрагментов, отсутствием дальнего порядка в кристаллической структуре. В процессе электрохимического осаждения хром-алмазного покрытия формируют слой с высокой плотностью, что обеспечивается заданной плотностью тока 50-70 А/дм2 и температурой электролита t=50-70°C. Далее формируют антифрикционный слой на уже осажденном хромалмазном покрытии. Для этого проводят наноструктурное хромирование с формированием поверхностного слоя с пористой кластерной структурой путем электрохимического анодного травления полученного слоя хром-алмазного покрытия с высокой плотностью. Наноструктурное хромирование хромового покрытия осуществляют при температуре 50-70°C и плотности тока 20-30 А/дм2 в течение 1-10 мин, в результате чего получают пористый поверхностный слой покрытия толщиной до 1/3 от общей толщины хром-алмазного покрытия со степенью пористости 20-40%.Then, the inner and outer surfaces of the products are preliminarily subjected to standard machining and cleaning for degreasing. Next, the products are immersed in a galvanic bath with chromium plating electrolyte or electrolyte is pumped through the inner surface of the product using the internal anode and electrochemical deposition of a chromium-diamond coating is carried out, while UDD cluster particles, due to their high physicochemical activity, are crystallization centers on which and crystallization of the metal begins. Due to the large number of particles, crystallization is multi-nucleus in nature, and the resulting coating layer is characterized by small sizes of structural fragments, the absence of long-range order in the crystal structure. In the process of electrochemical deposition of a chromium-diamond coating, a layer with a high density is formed, which is provided by a given current density of 50-70 A / dm 2 and an electrolyte temperature t = 50-70 ° C. Next, an anti-friction layer is formed on the already deposited chromium-diamond coating. For this, nanostructured chromium plating is carried out with the formation of a surface layer with a porous cluster structure by electrochemical anodic etching of the obtained high-density chromium-diamond coating layer. Nanostructured chromium plating of a chrome coating is carried out at a temperature of 50-70 ° C and a current density of 20-30 A / dm 2 for 1-10 min, as a result of which a porous surface layer of the coating is obtained with a thickness of up to 1/3 of the total thickness of the chrome-diamond coating with the degree of porosity is 20-40%.
Далее проводят термическую обработку полученного покрытия в термобарореакторе в инертной атмосфере с одновременной пропиткой поверхностного слоя хром-алмазного покрытия противоизносным масляным составом с присадкой. Для этого изделия загружают в термобарореактор, вакуумируют до давления разряжения (5-7)х10-1 атм и нагревают изделия под вакуумом до 105-110°C с выдержкой в течении 10-15 мин. Затем в термобарореактор подают подогретый до температуры 105-110°C противоизносный масляный состав с присадкой и инертный газ, например аргон, под давлением 2-2,5 атм, далее производят пропитку поверхностного слоя хром-алмазного покрытия с пористой кластерной структурой при температуре 105-110°C с выдержкой в течение 4-5 мин с последующим охлаждением изделий до температуры 20-25°C. Затем процесс термообработки с пропиткой в инертной атмосфере аргона под давлением 2-2,5 атм повторяют до 5 раз, причем для создания инертной атмосферы возможно применение и других известных инертных газов.Next, the obtained coating is heat treated in a thermobaroreactor in an inert atmosphere with simultaneous impregnation of the surface layer of the chromium-diamond coating with an antiwear oil composition with an additive. For this, the products are loaded into a thermobaroreactor, evacuated to a vacuum pressure (5-7) x10 -1 atm and the products are heated under vacuum to 105-110 ° C with a holding time of 10-15 minutes. Then, an antiwear oil composition with an additive heated to a temperature of 105-110 ° C and an inert gas, for example argon, under a pressure of 2-2.5 atm are fed into the thermobaroreactor, then the surface layer of a chromium-diamond coating with a porous cluster structure is impregnated at a temperature of 105- 110 ° C with exposure for 4-5 minutes, followed by cooling the products to a temperature of 20-25 ° C. Then the process of heat treatment with impregnation in an inert atmosphere of argon under a pressure of 2-2.5 atm is repeated up to 5 times, and other known inert gases can be used to create an inert atmosphere.
В качестве присадки в противоизносный масляный состав для пропитки вводят композицию на основе олеата меди и/или ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза в количестве 4-10 об.%, последние используют в виде суспензии нано-алмазов, или алмазосодержащей шихты, или частично окисленной алмазосодержащей шихты с содержанием алмаза 35-99%. В качестве композиции на основе олеата меди возможно использование многоцелевого металлоорганического медьсодержащего препарата ОРВЧ-5 - модификатора к моторным и трансмиссионным маслам с широким спектром применения [7].As an additive, a composition based on copper oleate and / or ultradispersed detonation synthesis diamonds in an amount of 4-10 vol.% Is introduced into the antiwear oil composition for impregnation, the latter are used in the form of a suspension of nanodiamonds, or a diamond-containing charge, or a partially oxidized diamond-containing charge with diamond content 35-99%. As a composition based on copper oleate, it is possible to use a multipurpose organometallic copper-containing preparation ORVCh-5 - a modifier for engine and transmission oils with a wide range of applications [7].
Ниже в табл. 1 приведены примеры реализации изобретения с различным содержанием дисперсной фракции (*ДФ) ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза в электролите с результатами сравнительных испытаний полученных хром-алмазных покрытий, где:Below in table. 1 shows examples of the implementation of the invention with different content of the dispersed fraction (* DF) of ultrafine detonation synthesis diamonds in the electrolyte with the results of comparative tests of the obtained chromium-diamond coatings, where:
ДФ1 - нано-алмаз (НА), концентрация суспензии в электролите, 5 г/л;DF1 - nano-diamond (NA), suspension concentration in the electrolyte, 5 g / l;
ДФ2 - концентрация суспензии в электролите НА 5 г/л+1 г/л шихта НА;DF2 - concentration of the suspension in the ND electrolyte 5 g / l + 1 g / L ND charge;
ДФ3 - (нанотрубки) концентрация суспензии 15 г/л в электролите саморегулирующемся.DF3 - (nanotubes) suspension concentration 15 g / l in a self-regulating electrolyte.
- 3 036801- 3 036801
Таблица 1Table 1
Оптимальным является вариант покрытия, полученного на образцах изделий под № 2 (ДФ2), где видно, что покрытие характеризуется минимальным процентом осыпаемости, хорошими показателем средней пористости и баллом коррозионной поражения, а также значениями микротвёрдости HV до и после нагрева.The best option is the version of the coating obtained on samples of products under No. 2 (DF2), where it can be seen that the coating is characterized by a minimum percentage of crumbling, a good indicator of average porosity and a score of corrosion damage, as well as values of microhardness HV before and after heating.
В табл. 2 показаны сравнительные характеристики изделий со стандартным хромовым покрытием и изделий с хром-алмазным покрытием, полученным согласно изобретению.Table 2 shows the comparative characteristics of articles with a standard chrome coating and articles with a chrome-diamond coating obtained according to the invention.
Т аблица 2Table 2
В табл. 3 отражены результаты сравнительных триботехнических испытании изделий с кластерным хромо-алмазным гальваническим покрытием согласно разработанному способу и изделий с покрытием без использования НА при трении в условиях граничной смазки.Table 3 shows the results of comparative tribotechnical testing of articles with a cluster chromium-diamond electroplated coating according to the developed method and articles with a coating without the use of ND under friction under conditions of boundary lubrication.
Таблица 3Table 3
Коэффициент трения и износостойкость зависит от шероховатости поверхности покрытия, нагрузки на узел трения и условий эксплуатации, а также от материала и шероховатости ответной детали или отсутствия смазки.The coefficient of friction and wear resistance depends on the roughness of the coating surface, the load on the friction unit and the operating conditions, as well as on the material and roughness of the counterpart or lack of lubrication.
Сравнительные испытания стандартных хромовых покрытий и кластерных хромо-алмазных гальванических покрытий на внутренних поверхностях металлических изделий на специальных образцах стали 30ХГСА показал, что по контролируемым характеристикам (твердость, адгезия, осыпаемость покрытия при знакопеременных нагрузках и сдавливании и др.) кластерные хромо-алмазные покрытия имеют лучшие показатели. Такие свойства покрытий связаны с их структурным строением - сверхмалыми раз- 4 036801 мерами фрагментов, что обеспечивает полное копирование кластерным покрытием микрорельефа поверхности обрабатываемых изделий и тем самым значительно увеличивает прочность сцепления покрытия с основой, которая определяется предельными значениями напряжений сдвигового и нормального отрыва.Comparative tests of standard chromium coatings and cluster chromium-diamond electroplated coatings on the inner surfaces of metal products on special samples of steel 30KhGSA showed that, according to controlled characteristics (hardness, adhesion, crumbling of the coating under alternating loads and squeezing, etc.), cluster chromium-diamond coatings have best performance. Such properties of coatings are related to their structural structure - ultra-small spacing of fragments, which ensures complete copying of the microrelief of the surface of the processed products by the cluster coating and thereby significantly increases the adhesion strength of the coating to the base, which is determined by the limiting values of shear and normal peel stresses.
Исследованиями установлено, что уменьшение коэффициента трения внутренних поверхностей в металлических изделиях с кластерными хромо-алмазными покрытиями обусловлено введением в слой покрытия присадок на основе композиции олеата меди и/или ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза, что создает эффект потеющей стенки при разогреве, например, ствола автоматического оружия при стрельбе. При этом на внутренней поверхности покрытия образуется мономолекулярный композиционный слой, который в несколько раз снижает трение пары пуля - ствол и дополнительно вызывает эффект увеличения скорости вылета пули при использовании даже стандартных порохов, а износ ствола существенно ниже, чем при обычной стрельбе.Studies have established that a decrease in the coefficient of friction of internal surfaces in metal products with cluster chromium-diamond coatings is due to the introduction of additives based on a composition of copper oleate and / or ultrafine detonation diamonds into the coating layer, which creates the effect of a sweating wall during heating, for example, of the barrel of an automatic weapon when shooting. At the same time, a monomolecular composite layer is formed on the inner surface of the coating, which several times reduces the friction of the bullet - barrel pair and additionally causes the effect of increasing the bullet exit speed when using even standard propellants, and barrel wear is significantly lower than during conventional shooting.
Разработанный способ получения износостойких хромовых покрытий на наружных и внутренних металлических поверхностях может широко применяться для защиты изделий различного назначения: режущего инструмента, штампов, литьевых форм, оснастки для глубокой холодной вытяжки металлов, деталей цилиндров поршневой группы, медицинских инструментов (зубные боры, хирургические фрезы и др.), коронки бурового оборудования, слесарного инструмента (напильники, ножовочные полотна, циркулярные и ленточные пилы и пр.) и многих других, при этом срок эксплуатации изделий с таким покрытием увеличивается в 2-4 раза.The developed method for obtaining wear-resistant chromium coatings on the outer and inner metal surfaces can be widely used to protect products for various purposes: cutting tools, dies, injection molds, equipment for deep cold drawing of metals, parts of piston-group cylinders, medical instruments (dental burs, surgical cutters, etc. etc.), crowns of drilling equipment, locksmith tools (files, hacksaw blades, circular and band saws, etc.) and many others, while the service life of products with such a coating increases 2-4 times.
В табл. 4 приведены данные по увеличению сроков службы некоторых изделий с кластерным хромо-алмазным покрытием, нанесенным на металлические поверхности согласно разработанному способу по сравнению со стандартным хромовым покрытием.Table 4 shows data on the increase in the service life of some products with a cluster chromium-diamond coating applied to metal surfaces according to the developed method in comparison with a standard chrome coating.
Таблица 4Table 4
Источники информации:Information sources:
1. Орлова Е.А. Автореферат диссертации по теме Электроосаждение хрома в присутствии наноуглеродных материалов, Санкт-Петербург, 2007. http://tekhnosfera.com/elektroosazhdenie-hroma-vprisutstvii-nanouglerodnyh-materialov#ixzz6DkaJJQeV.1. Orlova E.A. Abstract of dissertation on the topic Electrodeposition of chromium in the presence of nanocarbon materials, St. Petersburg, 2007. http://tekhnosfera.com/elektroosazhdenie-hroma-vprisutstvii-nanouglerodnyh-materialov#ixzz6DkaJJQeV.
2. RU № 2706931 C1, 21.11.2019.2. RU No. 2706931 C1, 21.11.2019.
3. WO 2016/044708, 24.03.2016.3. WO 2016/044708, 03.24.2016.
4. BY № 21191 C1, 30.08.2017.4. BY No. 21191 C1, 30.08.2017.
5. RU № 2147524 C1, 20.04.2000.5. RU No. 2147524 C1, 20.04.2000.
6. BY № 11387 C1, 30.12.2008 (прототип).6. BY No. 11387 C1, 30.12.2008 (prototype).
7. Медьсодержащая присадка ОРВЧ-5. Сертификат соответствия № РОСС RU.HX09.H00356, срок действия с 05.08.97 по 04.08.98. Изготовитель - НПФ Перигей.7. Copper-containing additive ORVCh-5. The certificate of conformity No. ROSS RU.HX09.H00356, valid from 05.08.97 to 04.08.98. Manufacturer - NPF Perigee.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000112A EA036801B1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Method of obtaining antiwear chromium platings on outer and inner metal surfaces of articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000112A EA036801B1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Method of obtaining antiwear chromium platings on outer and inner metal surfaces of articles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA202000112A1 EA202000112A1 (en) | 2020-12-21 |
| EA036801B1 true EA036801B1 (en) | 2020-12-22 |
Family
ID=74100025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA202000112A EA036801B1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Method of obtaining antiwear chromium platings on outer and inner metal surfaces of articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036801B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103469283A (en) * | 2013-08-02 | 2013-12-25 | 石家庄金刚凯源动力科技有限公司 | Composite coating piston ring inlaid with wear-resistant particles, and processing method thereof |
| EP2660362B1 (en) * | 2010-12-27 | 2019-06-26 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Composite chromium plating film, and sliding member equipped with the film |
| RU2706931C1 (en) * | 2019-03-01 | 2019-11-21 | Сергей Константинович Есаулов | Composite metal-diamond coating, method of its production, disperse system for deposition of composite metal-diamond coating and method for its production |
-
2020
- 2020-02-25 EA EA202000112A patent/EA036801B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2660362B1 (en) * | 2010-12-27 | 2019-06-26 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Composite chromium plating film, and sliding member equipped with the film |
| CN103469283A (en) * | 2013-08-02 | 2013-12-25 | 石家庄金刚凯源动力科技有限公司 | Composite coating piston ring inlaid with wear-resistant particles, and processing method thereof |
| RU2706931C1 (en) * | 2019-03-01 | 2019-11-21 | Сергей Константинович Есаулов | Composite metal-diamond coating, method of its production, disperse system for deposition of composite metal-diamond coating and method for its production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA202000112A1 (en) | 2020-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mahidashti et al. | Review of nickel-based electrodeposited tribo-coatings | |
| US7309412B2 (en) | Compositions and coatings including quasicrystals | |
| US20130115478A1 (en) | Electrodeposited metallic coatings comprising cobalt with enhanced fatigue properties | |
| US8541349B2 (en) | Lubricant-hard-ductile nanocomposite coatings and methods of making | |
| WO2012145750A2 (en) | Electroplated lubricant-hard-ductile nanocomposite coatings and their applications | |
| Sabzi et al. | Crystalline texture evolution, control of the tribocorrosion behavior, and significant enhancement of the abrasion properties of a Ni-P nanocomposite coating enhanced by zirconia nanoparticles | |
| Gadhari et al. | Electroless nickel-phosphorus composite coatings: A review | |
| Sajjadnejad et al. | Wear and tribological characterization of nickel matrix electrodeposited composites: A review | |
| Rostami et al. | Characterization of electrodeposited Ni–SiC–Cg nanocomposite coating | |
| Singh et al. | Electrodeposited SiC-graphene oxide composite in nickel matrix for improved tribological applications | |
| Mandal et al. | Development and application of Cu-SWCNT nanocomposite–coated 6061Al electrode for EDM | |
| Banerjee et al. | Improving corrosion resistance of magnesium nanocomposites by using electroless nickel coatings | |
| Shajari et al. | The effect of heat treatment on wear characteristics of nanostructure Ni–B coating on marine bronze | |
| Wang et al. | Improvement in surface performance of stainless steel by nitride and carbon-based coatings prepared via physical vapor deposition for marine application | |
| EA036801B1 (en) | Method of obtaining antiwear chromium platings on outer and inner metal surfaces of articles | |
| Kaleicheva et al. | Improvement of the wear resistance of ferrous alloys by electroless plating of nickel | |
| Mirhosseini et al. | Effect of different plasma nitriding durations on the tribological characteristics of nickel-boron-nanodiamond electroless nanocomposite coatings | |
| Biswas et al. | Investigation of mechanical and tribological properties of electroless Ni-PB ternary coatings on steel | |
| JP2008144281A (en) | Multifunctional composite coating for protection based on lightweight alloy | |
| RU2463391C2 (en) | Method to apply double-layer coatings | |
| Xu et al. | Microstructure and mechanical properties of laser-cladded WC–Co composite coatings on Ti–6Al–4V | |
| Martínez-Hernández et al. | Electrodeposition of Ni-P/SiC composite films with high hardness | |
| JPH02503095A (en) | Method for producing composite film based on chromium | |
| Ovchinnikova et al. | Properties and structure electrodeposition alloys and composite electrochemical coatings of nickel-based | |
| Hamidouche et al. | Comparison between the microstructural, morphological, mechanical and tribological characteristics of nanocrystalline Ni and Ni-Co electrodeposited coatings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM KZ TM |