RU2109844C1

RU2109844C1 - Method for deposition of chromium coating

Info

Publication number: RU2109844C1
Application number: RU97101728A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Борисов; Е.Н. Моос; В.Г. Сыркин; А.А. Уэльский
Original assignee: Рязанская государственная сельскохозяйственная академия им.проф. П.А.Костычева
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: protection of surfaces of mechanism friction parts. SUBSTANCE: method includes deposition on base material of chromium coating by electrolytic method from chromium-containing solutions in the presence of catalyst. Additionally deposited on the produced first layer is chromium by thermal dissociation of chromium hexacarbonyl. Thickness of additional layer amounts to 5-15% of thickness of coating first layer. EFFECT: higher efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты поверхности трущихся деталей механизмов. The invention relates to mechanical engineering and can be used to protect the surface of friction parts of mechanisms.

Известен способ нанесения на поверхность изделий (подложку) хромовых покрытий путем термической диссоциации паров гексакарбонила хрома [1]. Способ осуществляют при температуре подложки от 350 до 800^oC в вакууме примерно 1 • 10^-1 мм рт. ст. при непрерывной откачке системы. Количество паров карбонила, подаваемого в реактор, регулируется температурой нагрева кристаллического гексакарбонила хрома в сублиматоре и, как правило, находится в интервале от 40 до 80^oC. При этих условиях скорость нанесения покрытия составляет от 20 до 150 мкм/ч.A known method of applying to the surface of the product (substrate) of chromium coatings by thermal dissociation of vapor of chromium hexacarbonyl [1]. The method is carried out at a substrate temperature of from 350 to 800 ^o C in a vacuum of about 1 • 10 ^-1 mm RT. Art. during continuous pumping of the system. The amount of carbonyl vapor supplied to the reactor is controlled by the heating temperature of crystalline chromium hexacarbonyl in the sublimator and, as a rule, is in the range from 40 to 80 ^o C. Under these conditions, the coating rate is from 20 to 150 μm / h.

Характерной особенностью таких покрытий является их высокая микротвердость, достигающая величины 1600 кг/мм².A characteristic feature of such coatings is their high microhardness, reaching a value of 1600 kg / mm ² .

Однако при осаждении таких покрытий в указанных режимах прочность сцепления их со стальной подложкой оказывается недостаточной и при механической обработке деталей наблюдается образование трещин в покрытиях и частичное их отслоение от подложки. However, during the deposition of such coatings in the indicated modes, their adhesion to a steel substrate is insufficient and cracking in the coatings and their partial detachment from the substrate are observed during machining of parts.

Известен электролитический способ нанесения хромовых покрытий и, в частности, с использованием высокоскоростных саморегулирующихся хромсодержащих электролитов [2]. Способ осуществляют на базе катализирующих анионов в виде труднорастворимых соединений следующего состава [3], г/л:
1) 250 хромового ангидрида, 5-6 сульфата стронция, 8-10 фторида кальция, сульфатно-фторидного электролита (СФ);
2) 230-250 хромового ангидрида, 18-20 кремнефтористого калия, 8-10 фтористого кальция, фторидно-кремнефторидного электролита (ФКФ).Known electrolytic method for applying chromium coatings and, in particular, using high-speed self-regulating chromium-containing electrolytes [2]. The method is carried out on the basis of catalyzing anions in the form of sparingly soluble compounds of the following composition [3], g / l:
1) 250 chromic anhydride, 5-6 strontium sulfate, 8-10 calcium fluoride, sulfate fluoride electrolyte (SF);
2) 230-250 chromic anhydride, 18-20 potassium silicofluoride, 8-10 calcium fluoride, fluoride-cremne fluoride electrolyte (PCF).

Процесс проводят при температуре электролита от 40 до 70^oC и катодной плотности тока 30-70 А/дм². В этих условиях получают блестящие хромовые покрытия с небольшими внутренними напряжениями, характеризующими высокую прочность покрытия с подложкой. Однако максимальная микротвердость таких покрытий не превышает 800-900 кг/мм².The process is carried out at an electrolyte temperature of from 40 to 70 ^o C and a cathodic current density of 30-70 A / DM ² . Under these conditions, shiny chrome coatings with small internal stresses characterizing the high strength of the coating with the substrate are obtained. However, the maximum microhardness of such coatings does not exceed 800-900 kg / mm ² .

Задачей изобретения является получение покрытий на основе хрома, обладающих высокой микротвердостью при сохранении прочного сцепления покрытия с подложкой. Указанная задача решена предложенным способом нанесения покрытия из саморегулирующихся хромсодержащих электролитов с последующим дополнительным осаждением хрома термической диссоциацией паров карбонила хрома, при этом толщина дополнительного слоя составляет 5-15% от толщины первого слоя. The objective of the invention is to obtain coatings based on chromium with high microhardness while maintaining strong adhesion of the coating to the substrate. This problem has been solved by the proposed method of coating from self-regulating chromium-containing electrolytes with subsequent additional deposition of chromium by thermal dissociation of chromium carbonyl vapor, while the thickness of the additional layer is 5-15% of the thickness of the first layer.

Способ осуществляется следующим образом. Образец в качестве катода помещается в хромсодержащей электролит определенного состава, включающий катализатор. Осаждение хрома проводят при 50-60^oC, плотности тока 60-70 А/дм². Образец после промывки помещается в вакуумную камеру на графитовый обогреватель. Камеру вакуумируют, образец нагревают до 350-500^oC и подают из предварительно нагретого сублиматора пары гексакарбонила хрома. Продолжительность процесса 7-10 мин. На поверхности нагретого образца пары гексакарбонила хрома разлагаются с образованием дополнительного хромового покрытия, при этом толщина дополнительного слоя покрытия составляет 5-15% от толщины первого слоя.The method is as follows. The sample as a cathode is placed in a chromium-containing electrolyte of a certain composition, including a catalyst. The deposition of chromium is carried out at 50-60 ^o C, a current density of 60-70 A / DM ² . After washing, the sample is placed in a vacuum chamber on a graphite heater. The chamber is evacuated, the sample is heated to 350-500 ^o C and served from a preheated sublimator of a pair of chromium hexacarbonyl. The duration of the process is 7-10 minutes. On the surface of the heated sample, chromium hexacarbonyl vapors decompose with the formation of an additional chromium coating, while the thickness of the additional coating layer is 5-15% of the thickness of the first layer.

Пример 1. Образец из ст. 3 помещается в качестве катода в сульфатно-фторидный (СФ) электролит состава: 250 г/л хромового ангидрида, 6 г/л сульфата стронция и 8 г/л фторида кальция. Осаждение хрома проводят при температуре электролита 50^oC, плотности тока 70 А/дм² в течение 30 мин.Example 1. A sample from Art. 3 is placed as a cathode in a sulfate-fluoride (SF) electrolyte of the composition: 250 g / l of chromic anhydride, 6 g / l of strontium sulfate and 8 g / l of calcium fluoride. The precipitation of chromium is carried out at an electrolyte temperature of 50 ^o C, a current density of 70 A / DM ² for 30 minutes

Образец вынимают из электролита, промывают дистиллированной водой, высушивают, протирают бязью, смоченной этиловым спиртом, и помещают в камеру на графитовый нагреватель. Затем систему вакуумируют до достаточного давления 5 • 10^-2 мм рт. ст. Образец нагревают до 350^oC и подают из предварительно нагретого до 40^oC сублиматора пары гексакарбонила хрома с помощью вакуума. На поверхности нагретого образца пары гексакарбонила хрома разлагаются с образованием дополнительного покрытия. Остаточное давление в аппарате снижается до 1 • 10^-1 мм рт. ст. Продолжительность процесса 7-10 мин.The sample is removed from the electrolyte, washed with distilled water, dried, wiped with coarse calico moistened with ethyl alcohol, and placed in a chamber on a graphite heater. Then the system is evacuated to a sufficient pressure of 5 • 10 ^-2 mm RT. Art. The sample is heated to 350 ^° C. and fed from a preheated to 40 ^° C. sublimator of a pair of chromium hexacarbonyl using a vacuum. On the surface of the heated sample, chromium hexacarbonyl vapors decompose to form an additional coating. The residual pressure in the apparatus is reduced to 1 • 10 ^-1 mm RT. Art. The duration of the process is 7-10 minutes.

Толщину (δ) основного и дополнительного слоев определяют расчетным путем по привесу образца. Толщина слоев составляет соответственно 40 и 3 мкм. Микротвердость (H_c) определяют на приборе ПМТ-3. Микротвердость первого слоя 750 кг/мм², второго слоя 1400 кг/мм². Другие примеры приведены в таблице.The thickness (δ) of the main and additional layers is determined by calculation by weight gain of the sample. The layer thickness is 40 and 3 μm, respectively. Microhardness (H _c ) is determined on a PMT-3 device. The microhardness of the first layer is 750 kg / mm ² , the second layer 1400 kg / mm ² . Other examples are given in the table.

Как видно из представленных примеров 1-3, предложенным способом получены хромовые покрытия, обладающие высокой микротвердостью при сохранении прочного сцепления покрытия с подложкой. As can be seen from the presented examples 1-3, the proposed method obtained chromium coatings with high microhardness while maintaining strong adhesion of the coating to the substrate.

Данное изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку не было известно, что при нанесении на первый "электролитический" слой хрома дополнительного "карбонильного" слоя могут меняться свойства покрытия в целом, поскольку экспериментально было показано, что система покрытия Cr-Cr (в случае хромовой подложки и Cr-карбонильного слоя покрытия) не обладает прочностью сцепления, что подтверждается примером 4. This invention has an inventive step, since it was not known that when applying an additional “carbonyl" layer to the first "electrolytic" chromium layer, the properties of the coating as a whole can change, since it was experimentally shown that the Cr-Cr coating system (in the case of a chromium substrate and Cr-carbonyl coating layer) does not have adhesion strength, which is confirmed by example 4.

В примере 4 покрытие только карбонильным способом на подложку из хрома, полученного металлургическим способом. При этом наблюдается растрескивание полученного покрытия и его частичное отслоение от хромовой подложки. Микротвердость сохранившегося хромового покрытия достаточно высока и составляет 1250 кг/мм².In example 4, the coating only carbonyl method on a substrate of chromium obtained by a metallurgical method. In this case, cracking of the obtained coating and its partial detachment from the chromium substrate are observed. The microhardness of the preserved chrome coating is quite high and amounts to 1250 kg / mm ² .

Источники информации
1. Сыркин В.Г. Карбонильные металлы. - М.: Металлургия, 1978.Sources of information
1. Syrkin V.G. Carbonyl metals. - M.: Metallurgy, 1978.

2. Борисов Г.А. Технологический процесс хромирования золотников гидрораспределителей в скоростных саморегулирующихся электролитах /Сб. Совершенствование средств механизации сельского хозяйства нечерноземной зоны. - Челябинск, ЧИМЭСХ, 1981, с. 46. 2. Borisov G.A. The technological process of chrome plating valve spools in high-speed self-regulating electrolytes / Sat. Improving the means of mechanization of agriculture in the non-chernozem zone. - Chelyabinsk, CHIMESKH, 1981, p. 46.

3. Юрьев Л. И., Козлов И.П., Борисов Г.А. Физико-механические свойства электролитического хрома, полученного из саморегулирующихся электролитов /Сб. Ремонт машин и технических металлов. - М.: МИИСХП, 1975, с. 43. 3. Yuryev L.I., Kozlov I.P., Borisov G.A. Physico-mechanical properties of electrolytic chromium obtained from self-regulating electrolytes / Sat. Repair of machinery and technical metals. - M .: MIISHPP, 1975, p. 43.

Claims

A method of applying a chromium coating to a substrate by electrolytic deposition from chromium-containing solutions in the presence of a catalyst, characterized in that additional chromium deposition is carried out on the first coating layer by thermal dissociation of chromium hexacarbonyl vapor, the thickness of the additional layer being 5-15% of the thickness of the first coating layer.