RU2187587C1

RU2187587C1 - Electrolyte for chromium-plating of steels, copper and titanium alloys

Info

Publication number: RU2187587C1
Application number: RU2001100303/02A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Жирнов; В.А. Ильин; Б.П. Налетов; Р.М. Пилипенко; Е.В. Тюриков
Original assignee: Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2002-08-20

Abstract

FIELD: electroplating. SUBSTANCE: process is conducted in self-regulating electrolyte and may be used for coating parts in aircraft engineering, instrumentation engineering, and other technical areas, in particular in high-pressure hydraulic systems. Electrolyte contains, g/l: chromic anhydride 225-275; potassium fluorosilicate 15-25; strontium sulfate 4-8; IVB, VB, or VIB-group metal oxide powder 0.5-50; IVB, VB, or VIB-group metal carbide powder; and surfactant (chromoxane, chromine, and other) 0.1-1.0. Coatings thus obtained show microhardness up to 1400 kg/sq.mm and their porosity is 100-fold reduced as compared to standard porosity. EFFECT: improved strength and adhesion to surfaces of parts. 2 cl, 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к гальванотехнике, а именно к электролитическому хромированию деталей из сталей, медных и титановых сплавов в саморегулирующемся электролите, и может быть использовано для получения покрытий в изделиях авиационной техники, машиностроения и других отраслях техники, в частности в гидросистемах высокого давления. The invention relates to electroplating, namely to electrolytic chromium plating of parts from steels, copper and titanium alloys in a self-regulating electrolyte, and can be used to produce coatings in aircraft products, mechanical engineering, and other industries, in particular in high pressure hydraulic systems.

Известны из уровня техники электролиты, содержащие хром VI, порошки оксидов с дисперсностью от 0,001 мм до 0,1 мм. Такие порошки имеют высокую скорость седиментации и позволяют получить композиционные покрытия, в которых в хромовую матрицу включаются частицы порошков, то есть получается композиционное покрытие (1). Electrolytes containing chromium VI and oxide powders with a dispersion of 0.001 mm to 0.1 mm are known in the art. Such powders have a high sedimentation rate and make it possible to obtain composite coatings in which powder particles are included in the chromium matrix, i.e., a composite coating is obtained (1).

Известно также применение ультрадисперсной алмазной суспензии, содержащей частицы от 5 Нм и больше в качестве добавки к саморегулирующемуся электролиту хромирования и, в частности, для повышения микротвердости и износостойкости режущего инструмента, слесарных пил и т.д. (2). It is also known to use an ultrafine diamond suspension containing particles of 5 Nm or more as an additive to a self-regulating chromizing electrolyte and, in particular, to increase the microhardness and wear resistance of cutting tools, bench saws, etc. (2).

Недостатком описанных электролитов является невозможность управлять свойствами гальванического хромового покрытия и, в частности, соотношением микротвердости и декоративного блеска. Обычное хромовое покрытие, в том числе и композиционное, образует мостики между микронеровностями поверхности и, как следствие, возникают течи под хромом в гидросистемах высокого давления. Это явление устраняется при использовании ультрадисперсной алмазной суспензии УДА-В. The disadvantage of the described electrolytes is the inability to control the properties of the galvanic chrome coating and, in particular, the ratio of microhardness and decorative gloss. An ordinary chrome coating, including a composite one, forms bridges between the surface microroughnesses and, as a result, leaks occur under chromium in high pressure hydraulic systems. This phenomenon is eliminated by using an ultrafine diamond suspension UDA-B.

Известны электролиты хромирования, содержащие хромовый ангидрид, серную кислоту, кремнефтористую кислоту, калий кремнефтористый барий сернокислый и частицы алмаза при размерах от 0,01-0,5 мкм (3). Chromium electrolytes are known, containing chromic anhydride, sulfuric acid, silicofluoric acid, potassium fluorosilicon barium sulfate and diamond particles with sizes from 0.01-0.5 μm (3).

Недостатком этого электролита является то, что алмазный порошок - это дорогостоящий продукт, что препятствует широкому освоению данного электролита. The disadvantage of this electrolyte is that diamond powder is an expensive product, which prevents the widespread development of this electrolyte.

За прототип принят наиболее близкий по технической сущности к заявляемому, электролит для электроосаждения покрытия на основе хрома, содержащий источник ионов Cr(VI) порошки из группы оксидов, нитридов или их смеси металлов групп IVВ, VВ, VIВ периодической системы Менделеева, а также ионы металлического кадмия (4). The prototype is the one closest in technical essence to the claimed one, an electrolyte for electrodeposition of a chromium-based coating, containing a source of Cr (VI) ions, powders from a group of oxides, nitrides or their mixtures of metals of groups IVB, VB, VIB of the periodic table, as well as metallic ions cadmium (4).

Недостатком прототипа, кроме общих недостатков, указанных выше, является применение ионов кадмия, вещества, представляющего экологическую опасность, запрещенного к применению во многих странах. Сочетание СrVI и кадмия представляет значительно большую опасность. В прототипе не указаны важнейшие характеристики частиц, обеспечивающие получение заданной микротвердости и декоративного блеска. The disadvantage of the prototype, in addition to the general shortcomings indicated above, is the use of cadmium ions, a substance representing environmental hazard, which is prohibited for use in many countries. The combination of CrVI and cadmium is a much greater danger. The prototype does not indicate the most important characteristics of the particles, providing a given microhardness and decorative gloss.

Технической задачей, данного изобретения, является получение хромовых покрытий на сталях, медных и титановых сплавов, сочетающих высокую микротвердость до 1400 кг/мм² и декоративный блеск при снижении пористости относительно требований ГОСТ 9.301-86 более чем в 100 раз и высокой адгезии к поверхности детали.The technical task of this invention is to obtain chromium coatings on steels, copper and titanium alloys, combining high microhardness up to 1400 kg / mm ² and decorative gloss with a decrease in porosity relative to the requirements of GOST 9.301-86 more than 100 times and high adhesion to the surface of the part .

Для решения поставленной задачи предложен электролит, содержащий хромовый ангидрид и порошок оксида металла групп IVВ, VВ, VIВ, отличающийся тем, что он дополнительно содержит порошок карбида металла групп IVВ, VВ, VIВ, калий кремнефтористый, стронций сернокислый и поверхностно-активное вещество - ПАВ при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид СrО₃ - 225-275
Порошок оксида металла групп IVВ, VВ, VIВ - 0,5-50
Порошок карбида металла групп IVВ, VВ, VIВ - 0,5-50
Калий кремнефтористый K₂SiF₆ - 15-25
Стронций сернокислый SrSO₄ - 4-8
Поверхностно-активное вещество - ПАВ - 0,1-1,0
В качестве ПАВ используют хромоксан или хромин и другие.To solve this problem, an electrolyte containing chromic anhydride and a metal oxide powder of groups IVB, VB, VIB is proposed, characterized in that it additionally contains a metal carbide powder of groups IVB, VB, VIB, potassium silicofluoride, strontium sulfate and a surfactant - surfactant in the following ratio of components, g / l:
Chromic anhydride CrO ₃ - 225-275
Metal oxide powder of groups IVB, VB, VIB - 0.5-50
Metal carbide powder of groups IVB, VB, VIB - 0.5-50
Potassium silicofluoride K ₂ SiF ₆ - 15-25
Strontium Sulphate SrSO ₄ - 4-8
Surfactant - surfactant - 0.1-1.0
Chromoxane or chromin and others are used as surfactants.

Экспериментально установлено, что нейтральные частицы оксидов обеспечивают увеличение микротвердости до 1200 кгс/мм². Поверхность получается серой, матовой, декоративный блеск отсутствует, пористость на плавных поверхностях при толщине в 20 мкм также отсутствует.It was experimentally established that neutral particles of oxides provide an increase in microhardness up to 1200 kgf / mm ² . The surface is gray, dull, there is no decorative gloss, porosity on smooth surfaces with a thickness of 20 microns is also absent.

Нейтральные частицы карбидов обеспечивают получение хромового покрытия с зеркальным блеском на подложках различной шероховатости от Ra 20 и выше, микротвердостью 600-700 кгс/мм², пористость на плавных поверхностях отсутствует при толщине от 15 мкм и более.Neutral carbide particles provide a chrome coating with a mirror gloss on substrates of various roughnesses from Ra 20 and higher, microhardness 600-700 kgf / mm ² , porosity on smooth surfaces is absent with a thickness of 15 microns or more.

Примеры осуществления. В качестве электролитов использовались составы, содержащие ионы СrVI (хромовый ангидрид), калий кремнефтористый, стронций сернокислый и предлагаемые добавки оксидов и карбидов. В прототипе также упоминались нитриды и ионы металлического кадмия. Состав электролитов приведен в табл.1, примеры 1-3 предлагаемый электролит, пример 4 - электролит по прототипу. Examples of implementation. As electrolytes, compositions containing CrVI ions (chromic anhydride), potassium silicofluoride, strontium sulfate, and the proposed additives of oxides and carbides were used. The prototype also mentioned nitrides and ions of metallic cadmium. The composition of the electrolytes is shown in table 1, examples 1-3, the proposed electrolyte, example 4 is an electrolyte of the prototype.

Пример 1. Example 1

Для хромирования сталей использовался электролит 1. Состав электролита приведен в табл.1. В качестве компонентов добавок использовался оксид алюминия и карбид кремния. Пористость при толщине покрытия в 20 мкм отсутствовала на однородных поверхностях (плоскость, цилиндр и др.). Electrolyte 1 was used for the chromium plating of steels. The electrolyte composition is given in Table 1. Alumina and silicon carbide were used as additive components. Porosity with a coating thickness of 20 μm was absent on homogeneous surfaces (plane, cylinder, etc.).

Пример 2. Example 2

Для хромирования медных сплавов использовался электролит 2. Состав электролита приведен в табл. 1. В качестве добавок использовались оксид алюминия и карбид кремния. Хромовые покрытия отличаются зеркальным блеском и микротвердостью до 1100 кгс/мм². Пористость при толщине 15 мкм не обнаружена.For chromium plating of copper alloys, electrolyte 2 was used. The electrolyte composition is given in table. 1. As additives, aluminum oxide and silicon carbide were used. Chrome coatings differ in specular gloss and microhardness up to 1100 kgf / mm ² . Porosity with a thickness of 15 μm was not detected.

Пример 3. Example 3

Хромирование титановых сплавов проводилось в электролите 3 (см. табл. 1) со специальной предварительной обработкой поверхности. В качестве основного компонента добавок использовался оксид алюминия и карбид кремния. Полученное покрытие имеет высокую прочность сцепления с подложкой и декоративный блеск. Chrome plating of titanium alloys was carried out in electrolyte 3 (see table. 1) with a special preliminary surface treatment. Alumina and silicon carbide were used as the main component of the additives. The resulting coating has a high adhesion to the substrate and a decorative sheen.

Результаты осуществления представлены в табл.2, где указаны варианты, применяемые для предлагаемого электролита в сравнении с электролитом прототипом. The implementation results are presented in table 2, which indicates the options used for the proposed electrolyte in comparison with the electrolyte prototype.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения позволяет получить хромовые покрытия на деталях из сталей, медных и титановых сплавов, сочетающие высокую микротвердость и декоративный блеск с низкой пористостью и высокой прочностью сцепления с поверхностью детали. Кроме того, этот электролит позволяет получать беспористую пленку хрома толщиной 18-25 мкм и более, что расширяет область применения хромового покрытия на детали гидравлических устройств высокого давления, например плунжерные пары топливных дизельных двигателей. Thus, the application of the invention allows to obtain chromium coatings on parts made of steels, copper and titanium alloys, combining high microhardness and decorative gloss with low porosity and high adhesion to the surface of the part. In addition, this electrolyte allows you to get a non-porous chromium film with a thickness of 18-25 microns or more, which expands the scope of the chromium coating on the details of high-pressure hydraulic devices, for example plunger couples of fuel diesel engines.

Получение относительно тонких 18-25 мкм беспористых покрытий позволяет усовершенствовать технологию нанесения покрытий на штоки и цилиндры гидравлических систем, которые ранее покрывались хромом толщиной 48-80 мкм с последующей шлифовкой. Для подавляющего большинства деталей покрытие в предлагаемом электролите может быть нанесено в пределах полей допусков на точность их изготовления и не требуют их шлифовки "под размер", а только глянцевания (доводку полировкой). Высокая прочность сцепления и отсутствие пористости обеспечивают необходимую надежность и заданный ресурс агрегата. Obtaining relatively thin 18-25 microns non-porous coatings allows you to improve the technology of coating on the rods and cylinders of hydraulic systems, which were previously coated with chromium with a thickness of 48-80 microns, followed by grinding. For the vast majority of parts, the coating in the proposed electrolyte can be applied within the tolerance fields for the accuracy of their manufacture and do not require grinding "to size", but only glossing (polishing finishing). High adhesion strength and lack of porosity provide the necessary reliability and a given aggregate resource.

Литература
1. Молчанов В.Ф. Восстановление и упрочнение деталей автомобилей хромированием. М.: Транспорт. 1981 г.Literature
1. Molchanov V.F. Restoration and hardening of car parts by chrome plating. M .: Transport. 1981

2. Проспект фирмы Toron Company LTD. P.O. Воx 15. Екатеринбург 620137. Россия тел. +7(3432)516-456 факс +7(3432)485-403. 2. Prospectus from Toron Company LTD. P.O. Vox 15. Yekaterinburg 620137. Russia tel. +7 (3432) 516-456 fax +7 (3432) 485-403.

3. Ващенко С.В., Соловьева З.А. Электроосаждение износостойких хромовых покрытий из электролитов с ультрадисперсными алмазными порошками. Гальванотехника и обработка поверхности. 1994 г. 1. 3. Vashchenko S.V., Solovyova Z.A. Electrodeposition of wear-resistant chrome coatings from electrolytes with ultrafine diamond powders. Electroplating and surface treatment. 1994 1.

4. Патент США 5582707. 4. US patent 5582707.

Claims

1. The electrolyte for chromium plating of steels, copper and titanium alloys containing chromic anhydride and a metal oxide powder of groups IVB, VB, VIB, characterized in that it further comprises a powder of metal carbide of groups IVB, VB, VIB, potassium silicofluoride, strontium sulfate and surface -active substance in the following ratio of components, g / l:
Chromic anhydride CrO ₃ - 225 - 275
Metal oxide powder of groups IVB, VB, VIB - 0.5 - 50
Metal carbide powder of groups IVB, VB, VIB - 0.5 - 50
Potassium silicofluoride K ₂ SiF ₆ - 5 - 25
Strontium Sulphate SrSO ₄ - 4 - 8
Surfactant - 0.1 - 1.0
2. The electrolyte according to claim 1, characterized in that chromoxane or chromin is used as a surfactant.