RU2503751C2 - Method of iron coat electroplating in flowing electrolyte with coarse disperse particles - Google Patents
Method of iron coat electroplating in flowing electrolyte with coarse disperse particles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503751C2 RU2503751C2 RU2011146261/02A RU2011146261A RU2503751C2 RU 2503751 C2 RU2503751 C2 RU 2503751C2 RU 2011146261/02 A RU2011146261/02 A RU 2011146261/02A RU 2011146261 A RU2011146261 A RU 2011146261A RU 2503751 C2 RU2503751 C2 RU 2503751C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- iron
- electroplating
- coatings
- flowing electrolyte
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей машин и механизмов путем нанесения на их поверхность гальванических железных покрытий в проточном электролите.The invention relates to the restoration of worn parts of machines and mechanisms by depositing galvanic iron coatings on their surface in a flowing electrolyte.
Известен способ нанесения гальванических железных покрытий на поверхность изношенных деталей в проточном электролите с целью восстановления их геометрических размеров и упрочнения поверхности [1]. При этом восстанавливаемая деталь и растворимый анод помещаются в специальную электролитическую ячейку, через которую прокачивается электролит.A known method of applying galvanic iron coatings on the surface of worn parts in a flowing electrolyte in order to restore their geometric dimensions and hardening the surface [1]. In this case, the restored part and the soluble anode are placed in a special electrolytic cell through which the electrolyte is pumped.
Недостатками такого способа нанесения гальванических покрытий являются ненадежность процесса финишной электрохимической обработки поверхности детали перед нанесением покрытия, поскольку анодная обработка проводится в специальном или рабочем электролите. Скорость осаждения покрытий железа мала из-за необходимости поддержания невысокой катодной плотности тока в связи с быстрым обеднением прикатодного слоя электролита катионами и образования пленок гидрооксидов на восстанавливаемой поверхности.The disadvantages of this method of applying electroplating are the unreliability of the process of finishing electrochemical surface treatment of the part before coating, since the anode treatment is carried out in a special or working electrolyte. The deposition rate of iron coatings is low due to the need to maintain a low cathodic current density due to the rapid depletion of the cathode layer of the electrolyte by cations and the formation of hydroxide films on the restored surface.
Наиболее близким к предлагаемому способу нанесения гальванических покрытий является способ железнения в проточном электролите, в состав которого дополнительно включены твердые дисперсные частицы размером 1-10 мкм с целью повышения твердости и износостойкости покрытий [2]. В процессе электролиза частицы такого размера включаются в состав покрытия.Closest to the proposed method for the deposition of galvanic coatings is the method of ironing in a flowing electrolyte, which additionally includes solid dispersed particles 1-10 microns in size to increase the hardness and wear resistance of the coatings [2]. During electrolysis, particles of this size are included in the coating composition.
Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:
- низкая скорость осаждения покрытия из-за невысокой предельно допустимой плотности катодного тока;- low deposition rate of the coating due to the low maximum permissible cathode current density;
- небольшая толщина гладких покрытий вследствие интенсивного протекания процесса образования дендритов при использовании электролита с дисперсными частицами;- a small thickness of smooth coatings due to the intensive occurrence of the dendrite formation process when using an electrolyte with dispersed particles;
- уменьшение выхода по току железа.- decrease in current efficiency of iron.
Задача изобретения - обеспечение активации поверхности за счет ее механической обработки в процессе электролиза и повышение производительности процесса за счет перемешивания растворов в приэлектродном слое и повышения предельной плотности тока.The objective of the invention is to ensure the activation of the surface due to its mechanical processing during electrolysis and to increase the productivity of the process by mixing solutions in the near-electrode layer and increasing the limiting current density.
Технический результат - повышение скорости осаждения и увеличение максимальной толщины гладких покрытий.The technical result is an increase in the deposition rate and an increase in the maximum thickness of smooth coatings.
Технический результат достигается тем, что при нанесении гальванических покрытий в проточном электролите, включающем помещение восстанавливаемой детали и растворимого анода в электролитическую ячейку, подключение их к источнику тока, прокачку через электролитическую ячейку электролита железнения, содержащего соли двухвалентного железа, соляную кислоту, а также твердые дисперсные частицы, отличающийся тем, что в состав электролита дополнительно вводятся крупные твердые дисперсные частицы размером 100-300 мкм, при этом электролиз ведется при плотности катодного тока более 1 кА/дм2 и скорости гетерофазного потока 9-11 м/с.The technical result is achieved by the fact that when applying galvanic coatings in a flowing electrolyte, including placing the restored part and a soluble anode in an electrolytic cell, connecting them to a current source, pumping ironization electrolyte containing ferrous salts, hydrochloric acid, and disperse solid through the electrolytic cell particles, characterized in that the composition of the electrolyte is additionally introduced large solid dispersed particles with a size of 100-300 microns, while the electrolysis leads I at a cathodic current density of 1 kA / dm 2 and a flow rate heterophasic 9-11 m / s.
Исследования по интенсификации железнения показали, что можно получать качественные железные осадки толщиной 0,06…1,3 мм с выходом по току железа 65…95%. Математические модели влияния параметров электролиза на предельную толщину (Sn) и выход по току (Вт) после проверки их адекватности и отбрасывания незначимых коэффициентов имели вид:Studies on the intensification of ironation showed that it is possible to obtain high-quality iron deposits with a thickness of 0.06 ... 1.3 mm with an iron current output of 65 ... 95%. Mathematical models of the influence of electrolysis parameters on the limiting thickness (S n ) and current efficiency (W) after checking their adequacy and discarding insignificant coefficients were:
Их анализ показал, что интенсификация активирования при увеличении скорости течения ЭС и содержания в нем абразивных частиц способствует повышению предельной толщины покрытия и расширению диапазона плотности тока, при котором получаются толстые качественные осадки. Вместе с тем, абразивное воздействие гетерофазных потоков приводило к съему частиц металла и некоторому уменьшению Вт. Второй причиной уменьшения Вт может быть облегчение сопутствующей электроосаждению железа реакции выделения водорода. Подтверждением этому является отсутствие площадок «предельного» тока реакции на кривых φcp - iк (рис.1).Their analysis showed that the intensification of activation with an increase in the ES flow rate and the content of abrasive particles in it contributes to an increase in the limiting thickness of the coating and to an extension of the current density range at which thick qualitative precipitation is obtained. At the same time, the abrasive effect of heterophase flows led to the removal of metal particles and a slight decrease in W. A second reason for the decrease in W may be the facilitation of the concomitant hydrogen evolution reaction accompanying the electrodeposition of iron. This is confirmed by the absence of sites of the “limiting” reaction current on the curves φ cp - i к (Fig. 1).
Рис.1. Потенциодинамические поляризационные кривые железа при гидроабразивной активации катода при скоростях потока, м/с: 1 - 6; 2 - 4; 3 - 2 и концентрации электрокорунда, кг/м3: 1,23 - №100; 4 - поляризационная кривая железа в стационарной ванне.Fig. 1. Potentiodynamic polarization curves of iron during hydroabrasive activation of the cathode at flow rates, m / s: 1 - 6; 2 to 4; 3 - 2 and concentration of electrocorundum, kg / m 3 : 1.23 - No. 100; 4 - polarization curve of iron in a stationary bath.
Поскольку поверхность отклика параметров Вт и Sn относятся к типу возрастающего возвышения "гребня" с центром, находящимся далеко от центра эксперимента, с целью упрощения ее анализа были построены кривые равного значения откликов, полученные пересечением поверхностей второго порядка плоскостями Xi=const. Они показали, что в области наибольших величин независимых переменных (скорость потока, содержание дисперсной фазы (ДФ) в ЭС) могут быть получены качественные железные покрытия толщиной 0,3…1,1 мм при плотностях тока 0,95…1,35 кА/дм2. Скорость роста осадков может быть, таким образом, повышена в 10…15 раз и составляет 25…60 мкм/мин.Since the response surface of the parameters W and Sn are of the type of increasing elevation of the ridge with a center far from the center of the experiment, in order to simplify its analysis, curves of equal value of the responses obtained by the intersection of the second-order surfaces by the planes Xi = const were constructed. They showed that in the region of the largest values of independent variables (flow rate, content of the dispersed phase (DF) in the ES), high-quality iron coatings with a thickness of 0.3 ... 1.1 mm can be obtained at current densities of 0.95 ... 1.35 kA / dm 2 . The growth rate of precipitation can thus be increased 10 ... 15 times and amounts to 25 ... 60 microns / min.
Интенсификация гидромеханического активирования поверхности катода приводила к снижению шероховатости осадков. Наименьшая, полученная в опытах шероховатость электролитического железа составляла Rz=20 мкм (при V=9…11 м/с). Равномерность распределения покрытия по поверхности катода также значительно возрастала (до ΔS=0,04 мм на 100 мм длины). Снижение шероховатости покрытий и повышение их равномерности обусловлено выравниванием электрохимической активности различных зон катода (под воздействием частиц), обрабатываемого частицами, непрерывного уноса с его поверхности водородных пузырьков, адсорбированных чужеродных частиц. Это обстоятельство позволяет значительно снизить припуск на финишную обработку покрытий, уменьшить время и расходы на наращивание деталей.The intensification of hydromechanical activation of the cathode surface led to a decrease in the roughness of the precipitation. The smallest roughness of electrolytic iron obtained in the experiments was R z = 20 μm (at V = 9 ... 11 m / s). The uniformity of the coating distribution over the cathode surface also increased significantly (up to ΔS = 0.04 mm per 100 mm of length). The decrease in the roughness of the coatings and the increase in their uniformity are due to the equalization of the electrochemical activity of various zones of the cathode (under the influence of particles) treated by particles, the continuous entrainment of hydrogen bubbles, adsorbed foreign particles from its surface. This circumstance can significantly reduce the allowance for the finishing treatment of coatings, reduce the time and cost of building parts.
Варьируя параметры процесса, можно изменять микротвердость осадков в пределах 4,5…7,0 ГПа. Уравнение регрессии, адекватно описывающее зависимость Нµ (ГПа) от скорости потока Х\ содержания ДФ Х2 и плотности тока Х3, после отбрасывания незначимых коэффициентов имело вид:Varying the process parameters, it is possible to change the microhardness of precipitation within 4.5 ... 7.0 GPa. The regression equation adequately describing the dependence of N µ (GPa) on the flow rate X \ of the DF content X 2 and current density X 3 after discarding insignificant coefficients was:
Следует отметить, что в центре опыта при V=6 м/с, а=100 кг/м3 и iк=30,0 кА/м микротвердость покрытий составляла Нµ=5,83 ГПа, что практически совпадает с величиной Нµ, полученной из этого электролита при iк=2,0 кА/м2 и стационарном электролизе, Уравнение (3.3) в канонической форме: Нµ - 6,04=0,924X1 2-0,152X2 2-0.246X3 2, показывает, что поверхность отклика относится к типу минимакса и имеет центр, расположенный в области эксперимента. В области ядра плана микротвердость увеличивается за счет активирования поверхности катода (увеличение X1 и Х2) и уменьшается с ростом плотности тока. Характер закономерностей, выявляемый с помощью кривых равной микротвердости, построение при пересечении поверхности отклика плоскостями X1; X2; X3=const, объясняется повышением прочности осадка вследствие уменьшения включений посторонних частиц (газов, воды, основных и гидроокисных соединений, шлама и т.д.) и воздействием абразивных частиц на растущие кристаллы, приводящим к их наклепу.It should be noted that in the center of the experiment at V = 6 m / s, a = 100 kg / m 3 and i k = 30.0 kA / m, the microhardness of the coatings was N µ = 5.83 GPa, which practically coincides with the value of N µ obtained from this electrolyte at i k = 2.0 kA / m 2 and stationary electrolysis, Equation (3.3) in canonical form: N µ - 6.04 = 0.924X 1 2 -0.152X 2 2 -0.246X 3 2 , shows that the response surface is of the minimax type and has a center located in the experimental area. In the area of the core of the plan, the microhardness increases due to the activation of the cathode surface (an increase in X 1 and X 2 ) and decreases with increasing current density. The nature of the patterns revealed using equal microhardness curves, construction at the intersection of the response surface by the planes X 1 ; X 2 ; X 3 = const, is explained by an increase in the strength of the precipitate due to a decrease in inclusions of foreign particles (gases, water, basic and hydroxide compounds, sludge, etc.) and the effect of abrasive particles on growing crystals, leading to their hardening.
Осадки, полученные при активном гидромеханическом воздействии, отличаются отсутствием слоистости и упорядоченной волокнистой структурой, напоминающей молочный хром. Субмикротрещины в осадках направлены нормально поверхности подложки. Проверка их прочности сцепления с чугуном СЧ 21, анодно обработанным в 30% растворе серной кислоты при 0,01…0,2 кА/м2 в течение 12 с, показала, что сдвиг и разрушение покрытий происходили при напряжениях 150…200 МПа. Эта величина порядка прочности основы.Precipitation obtained by active hydromechanical action is characterized by the absence of layering and an ordered fibrous structure resembling milk chrome. Submicrocracks in sediments are directed normally to the surface of the substrate. Checking their adhesion strength to SCh 21 cast iron, anodically treated in a 30% sulfuric acid solution at 0.01 ... 0.2 kA / m 2 for 12 s, showed that shear and fracture of the coatings occurred at stresses of 150 ... 200 MPa. This value is of the order of strength of the base.
Поскольку условия гидромеханического активирования способствуют очистке поверхности от чужеродных частиц, была проверена возможность анодной подготовки чугуна непосредственно в электролите железнения. Исследования показали, что при варьировании плотности анодного тока в пределах Х2=1,0…19 кА/м и времени обработки в диапазоне 20…120 с, величина прочности сцепления электролитического железа с чугуном изменяется в пределах 8,3…86,4 МПа.Since the conditions of hydromechanical activation contribute to cleaning the surface of foreign particles, the possibility of anodic preparation of cast iron directly in the iron electrolyte was tested. Studies have shown that when varying the density of the anode current within X 2 = 1.0 ... 19 kA / m and the processing time in the range of 20 ... 120 s, the adhesion strength of electrolytic iron with cast iron varies within 8.3 ... 86.4 MPa .
Уравнение регрессии, адекватно описывающее связь функции отклика (τсц, МПа) с независимыми переменными, было: (τсц=74,8-20,3Х1-5,3Х2-13X1X2-16X2 2-12,6X1 2). В канонической форме модель представляет поверхность эллиптического параболоида с максимумом в области эксперимента. Опробованный способ подготовки обеспечивает достаточно хорошую сцепляемость осадков с основой и при дальнейшем его усовершенствовании может быть рекомендован для широкого применения в производстве, так как значительно упрощает технологию за счет уменьшения подготовительных операций и сокращения оборудования, повышает его экономичность и экологическую безопасность. Таким образом, установлена возможность получения качественных осадков хрома и железа при плотностях тока в 7…15 раз, превышающих традиционные. Покрытия, полученные из скоростных гетерофазных потоков, обладает достаточно высокими физико-механическими свойствами.The regression equation adequately describing the relationship of the response function (τ sc , MPa) with independent variables was: (τ sc = 74.8-20.3X 1 -5.3X 2 -13X 1 X 2 -16X 2 2 -12.6X 1 2 ). In canonical form, the model represents the surface of an elliptical paraboloid with a maximum in the experimental area. The tested preparation method provides a fairly good adhesion of precipitation to the base and with further improvement it can be recommended for widespread use in production, as it greatly simplifies the technology by reducing preparatory operations and equipment, increasing its efficiency and environmental safety. Thus, the possibility of obtaining high-quality precipitation of chromium and iron at current densities of 7 ... 15 times higher than traditional. Coatings obtained from high-speed heterophase flows have sufficiently high physical and mechanical properties.
Некоторые результаты экспериментальных исследований можно объяснить с точки зрения электрохимической теории кристаллизации. Согласно А.Т. Ваграмяну, одной из стадий, лимитирующих скорость электрохимических реакций на катоде, является адсорбция поверхностью чужеродных частиц, находящихся в электролите, и промежуточных продуктов электрохимических реакций. Применение скоростных гетерофазных потоков способствует активированию поверхности катода и снятию адсорбционных ограничений, Большие скорости потока вызывают турбули-зацию пограничных слоев, срыв и унос в объем электролита обедненных приэлектродных слоев и побочных продуктов электрохимических реакций. Интенсификация обмена электролита позволяет расширить диапазон плотностей тока, при которых получаются качественные железные осадки значительной толщины.Some results of experimental studies can be explained in terms of the electrochemical theory of crystallization. According to A.T. Vahramyanu, one of the stages that limit the rate of electrochemical reactions at the cathode, is the surface adsorption of foreign particles in the electrolyte, and intermediate products of electrochemical reactions. The use of high-speed heterophase flows promotes the activation of the cathode surface and the removal of adsorption restrictions. Large flow velocities cause turbulence of the boundary layers, disruption and entrainment of depleted electrode layers and by-products of electrochemical reactions into the electrolyte volume. The intensification of electrolyte exchange allows us to expand the range of current densities at which high-quality iron deposits of considerable thickness are obtained.
Источники информацииInformation sources
1. Сайфулин Р.С. Неорганические композиционные материалы. М.: Химия, 1983.1. Sayfulin R.S. Inorganic composite materials. M .: Chemistry, 1983.
2. Гурьянов Г.В. Электроосаждение износостойких композиций. Кишинев: Штиинца, 1986.2. Guryanov G.V. Electrodeposition of wear resistant compositions. Chisinau: Stiince, 1986.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011146261/02A RU2503751C2 (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Method of iron coat electroplating in flowing electrolyte with coarse disperse particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011146261/02A RU2503751C2 (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Method of iron coat electroplating in flowing electrolyte with coarse disperse particles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011146261A RU2011146261A (en) | 2013-05-20 |
| RU2503751C2 true RU2503751C2 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=48788926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011146261/02A RU2503751C2 (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Method of iron coat electroplating in flowing electrolyte with coarse disperse particles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2503751C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690773C1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-06-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный инженерно-технологический университет" | Method of applying smooth galvanic iron coatings in a flow electrolyte with coarse dispersed particles |
| RU2781400C1 (en) * | 2021-06-11 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный аграрный университет" | Method for galvanic restoration of a worn steel part in a flow electrolyte with disperse particles |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2119557C1 (en) * | 1997-01-24 | 1998-09-27 | Палевич Александр Федорович | Method of restoring and strengthening parts |
| US20070051634A1 (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Electrodepositable coating compositions and related methods |
| RU2416679C2 (en) * | 2009-04-13 | 2011-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Method of forming wear resistant galvanic metal coatings |
-
2011
- 2011-11-14 RU RU2011146261/02A patent/RU2503751C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2119557C1 (en) * | 1997-01-24 | 1998-09-27 | Палевич Александр Федорович | Method of restoring and strengthening parts |
| US20070051634A1 (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Electrodepositable coating compositions and related methods |
| RU2416679C2 (en) * | 2009-04-13 | 2011-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Method of forming wear resistant galvanic metal coatings |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Гурьянов Г.В. Электроосаждение износостойких композиций. - Кишинев.: Штиинца, 1986, с.206. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690773C1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-06-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный инженерно-технологический университет" | Method of applying smooth galvanic iron coatings in a flow electrolyte with coarse dispersed particles |
| RU2781400C1 (en) * | 2021-06-11 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный аграрный университет" | Method for galvanic restoration of a worn steel part in a flow electrolyte with disperse particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011146261A (en) | 2013-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11905613B2 (en) | Electroplating bath containing trivalent chromium and process for depositing chromium | |
| JP6196285B2 (en) | Materials and processes of electrochemical deposition of nano-laminated brass alloys | |
| Sadiku-Agboola et al. | Influence of operation parameters on metal deposition in bright nickel-plating process | |
| US20100075174A1 (en) | Method for deposition of chromium layers as hard-chrome plating, electroplating bath and hard-chrome surfaces | |
| Khani et al. | Hard chromium composite electroplating on high-strength stainless steel from a Cr (III)-ionic liquid solution | |
| CN103510130B (en) | Trivalent hard chromium electro-plating method | |
| US8110087B2 (en) | Production of a structured hard chromium layer and production of a coating | |
| CN110453261B (en) | Material surface modification method and device based on electrochemistry | |
| RU2503751C2 (en) | Method of iron coat electroplating in flowing electrolyte with coarse disperse particles | |
| JP4431297B2 (en) | Method for applying a metal layer to a light metal surface | |
| JP2007308801A (en) | Nickel/cobalt/phosphorus electroplating composition and its application | |
| CN103806033A (en) | Method of electroplating metal layer on surface of zinc pressure casting | |
| RU2437967C1 (en) | Procedure for sedimentation of composite coating nickel-vanadium-phosphorus-boron nitride | |
| JP2012506496A (en) | Method for galvanic electrodeposition of hard chrome layers | |
| CN102324276A (en) | Production process of copper coated aluminum-magnesium bimetallic conductor | |
| RU2489527C2 (en) | Electrolyte composition of antifriction electrolytic zinc-iron alloy for deposition in hydromechanical activation conditions | |
| CN110144609A (en) | A kind of electroplating processing method of repeatedly heavy zinc | |
| RU2765839C1 (en) | Corrosion-resistant electrode for electrochemical production of hydrogen and method for its production | |
| RU2690773C1 (en) | Method of applying smooth galvanic iron coatings in a flow electrolyte with coarse dispersed particles | |
| RU2645822C2 (en) | Method of titanium plating | |
| JP4672309B2 (en) | Alkaline zinc plating method on cast iron | |
| US20240060203A1 (en) | Stabilization of the Deposition Rate of Platinum Electrolytes | |
| JP2005206904A (en) | METHOD OF PRODUCING Ni-W ALLOY FILM | |
| Novac et al. | STRUCTURE AND MICROHARDNESS OF THE ELECTRO-DEPOSITED COPPER--GRAPHITE COMPOSITE LAYERS. | |
| RU2618679C1 (en) | Method of obtaining composite electrochemical coating on steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131222 |