Предлагаемое изобретение относится к области электрохимического нанесения металлических покрытий и может быть использовано для создания композиционных гальванических покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства.The present invention relates to the field of electrochemical deposition of metal coatings and can be used to create composite galvanic coatings in conditions of mass, serial and single production.
Для нанесения композиционных гальванических покрытий используют композиции из электролитов и дисперсных частиц как чистых металлов, так и частиц оксидов, нитридов, сульфидов и т.д. Состав и свойства покрытия зависят от свойств матрицы и свойств частиц в покрытии, коэффициента диффузии, концентрации частиц в ванне, плотности тока, кислотности и температуры электролита.For applying composite galvanic coatings, compositions of electrolytes and dispersed particles of both pure metals and particles of oxides, nitrides, sulfides, etc. are used. The composition and properties of the coating depend on the properties of the matrix and the properties of the particles in the coating, the diffusion coefficient, the concentration of particles in the bath, current density, acidity and temperature of the electrolyte.
Известно [1], что частицы менее 2 мкм находятся в электролите в виде суспензии и попадают в покрытия в основном по механизму конвективной диффузии, а частицы больших размеров требуют принудительной транспортировки к катоду. Существующие способы транспортировки частиц к катоду подробно изложены в [1].It is known [1] that particles less than 2 microns are in suspension in the electrolyte and enter the coatings mainly by the convective diffusion mechanism, while large particles require forced transportation to the cathode. Existing methods for transporting particles to the cathode are described in detail in [1].
В технологических схемах с использованием акустических колебаний для транспортировки частиц поддержание суспензии достигается пропусканием через электролит звуковых волн от источника колебаний к катоду. При этом одними из основных факторов, влияющих на процесс образования композиционного покрытия, являются плотность и форма тока. Контакт частицы с катодом - необходимое, но недостаточное условие образования композиционного покрытия.In technological schemes using acoustic vibrations for transporting particles, the suspension is maintained by passing sound waves through the electrolyte from the oscillation source to the cathode. In this case, one of the main factors affecting the process of formation of a composite coating is the density and shape of the current. The contact of the particle with the cathode is a necessary but insufficient condition for the formation of a composite coating.
Недостатками таких схем нанесения композиционных покрытий является то, что использование промышленных источников тока с различными формами выпрямленного тока не позволяет обеспечить высокую долю дисперсных частиц в покрытии; указанный способ обладает низкой прогнозируемостью результатов.The disadvantages of such schemes for applying composite coatings is that the use of industrial current sources with various forms of rectified current does not allow for a high proportion of dispersed particles in the coating; this method has low predictability of results.
Наиболее часто композиционные гальванические покрытия осаждают из электролитов-суспензий, полученных следующим образом: в приготовленный электролит небольшими порциями вводят порошок, тщательно перемешивают. Результаты теоретических и практических изысканий [2] показывают, что для значительного улучшения физико-механических свойств композиционных покрытий необходимы порошки с размером частиц 0,01-...0,4 мкм.Most often, composite galvanic coatings are precipitated from suspension electrolytes obtained as follows: powder is introduced into the prepared electrolyte in small portions, mixed thoroughly. The results of theoretical and practical studies [2] show that in order to significantly improve the physicomechanical properties of composite coatings, powders with a particle size of 0.01 -... 0.4 μm are needed.
Недостатки способа:The disadvantages of the method:
1. В связи с получением и использованием ультрадисперсных порошков серьезной проблемой является их агрегативная устойчивость, так как склонность порошков к слипанию обусловлена действием ван-дер-ваальсовых сил.1. In connection with the production and use of ultrafine powders, a serious problem is their aggregate stability, since the tendency of the powders to stick together is due to the action of van der Waals forces.
2. Для приготовления суспензий порошки измельчают либо непосредственно в приготовленном электролите, либо диспергируют в воде или спиртовых растворах с введением различных добавок, изменяющих поверхностные свойства частиц и повышающих их смачиваемость, что приводит к загрязнению электролита.2. For the preparation of suspensions, the powders are crushed either directly in the prepared electrolyte, or dispersed in water or alcohol solutions with the introduction of various additives that change the surface properties of the particles and increase their wettability, which leads to contamination of the electrolyte.
Задача предлагаемого изобретения - оптимизация процесса приготовления суспензии, обеспечение необходимого гранулометрического состава частиц порошка, оптимизация процесса нанесения электрохимических покрытий.The objective of the invention is the optimization of the suspension preparation process, the provision of the necessary particle size distribution of powder particles, the optimization of the process of applying electrochemical coatings.
Поставленная задача решается тем, что частицы порошка получают непосредственно в гальванической ванне электроэрозионным диспергированием, совмещая процессы получения порошка и электроосаждения основного металла.The problem is solved in that powder particles are obtained directly in a plating bath by electroerosive dispersion, combining the processes of obtaining powder and electrodeposition of the base metal.
На чертеже представлена технологическая схема нанесения композиционных электрохимических покрытий.The drawing shows a flow diagram of the application of composite electrochemical coatings.
Установка для нанесения композиционных гальванических покрытий состоит из ванны 1, в которую помещены реактор 2, анод 3 и катод 4. В реакторе между электродами 5 находятся гранулы 6 - куски металла или сплава произвольной формы и размеров. Межэлектродный промежуток заполняется электролитом 7 так, чтобы слой гранул 6 был погружен в жидкость. На электроды 5, изготовленные из диспергируемого материала, от источника питания искровыми разрядами 8 подается импульсный разряд. Импульсный разряд между электродами 5 вызывает в слое гранул 6, погруженных в электролит 7, искрение во всех местах контакта.The installation for applying composite galvanic coatings consists of a bath 1, in which a reactor 2, an anode 3 and a cathode 4 are placed. In the reactor between the electrodes 5 there are granules 6 - pieces of metal or alloy of arbitrary shape and size. The interelectrode gap is filled with electrolyte 7 so that the layer of granules 6 is immersed in a liquid. On the electrodes 5 made of a dispersible material, a pulse discharge is supplied from the power source by spark discharges 8. A pulsed discharge between the electrodes 5 causes in the layer of granules 6 immersed in the electrolyte 7 sparking at all points of contact.
В местах контакта гранул 6 возникают оплавления и отрыв частиц металла или сплава от поверхности гранул. Мгновенно после выброса частица металла охлаждается электролитом 6. При электроэрозионном диспергировании вещества возникают частицы преимущественно сферической формы.In the places of contact of the granules 6 there are melting and separation of particles of metal or alloy from the surface of the granules. Immediately after the ejection, the metal particle is cooled by electrolyte 6. Particles of a predominantly spherical shape occur during electroerosive dispersion of the substance.
После начала работы источника питания искровыми разрядами и накопления некоторого количества порошка начинается процесс осаждения композиционного гальванического покрытия. Процесс электроосаждения сопровождается непрерывным повышением концентрации дисперсных частиц в электролите.After the start of the operation of the power source by spark discharges and the accumulation of a certain amount of powder, the process of deposition of the composite galvanic coating begins. The process of electrodeposition is accompanied by a continuous increase in the concentration of dispersed particles in the electrolyte.
Пример.Example.
Композиционные гальванические покрытия наносили в электролите для хромирования состава: CrO3 - 120 г/л, H2SO4 - 1,8 г/л, при плотности тока - 150 А/дм2 на пластины из стали 40. Материал анодов - свинцовосурьмянистый сплав. Температура ванны поддерживалась 68±1°С. По схеме (чертеж) устанавливался реактор. В реакторе находились отходы твердого сплава ВК8 со средним размером 5×5×10 мм, электроды из диспергируемого материала. Днище реактора было закрыто мелкоячеистой сеткой для того, чтобы продукты эрозии могли свободно под действием силы тяжести и электрических разрядов просыпаться сквозь днище реактора. Диспергирование твердого сплава производилось при U=100 В, I=1 А, с помощью экспериментального источника импульсного питания ИЭДАН УССР при частоте следования импульсов 80 Гц. После начала диспергирования наносилось гальваническое покрытие. В процессе нанесения покрытия происходило конвективное перемешивание электролита за счет нагрева электролита, а также за счет импульсных электрических разрядов между гранулами твердого сплава в зоне выброса частиц порошка.Composite galvanic coatings were applied in an electrolyte for chromium plating of the composition: CrO3 - 120 g / l, H2 SO4 - 1.8 g / l, at a current density of 150 A / dm2 on 40 steel plates. Anode material - lead-antimony alloy . The bath temperature was maintained at 68 ± 1 ° C. According to the scheme (drawing) a reactor was installed. In the reactor there were VK8 solid alloy wastes with an average size of 5 × 5 × 10 mm, and electrodes made of dispersible material. The bottom of the reactor was covered with a fine mesh so that erosion products could freely wake up through the bottom of the reactor under the action of gravity and electrical discharges. The solid alloy was dispersed at U = 100 V, I = 1 A, using an experimental switching power supply IEDAN of the Ukrainian SSR at a pulse repetition rate of 80 Hz. After the dispersion began, a plating was applied. During the coating process, convective mixing of the electrolyte occurred due to heating of the electrolyte, as well as due to pulsed electrical discharges between the granules of the hard alloy in the zone of ejection of powder particles.
На полученном слое измерялась микротвердость. Результаты приведены в таблице 1.The microhardness was measured on the obtained layer. The results are shown in table 1.
Предлагаемый способ с использованием процесса электроискрового диспергирования позволяет получать частицы различной дисперсности и различного диапазона размеров частиц изменением энергии разрядного импульса, поданного на электроды диспегатора. Акустические колебания, сопутствующие процессу электрической эрозии, поддерживают частицы в состоянии суспензии. Наложение высокочастотных электрических колебаний, генерируемых на электродах источника питания искровыми разрядами, на форму основного тока гальванической установки приводит к значительному увеличению скорости роста покрытия и повышению концентрации дисперсных частиц в покрытии. Измельчение гранул диспергируемого материала не приводит к загрязнению гальванической ванны.The proposed method using the process of electrospark dispersion allows to obtain particles of different dispersion and a different range of particle sizes by changing the energy of the discharge pulse supplied to the electrodes of the dispersant. Acoustic vibrations accompanying the process of electrical erosion keep particles in suspension. The application of high-frequency electrical oscillations generated on the electrodes of the power source by spark discharges on the shape of the main current of the galvanic installation leads to a significant increase in the growth rate of the coating and an increase in the concentration of dispersed particles in the coating. Grinding granules of dispersible material does not lead to contamination of the plating bath.
Источники информацииInformation sources
1. И.Н.Бородин. Порошковая гальванотехника. М.: Машиностроение, 1990. - 240 с.1. I.N. Borodin. Powder electroplating. M .: Mechanical Engineering, 1990 .-- 240 p.
2. Гальванотехника: справочник. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галь И.Н. и др. М.: Металлургия, 1987. - 736 с.2. Electroplating: a guide. Azhogin F.F., Belenky M.A., Gal I.N. et al. M.: Metallurgy, 1987 .-- 736 p.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004126890/02ARU2280718C2 (en) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Method for applying composition electroplated coatings with use of powders prepared by electric erosion dispersing |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004126890/02ARU2280718C2 (en) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Method for applying composition electroplated coatings with use of powders prepared by electric erosion dispersing |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004126890A RU2004126890A (en) | 2006-02-20 |
| RU2280718C2true RU2280718C2 (en) | 2006-07-27 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004126890/02ARU2280718C2 (en) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Method for applying composition electroplated coatings with use of powders prepared by electric erosion dispersing |
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2280718C2 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2433888C1 (en)* | 2010-05-21 | 2011-11-20 | Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН) | Method to synthesise nanoparticles of tungsten carbide |
| RU2455117C2 (en)* | 2009-10-21 | 2012-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method of producing tungsten carbide-based nanopowder |
| RU2612119C2 (en)* | 2015-07-27 | 2017-03-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method of producing copper galvanic coatings modified with nanoparticles of electro-erosion copper |
| RU2807788C1 (en)* | 2023-03-21 | 2023-11-21 | Владимир Никандрович Кокарев | Method for producing composite self-lubricating ceramic coating on parts made of valve metals and their alloys |
| WO2024196279A1 (en)* | 2023-03-21 | 2024-09-26 | Владимир Никандрович Кокарев | Method for producing a composite self-lubricating ceramic coating |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6033547A (en)* | 1996-11-26 | 2000-03-07 | The Trustees Of Princeton University | Apparatus for electrohydrodynamically assembling patterned colloidal structures |
| RU2202007C1 (en)* | 2001-09-14 | 2003-04-10 | Шилов Николай Иванович | Method of electrochemical deposition of composite coats based on chromium |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6033547A (en)* | 1996-11-26 | 2000-03-07 | The Trustees Of Princeton University | Apparatus for electrohydrodynamically assembling patterned colloidal structures |
| RU2202007C1 (en)* | 2001-09-14 | 2003-04-10 | Шилов Николай Иванович | Method of electrochemical deposition of composite coats based on chromium |
| Title |
|---|
| ГАЛЬВАНОТЕХНИКА. Справочник под ред. Гинберга A.M. и др., М., Металлургия, 1987, с.320-324.* |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455117C2 (en)* | 2009-10-21 | 2012-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method of producing tungsten carbide-based nanopowder |
| RU2433888C1 (en)* | 2010-05-21 | 2011-11-20 | Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН) | Method to synthesise nanoparticles of tungsten carbide |
| RU2612119C2 (en)* | 2015-07-27 | 2017-03-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method of producing copper galvanic coatings modified with nanoparticles of electro-erosion copper |
| RU2807788C1 (en)* | 2023-03-21 | 2023-11-21 | Владимир Никандрович Кокарев | Method for producing composite self-lubricating ceramic coating on parts made of valve metals and their alloys |
| WO2024196279A1 (en)* | 2023-03-21 | 2024-09-26 | Владимир Никандрович Кокарев | Method for producing a composite self-lubricating ceramic coating |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004126890A (en) | 2006-02-20 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4214952A (en) | Electrochemical treatment process | |
| Kolli et al. | Effect of boron carbide powder mixed into dielectric fluid on electrical discharge machining of titanium alloy | |
| HUANG | Microstructure and properties of nanocrystalline nickel coatings prepared by pulse jet electrodeposition | |
| CN102146573A (en) | Method for preparing nano composite material by supercritical fluid electroforming | |
| Dai et al. | Study on Cu-Al2O3 metal-matrix composite coating prepared by Laser-assisted electrodeposition | |
| Cheng et al. | Improvement of selective laser melting substrate surface performance via combined processing of jet electrochemical machining and jet electrodeposition | |
| RU2280718C2 (en) | Method for applying composition electroplated coatings with use of powders prepared by electric erosion dispersing | |
| Kan et al. | Influence of particle size and surfactants on uniformity and quantity of silicon carbide particles in electrodeposited nickel-silicon carbide coatings | |
| Qu et al. | Fabrication of Ni-CeO2 nanocomposite coatings synthesised via a modified sediment co-deposition process | |
| CHENG et al. | Discharge channel structure revealed by plasma electrolytic oxidation of AZ31Mg alloy with magnetron sputtering Al layer and corrosion behaviors of treated alloy | |
| Fan et al. | Effect of thiourea on the properties of a Cu–Al2O3 coating prepared via jet electrodeposition | |
| Zhao et al. | Effect of pulse parameters on the microstructural evolution and properties of jet electrodeposited Cu–Al2O3 nanocomposite coating | |
| RU2278909C2 (en) | Method of production of the electrolyte for deposition of the composite electroplating with utilization of the dispersed powders | |
| Fan et al. | Influence of nano Al2O3 particles on morphology and microstructure of Cu-Al2O3 composite coating by jet electrodeposition | |
| RU2558327C2 (en) | Method of production of zinc based composite coatings | |
| Kushner et al. | Nanocomposite nickel plating under conditions of nonstationary electrolysis | |
| Patel et al. | Effect of aluminium powder concentration on powder mixed electric discharge machining (PMEDM) of inconel-718 | |
| RU2675611C1 (en) | Method of obtaining nano doubled copper film modified by graphen | |
| Yuqing et al. | Effect of process parameters on growth pattern of micro-nickel column in mask-less localized electrodeposition | |
| RU2424382C1 (en) | Electrolyte-suspension on base of iron for production of wear resistant coating on parts of machines including nano powder on base of tungsten carbide | |
| WO2021215962A1 (en) | Method for applying a coating to items made from valve metal and alloy thereof | |
| Stanković et al. | Surface quality of the Ni-TiO2 composite coatings produced by electroplating | |
| RU2820095C2 (en) | Method of producing lead-antimony alloy from powders obtained by electric erosion dispersion of ssu-3 alloy wastes in kerosene | |
| Amadeh et al. | Corrosion behavior of pulse electrodeposited nanostructure Ni–SiC composite coatings | |
| Wang et al. | Properties of Jet electrodeposition Nickel Coating on TC4 Alloy Prepared by Selective Laser Melting |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees | Effective date:20060907 |