[go: up one dir, main page]

RU2771409C1 - Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method - Google Patents

Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method Download PDF

Info

Publication number
RU2771409C1
RU2771409C1 RU2021128290A RU2021128290A RU2771409C1 RU 2771409 C1 RU2771409 C1 RU 2771409C1 RU 2021128290 A RU2021128290 A RU 2021128290A RU 2021128290 A RU2021128290 A RU 2021128290A RU 2771409 C1 RU2771409 C1 RU 2771409C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chromium
cathode
voltage
plasma
electrolyte
Prior art date
Application number
RU2021128290A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Дрожжин
Наиль Фаикович Кашапов
Рамиль Наилевич Кашапов
Ленар Наилевич Кашапов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет» (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет» (ФГАОУ ВО КФУ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет» (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority to RU2021128290A priority Critical patent/RU2771409C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2771409C1 publication Critical patent/RU2771409C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/04Electroplating: Baths therefor from solutions of chromium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

FIELD: electroplating.SUBSTANCE: invention relates to the field of electroplating and can be used in mechanical engineering, instrument making and other fields. The method consists in the fact that at the first stage, galvanic deposition of chromium is carried out, for which the cathode - product is placed in an electrolytic bath with chromium plating electrolyte, then an anode is placed parallel to the cathode, while a capacitive induction filter is connected to the electrical circuit, an electric current of 100-200 A/dm2and voltage 40-60 V, current treatment is carried out to form a chromium layer on the metal surface; at the second stage, exposure to plasma is carried out, for which, when the thickness of the chromium coating reaches 0.5 mcm at the first stage, the voltage of electrochemical deposition of chromium is increased to values ​​of 150-200 V, as a result of which a gas discharge burns in a vapor-air shell, covering the entire surface of the plate, after this, the discharge burning is quenched by reducing the voltage value until the plasma glow visually ceases with bringing the current density to 40 A/dm2, the first and second stages are repeated until the desired coating thickness is obtained. The device includes a bath with an electrolyte, a cathode - a product and an anode; the following are connected to the electrode system: a power supply system, an oscilloscope with the ability to control the shape of the supplied voltage and electric current, additional resistance, a voltmeter, an ammeter, a thermocouple, while the power system consists of a diode bridge, a laboratory autotransformer, and a capacitive induction filter, which is a high-voltage direct current source.EFFECT: obtaining a nanostructured chromium coating.6 cl, 6 ex, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к получению наноструктурированного хромового покрытия, может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других областях техники.The present invention relates to the production of a nanostructured chromium coating, which can be used in mechanical engineering, instrumentation and other fields of technology.

Далее в тексте заявителем приведены термины, которые необходимы для облегчения однозначного понимания сущности заявленных материалов и исключения противоречий и/или спорных трактовок при выполнении экспертизы по существу.Further in the text, the applicant gives the terms that are necessary to facilitate an unambiguous understanding of the essence of the claimed materials and to exclude contradictions and / or controversial interpretations when performing an examination on the merits.

Наноструктурированные покрытия - это термобарьерные, износостойкие, коррозионностойкие покрытия, предназначенные для восстановления и продления сроков работы оборудования нефтегазовой, авиационной, атомной, машиностроительной, металлургической, строительной и др. отраслей промышленности [https://neftegaz.ru/tech-library/tekhnologii/141456-nanostrukturirovannye-pokrytiya/]. Nanostructured coatings are thermal barrier, wear-resistant, corrosion-resistant coatings designed to restore and extend the life of equipment in the oil and gas, aviation, nuclear, machine-building, metallurgical, construction and other industries [https://neftegaz.ru/tech-library/technologii/ 141456-nanostrukturirovannye-pokrytiya/].

Емкостный индукционный фильтр - это устройство для уменьшения переменных составляющих (пульсаций) выпрямленного напряжения, состоящее из дросселя и из ёмкостных элементов - конденсаторов. Дроссель представляет собой обычную катушку, характеризующуюся определённой индуктивностью. Сглаживающее действие фильтра основано на возникновении в дросселе ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению выпрямленного тока. Сглаживающие фильтры включаются между выпрямителем и нагрузкой для уменьшения переменных составляющих (пульсаций) выпрямленного напряжения. A capacitive induction filter is a device for reducing the variable components (ripples) of the rectified voltage, consisting of a choke and capacitive elements - capacitors. The inductor is a conventional coil, characterized by a certain inductance. The smoothing effect of the filter is based on the occurrence of self-induction in the inductor EMF, which prevents a change in the rectified current. Smoothing filters are included between the rectifier and the load to reduce the variable components (ripples) of the rectified voltage.

Он обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения - постоянное напряжение, не снижаемое до нуля [https://www.electronicsblog.ru/].It provides an adjustable smoothed voltage waveform - a constant voltage that does not drop to zero [https://www.electronicsblog.ru/].

Сглаживающий фильтр - это устройство, предназначенное для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Принцип работы: во время действия полуволны напряжения происходит заряд реактивных элементов (конденсатора, дросселя) от источника - диодного выпрямителя, и их разряд на нагрузку во время отсутствия, либо малого по амплитуде напряжения [https://emkelektron.webnode.com/news/sglazhivajushchije-filtry/].A smoothing filter is a device designed to reduce the ripple of the rectified voltage. Principle of operation: during the action of a half-wave of voltage, the reactive elements (capacitor, inductor) are charged from a source - a diode rectifier, and they are discharged to the load during the absence or low voltage amplitude [https://emkelektron.webnode.com/news/ sglazhivajushchije-filtry/].

Сглаженная форма напряжения - постоянное напряжение, не снижаемое до нуля (Фиг.1, нижний график). The smoothed voltage waveform is a constant voltage that does not drop to zero (Figure 1, bottom graph).

Пульсирующая форма напряжения - переменное напряжение за счет пульсирующих токов, которые имеют неизменное направление, но меняют свое значение, могут быть различными. Иногда значение тока изменяется от наибольшего значения до наименьшего, не равного нулю. В других случаях ток уменьшается до нуля. Если цепь постоянного тока прерывается с некоторой частотой, то в течение некоторых промежутков времени ток в цепи отсутствует (Фиг. 1, верхний график) [http://electricalschool.info/]. Pulsating voltage form - alternating voltage due to pulsating currents that have a constant direction, but change their value, can be different. Sometimes the value of the current changes from the largest value to the smallest value that is not equal to zero. In other cases, the current decreases to zero. If the DC circuit is interrupted with a certain frequency, then for some periods of time there is no current in the circuit (Fig. 1, top graph) [http://electricalschool.info/].

Электрохимическое осаждение или гальваническое осаждение - это процесс покрытия металлов пленкой, получаемой в результате электролиза раствора, содержащего ионы необходимых примесей, например, хрома, никеля, меди и др. Аппаратура для проведения процесса состоит из анода и катода, погруженных в соответствующий электролит. Металл осаждается на катоде Electrochemical deposition or galvanic deposition is the process of coating metals with a film obtained as a result of electrolysis of a solution containing ions of necessary impurities, such as chromium, nickel, copper, etc. The equipment for carrying out the process consists of an anode and a cathode immersed in an appropriate electrolyte. The metal is deposited on the cathode

Figure 00000001
Figure 00000001

Хромирование - это процесс осаждения на поверхность детали слоя хрома из электролита под действием электрического тока в процессе электрохимического (гальванического) осаждения. Слой хрома может наноситься для декоративных целей, для обеспечения защиты от коррозии или для увеличения твердости поверхности [Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990]. Chrome plating is the process of depositing a layer of chromium from an electrolyte on the surface of a part under the influence of an electric current in the process of electrochemical (galvanic) deposition. A layer of chromium can be applied for decorative purposes, to provide protection against corrosion or to increase the hardness of the surface [Yu.M. Lakhtin, V.P. Leontiev. Materials Science. - M.: Mashinostroenie, 1990].

Хромовое покрытие - это покрытие, получаемое в процессе хромирования. Chrome plating is a coating obtained during the chromium plating process.

Плазма - это частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Чтобы система с заряженными частицами стала плазмой, им требуется расположиться на минимальном расстоянии друг от друга и взаимодействовать между собой. Из-за постоянного движения частиц плазма становится отличным проводником электрического тока. А используя магнитные поля, можно сконцентрировать ее в струю и контролировать дальнейшее движение [https://ru.wikipedia.org/wiki/Плазма]. Plasma is a partially or fully ionized gas formed from neutral atoms (or molecules) and charged particles (ions and electrons). In order for a system with charged particles to become a plasma , they need to be located at a minimum distance from each other and interact with each other. Due to the constant movement of particles, plasma becomes an excellent conductor of electric current. And using magnetic fields, you can concentrate it into a jet and control further movement [https://ru.wikipedia.org/wiki/Plasma].

Воздействие плазмой - это процесс низкотемпературной газовой (плазменной) обработки материалов под воздействием электрического разряда при температурах от 45 градусов Цельсия до 105 градусов Кельвина. Plasma exposure is a process of low-temperature gas (plasma) processing of materials under the influence of an electric discharge at temperatures from 45 degrees Celsius to 10 5 degrees Kelvin.

Газовый разряд - это все явления и процессы, связанные с протеканием электрического тока через газ. A gas discharge is all the phenomena and processes associated with the flow of electric current through a gas.

Хромирование стальных изделий - это технологическая операция на промышленных производствах. Хромовые покрытия обеспечивают изделиям красивый внешний вид и защиту материала от воздействия окружающей среды, в частности от коррозии, а также применяется при восстановлении изношенных деталей. Чаще всего хромирование проводят электрохимическим методом - металл осаждается в гальванических ваннах под действием электрического тока.Chrome plating of steel products is a technological operation in industrial production. Chrome coatings provide products with a beautiful appearance and protect the material from environmental influences, in particular from corrosion, and are also used to restore worn parts. Most often, chromium plating is carried out by the electrochemical method - the metal is deposited in galvanic baths under the influence of an electric current.

Толщина гальванического хромового покрытия устанавливается в зависимости от его назначения и условий эксплуатации. Толщина слоя, предназначенного для восстановления изношенных размеров, может достигать 500 мкм. Защитно-декоративные слои, нанесенные на детали из меди и сплавов на ее основе по толщине, составляют около 6,0 - 9,0 мкм, а на никелевом подслое - 0,5 - 1,5 мкм. Если необходимо повысить износостойкость штампов, пресс-форм и т.п., то толщина хромового слоя может колебаться пределах от 9 до 60 мкм.The thickness of the galvanic chrome coating is set depending on its purpose and operating conditions. The thickness of the layer designed to restore worn dimensions can reach 500 microns. The protective and decorative layers deposited on parts made of copper and alloys based on it are about 6.0 - 9.0 microns in thickness, and on a nickel sublayer - 0.5 - 1.5 microns. If it is necessary to increase the wear resistance of dies, molds, etc., then the thickness of the chromium layer can vary from 9 to 60 microns.

Гальванические хромовые покрытия используются [https://magnetline.ru/raznoe/chto-takoe-hromirovannoe-pokrytie.html]:Electroplated chromium coatings are used [https://magnetline.ru/raznoe/chto-takoe-hromirovannoe-pokrytie.html]:

- при изготовлении отражателей, зеркал, прожекторов и т.д., поскольку покрытие обладает высокими отражающими свойствами, которые уступают только алюминию и серебру, но эти свойства более стабильны в силу хорошей устойчивости хрома к окислению;- in the manufacture of reflectors, mirrors, spotlights, etc., since the coating has high reflective properties that are second only to aluminum and silver, but these properties are more stable due to the good resistance of chromium to oxidation;

- в защитно-декоративных целях, поскольку с подслоем никеля и меди хромовое покрытие отлично защищает от коррозии сталь и придает изделию привлекательный внешний вид. Так, защитно-декоративное гальваническое хромирование используют для формирования слоев на некоторых деталях автомобилей, приборах, мотоциклах, велосипедах и т.д.;- for protective and decorative purposes, since with a sublayer of nickel and copper, the chrome coating perfectly protects steel from corrosion and gives the product an attractive appearance. So, protective and decorative galvanic chromium plating is used to form layers on some parts of cars, appliances, motorcycles, bicycles, etc.;

- для восстановления размеров, например, путем наращивания хромового слоя на изношенной поверхности термообработанных валов и втулок, что позволяет продлить срок эксплуатации изделий и восстановить первоначальные размеры;- to restore dimensions, for example, by building up a chromium layer on the worn surface of heat-treated shafts and bushings, which makes it possible to extend the service life of products and restore their original dimensions;

- для увеличения износостойкости ответственных деталей.- to increase the wear resistance of critical parts.

Толщина хромового покрытия зависит от назначения изделий и может находиться в диапазоне от 5 до 350 мкм и более - до 500 мкм.The thickness of the chromium coating depends on the purpose of the products and can be in the range from 5 to 350 microns and more - up to 500 microns.

Так, твердое хромирование с наименьшим разбросом толщин требуется на штоках цилиндров, поршневых кольцах, гильзах и других цилиндрических поверхностях Thus, hard chrome plating with the smallest thickness variation is required on cylinder rods, piston rings, liners and other cylindrical surfaces.

Figure 00000002
Figure 00000002

Электрохимическое нанесение металлов обычно является наиболее применяемым способом как по материальным затратам, так и по качеству получаемых покрытий в сравнении, например, с погружением в расплавленный металл.Electrochemical deposition of metals is usually the most used method both in terms of material costs and the quality of the resulting coatings in comparison, for example, with immersion in molten metal.

Однако электрохимический (гальванический) способ не лишен недостатков. К ним можно отнести снижение механических характеристик изделия в процессе нанесения металла. Особенно сильно это затрагивает процесс хромирования, так как выход металла по току (ВТ) лежит в диапазоне от 8 до 13%, а остальная электрическая энергия затрачивается на выделение джоулева тепла (омические потери) и главным образом на выделение водорода.However, the electrochemical (galvanic) method is not without drawbacks. These include a decrease in the mechanical characteristics of the product in the process of metal deposition. This especially affects the chromium plating process, since the current efficiency of the metal (W) lies in the range from 8 to 13%, and the rest of the electrical energy is spent on the release of Joule heat (ohmic losses) and mainly on the release of hydrogen.

Кроме того, электрохимический способ хромирования не позволяет наносить покрытие с высокой степенью гладкости, за счет неравномерного распределения хрома. Сам процесс хромирования занимает продолжительное время, что снижает производительность труда и эффективность производства в целом. In addition, the electrochemical chromium plating method does not allow coating with a high degree of smoothness, due to the uneven distribution of chromium. The chromium plating process itself takes a long time, which reduces labor productivity and production efficiency in general.

На дату подачу заявки в мире актуален вопрос повышения степени гладкости поверхности хромирования и сокращение времени процесса хромирования.At the date of filing the application, the issue of increasing the degree of smoothness of the chromium plating surface and reducing the time of the chromium plating process is relevant in the world.

На поверхности хромовых покрытий (кроме «молочных») в процессе их нанесения формируются поры и трещины, которые значительно снижают их защитные свойства. Кроме того, хромированную деталь подвергают дополнительной анодной обработке в том же электролите, в котором наносилось покрытие. Это проводится с целью расширения пор в покрытии. В большие поры заходят и удерживаются смазочные материалы. При катодной плотности тока 40 - 60 А/дм2 и температуре 325 - 331 °К получается наиболее развитая сетка каналов и пор на поверхности хромированной детали. Анодная обработка проводится в течение 10 - 12 минут [https://magnetline.ru/raznoe/chto-takoe-hromirovannoe-pokrytie.html].On the surface of chromium coatings (except for "milk") in the process of their application, pores and cracks are formed, which significantly reduce their protective properties. In addition, the chrome-plated part is subjected to additional anodizing in the same electrolyte in which the coating was applied. This is done to expand the pores in the coating. Lubricants enter and retain large pores. At a cathode current density of 40 - 60 A / dm 2 and a temperature of 325 - 331 °K, the most developed network of channels and pores on the surface of the chrome-plated part is obtained. Anode treatment is carried out for 10 - 12 minutes [https://magnetline.ru/raznoe/chto-takoe-hromirovannoe-pokrytie.html].

Заявленный способ обеспечивает возможность повышения эффективности получения наноструктурированного хромового покрытия за счет сокращения времени самого процесса гальванического покрытия, так как осаждение состоит из двух основных процессов - электрохимического осаждения хрома и горения газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающую поверхность изделия, которые протекают попеременно. При этом заявленный способ позволяет обеспечить равномерное хромирование поверхности изделия, снижая возможность образования трещин, так как процесс плазменно-электрохимического хромирования происходит при непрерывном чередовании электрохимического воздействия на поверхность изделия, а затем - воздействия плазмы. Обеспечиваются колебания температуры в таких пределах, которые позволяют сохранять воздействие плазмы непрерывно, чередуясь с процессом электрохимического хромирования.The claimed method provides the possibility of increasing the efficiency of obtaining a nanostructured chromium coating by reducing the time of the electroplating process itself, since the deposition consists of two main processes - electrochemical deposition of chromium and combustion of a gas discharge in a vapor-air shell covering the surface of the product, which proceed alternately. At the same time, the claimed method makes it possible to ensure uniform chromium plating of the product surface, reducing the possibility of crack formation, since the process of plasma-electrochemical chromium plating occurs with continuous alternation of electrochemical action on the product surface, and then plasma exposure. Provided temperature fluctuations within such limits, which allow you to keep the impact of the plasma continuously, alternating with the process of electrochemical chromium plating.

Выявленные заявителем из исследованного уровня техники технические решения, представленные далее, не решают эти проблемы в полной мере.The technical solutions identified by the applicant from the studied prior art, presented below, do not fully solve these problems.

Известен способ электролитического хромирования в котором используется электролит по патенту RU № 2409707 «Электролит хромирования» [1], сущностью является электролит хромирования, содержащий хром сернокислый или хромокалиевые квасцы, натрий щавелевокислый, натрий сернокислый, натрий фтористый, алюминий сернокислый, отличающийся тем, что он дополнительно содержит наноразмерные частицы оксида циркония и соединения молибдена и ванадия при следующем соотношении компонентов, г/л: Сr2(SO4)3⋅6Н2O или KCr(SO4)2 50-350, Na2C2O4 20-30, Na2SO4 60-70, NaF 25-30, Аl2(SO4)3⋅18Н2O 90-110, наночастицы ZrO2 1-20, молибдат натрия или калия 3,0-40, ванадат натрия или калия 0,5-20.A known method of electrolytic chromium plating which uses an electrolyte according to patent RU No. 2409707 "Chromium plating electrolyte" [1], the essence is a chromium plating electrolyte containing chromium sulphate or potassium chromium alum, sodium oxalate, sodium sulphate, sodium fluoride, aluminum sulphate, characterized in that it additionally contains nanosized particles of zirconium oxide and molybdenum and vanadium compounds in the following ratio of components, g/l: Cr 2 (SO 4 ) 3 ⋅6H 2 O or KCr(SO 4 ) 2 50-350, Na 2 C 2 O 4 20- 30, Na 2 SO 4 60-70, NaF 25-30, Al 2 (SO 4 ) 3 ⋅18Н 2 O 90-110, ZrO 2 nanoparticles 1-20, sodium or potassium molybdate 3.0-40, sodium vanadate or potassium 0.5-20.

Технической задачей известного изобретения является разработка электролита хромирования, обеспечивающего получение беспористых, износостойких покрытий не склонных к растрескиванию с высоким сопротивлением коррозии.The technical objective of the known invention is the development of a chromium plating electrolyte that provides non-porous, wear-resistant coatings not prone to cracking with high corrosion resistance.

Для решения поставленной задачи представлен электролит хромирования, содержащий хром сернокислый или хромокалиевые квасцы, натрий щавелевокислый, натрий сернокислый, натрий фтористый, алюминий сернокислый, отличающийся тем, что он дополнительно содержит наноразмерные частицы оксида циркония, молибдат натрия или калия и ванадат натрия или калия при следующем соотношении компонентов, г/л: Cr2(SO4)3⋅6Н2O или KCr(SO4)2 50-350 Na2C2O4 20-30 Na2SO4 60-70 NaF 25-30 Al2(SO4)3·18H2O 90-110 наночастицы ZrO2 1-20 молибдат натрия или калия 3,0-40 ванадат натрия или калия 0,5-20. Наноразмерные частицы ZrO2 имеют дисперсность 5-250 нм и удельной поверхностью 20-200 м2 на 1 г сухого вещества. Шероховатость поверхности при хромировании в предлагаемом электролите не изменялась при толщинах до 45 мкм, следовательно, не требовалось последующего шлифования поверхности стальной детали. Таким образом, известное техническое решение основано на получении хромовых покрытий в электролите на основе хромового ангидрида, серной кислоты и искусственного технического криолита.To solve this problem, a chromium plating electrolyte containing chromium sulfate or chromium alum, sodium oxalate, sodium sulfate, sodium fluoride, aluminum sulfate is presented, characterized in that it additionally contains nanosized particles of zirconium oxide, sodium or potassium molybdate and sodium or potassium vanadate in the following component ratio, g/l: Cr 2 (SO 4 ) 3 ⋅6Н 2 O or KCr(SO 4 ) 2 50-350 Na 2 C 2 O 4 20-30 Na 2 SO 4 60-70 NaF 25-30 Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O 90-110 ZrO 2 nanoparticles 1-20 sodium or potassium molybdate 3.0-40 sodium or potassium vanadate 0.5-20. Nanosized particles of ZrO 2 have a dispersion of 5-250 nm and a specific surface area of 20-200 m 2 per 1 g of dry matter. The surface roughness during chromium plating in the proposed electrolyte did not change at thicknesses up to 45 microns, therefore, subsequent grinding of the surface of the steel part was not required. Thus, the well-known technical solution is based on the production of chromium coatings in an electrolyte based on chromic anhydride, sulfuric acid and artificial technical cryolite.

Недостатком известного технического решения является то, что скорость электролитического хромирования (осаждения) достигает величины 2,2 мкм/мин., он более длителен по сравнению с заявленным техническим решением и не позволяет обеспечить равномерное хромирование изделия в более короткие временные сроки. В связи с этим известное изобретение не обеспечивает эффективность процесса электролитического хромирования, так как требует большого временного интервала процесса хромирования изделий и одновременно не позволяет обеспечить равномерное и качественное хромирование изделия.The disadvantage of the known technical solution is that the speed of electrolytic chromium plating (deposition) reaches a value of 2.2 μm/min, it is longer than the claimed technical solution and does not allow uniform chromium plating of the product in a shorter time period. In this regard, the known invention does not ensure the efficiency of the electrolytic chromium plating process, since it requires a large time interval for the chromium plating process of products and at the same time does not allow uniform and high-quality chromium plating of the product.

Известен способ электролитического хромирования по патенту RU № 2125125 «Способ электролитического хромирования» [2], сущностью является способ получения хромовых покрытий, включающий хромирование в электролите на основе хромового ангидрида, серной кислоты и трихлоруксусной кислоты, отличающийся тем, что хромирование осуществляют при концентрации хромового ангидрида 60-120 г/л, массовом соотношении хромового ангидрида к серной кислоте 100:1 и концентрации трихлоруксусной кислоты 0,5-0,9 г/л.A known method of electrolytic chromium plating according to patent RU No. 2125125 "Method of electrolytic chromium plating" [2], the essence is a method for obtaining chromium coatings, including chromium plating in an electrolyte based on chromic anhydride, sulfuric acid and trichloroacetic acid, characterized in that chromium plating is carried out at a concentration of chromic anhydride 60-120 g/l, mass ratio of chromic anhydride to sulfuric acid 100:1 and concentration of trichloroacetic acid 0.5-0.9 g/l.

Технической задачей известного изобретения является снижение концентрации хромового ангидрида, что снижает токсичность электролита. Поставленная цель достигается тем, что процесс хромирования в электролите на основе хромового ангидрида, серной кислоты и трехуксусной кислоты осуществляется при концентрации хромового ангидрида 60-120 г/л, соотношение по массе хромовый ангидрид: серная кислота = 100:1 и интервале изменения концентрации трехуксусной кислоты 0,5-0,9 г/л.The technical problem of the known invention is to reduce the concentration of chromic anhydride, which reduces the toxicity of the electrolyte. This goal is achieved by the fact that the process of chromium plating in an electrolyte based on chromic anhydride, sulfuric acid and triacetic acid is carried out at a concentration of chromic anhydride 60-120 g/l, the mass ratio of chromic anhydride: sulfuric acid = 100:1 and the interval of change in the concentration of triacetic acid 0.5-0.9 g / l.

Процесс хромирования по известному способу осуществляется при плотностях тока 30-60 А/дм2, температуре 48-60°. Выход хрома по току 12-16%. Толщина покрытия до 100-150 мкм.The process of chromium plating according to a known method is carried out at current densities of 30-60 A/DM 2 temperature 48-60°. The current output of chromium is 12-16%. Coating thickness up to 100-150 microns.

Недостатками известного технического решения является то, что оно не обеспечивает эффективность процесса электролитического хромирования, так как не позволяет обеспечить высокую равномерность хромового покрытия.The disadvantages of the known technical solution is that it does not ensure the efficiency of the process of electrolytic chromium plating, as it does not allow for high uniformity of the chromium coating.

Известен способ электролитического хромирования по патенту RU № 2125126 «Способ электролитического хромирования в низкоконцентрированном электролите» [3], сущностью является способ электролитического хромирования в электролите, содержащем 70-120 г/л хромового ангидрида, сульфат стронция, соединение стронция, выбранное из группы, состоящей из оксида, гидроксида, карбоната или хромата, вводимое для уменьшения растворимости сульфата стронция, и искусственный технический криолит, отличающийся тем, что концентрацию вводимого соединения стронция определяют из соотношения по массе Sr2+• CrO3 = 250 - 270 с последующим пересчетом на формулу этого соединения.A known method of electrolytic chromium plating according to patent RU No. 2125126 "Method of electrolytic chromium plating in a low-concentration electrolyte" [3], the essence is a method of electrolytic chromium plating in an electrolyte containing 70-120 g/l of chromic anhydride, strontium sulfate, a strontium compound selected from the group consisting from oxide, hydroxide, carbonate or chromate, introduced to reduce the solubility of strontium sulfate, and artificial technical cryolite, characterized in that the concentration of the introduced strontium compound is determined from the mass ratio of Sr 2 + • CrO 3 = 250 - 270, followed by recalculation to the formula of this connections.

Недостатками известного технического решения является то, что скорость нанесения покрытий из трехвалентного хрома и хромовых сплавов мала и толщину покрытий трудно увеличить по сравнению с заявленным техническим решением. Кроме того, известное техническое решение не позволяет равномерно обеспечивать хромирование поверхности изделия и, в связи с этим, не обеспечивает эффективность процесса электролитического хромирования.The disadvantages of the known technical solution is that the speed of coating of trivalent chromium and chromium alloys is low and the thickness of the coatings is difficult to increase compared to the claimed technical solution. In addition, the known technical solution does not allow uniform chromium plating of the product surface and, therefore, does not ensure the efficiency of the electrolytic chromium plating process.

Наиболее близким по существу к заявленному техническому решению, выбранным заявителем в качестве прототипа, является источник «Свойства нанокристаллических покрытий Cr, полученных катодной плазмой электролитического осаждения из электролита трехвалентного хрома» [Properties of nanocrystalline Cr coatings prepared by cathode plasma electrolytic deposition from trivalent chromium electrolyte Cheng Quan, Yedong He / Beijing Key Laboratory for Corrosion, Erosion and Surface Technology, University of Science and Technology Beijing, 100083 Beijing, China] [4]. Сущностью прототипа является способ получения высококачественных покрытий Cr с новыми свойствами из электролита на основе сульфата трехвалентного хрома с помощью катодной плазменной электрохимии (путем электролитического осаждения катодной плазмы). Покрытие наносится из сульфита трехвалентного хрома. Процесс получения хромовых покрытий обеспечивается следующим образом: в качестве анода был использован графит высокой чистоты с нижними отверстиями, в качестве катода был использован образец, подготовленной обычной механической обработкой из нержавеющей стали 304 размером 12 мм (длина) х 10 мм (ширина) х 2 мм (толщина) после шлифовки до зернистости 2000 и очистке в эталоне. Расстояние между анодом и катодом - около 6-8 мм. Образец может перемещаться либо вертикально, либо горизонтально или вращаться трехмерным приводом для обеспечения процесса хромирования изделий с большими площадями и (или) различным формами. Для поддержания постоянной температуры электролита использовалась термостатическая водяная баня. Вакуумный насос использовался для рециркуляции электролита. Для перемешивания использовалась мешалка. Для приготовления покрытия использовался источник питания постоянного тока с широким диапазоном напряжения.The closest in essence to the claimed technical solution, chosen by the applicant as a prototype, is the source "Properties of nanocrystalline Cr coatings prepared by cathode plasma electrolytic deposition from trivalent chromium electrolyte Cheng Quan, Yedong He / Beijing Key Laboratory for Corrosion, Erosion and Surface Technology, University of Science and Technology Beijing, 100083 Beijing, China] [4]. The essence of the prototype is a method for obtaining high-quality Cr coatings with new properties from an electrolyte based on trivalent chromium sulfate using cathode plasma electrochemistry (by electrolytic deposition of cathode plasma). The coating is applied from trivalent chromium sulfite. The chromium plating process is as follows: high purity graphite with bottom holes was used as the anode, a sample prepared by conventional machining of 304 stainless steel with a size of 12 mm (length) x 10 mm (width) x 2 mm was used as the cathode (thickness) after grinding to a grit of 2000 and cleaning in the standard. The distance between the anode and cathode is about 6-8 mm. The sample can be moved either vertically or horizontally or rotated by a three-dimensional drive to enable the chromium plating process for products with large areas and/or different shapes. A thermostatic water bath was used to maintain a constant electrolyte temperature. A vacuum pump was used to recirculate the electrolyte. A stirrer was used for mixing. To prepare the coating, a DC power supply with a wide voltage range was used.

Кратко сущностью прототипа является то, что электролитом заливают поверхность изделия полностью, затем увеличивают напряжение, используя переменный ток после двух-полупериодного выпрямления, за счет чего на поверхности образца появляются микродуги. В процессе электрохимического осаждения напряжение регулируют в небольших диапазонах и гасят до нуля, обеспечивая при этом явление микродугового разряда на поверхности катода от начала до конца. Покрытия наносят из сульфата трехвалентного хрома. Толщина покрытия оценивается примерно в 30 мкм.Briefly, the essence of the prototype is that the surface of the product is completely filled with electrolyte, then the voltage is increased using alternating current after a two-half-wave rectification, due to which microarcs appear on the surface of the sample. In the process of electrochemical deposition, the voltage is regulated in small ranges and quenched to zero, while providing the phenomenon of a microarc discharge on the cathode surface from start to finish. Coatings are applied from trivalent chromium sulfate. The coating thickness is estimated at about 30 µm.

Недостатками прототипа является:The disadvantages of the prototype are:

1 - получение шероховатого, не идеально гладкого покрытия, что значительно снижает его качество, так как процесс электрохимического осаждения осуществляется с применением переменного тока после двух полупериодного выпрямления, при этом получают пульсирующую форму напряжения, что дает колебание величины напряжения и снижение его до нуля. В прототипе происходит одновременно процесс осаждения и горения (плавления) за счет образования микродуг, которые плавят поверхность изделия и создают наноструктурированное покрытие, однако при использовании переменного тока воздействие микродуг на поверхность изделия получается точечным. При этом получают наноструктурированное, но шероховатое покрытие, так как микродуги отдельно горят на поверхности, а так как дуга - это плавление, то получается большая шероховатость;1 - obtaining a rough, not ideally smooth coating, which significantly reduces its quality, since the electrochemical deposition process is carried out using alternating current after two half-wave rectification, while obtaining a pulsating voltage form, which gives a fluctuation in the voltage value and its decrease to zero. In the prototype, the process of deposition and combustion (melting) occurs simultaneously due to the formation of microarcs that melt the surface of the product and create a nanostructured coating, however, when using alternating current, the effect of microarcs on the surface of the product is point. In this case, a nanostructured, but rough coating is obtained, since the microarcs burn separately on the surface, and since the arc is melting, a large roughness is obtained;

2 - худший внешний вид изделия по сравнению с заявленным техническим решением благодаря видимым шероховатостям поверхности покрытия;2 - the worst appearance of the product compared to the claimed technical solution due to the visible surface roughness of the coating;

3 - более продолжительный по времени процесс по сравнению с заявленным техническим решением, так как из-за точечного воздействия микродуг на поверхность изделия в электролите процесс осаждения протекает более длительно, примерно 2,2 мкм/мин., что также снижает эффективность применения прототипа по назначению.3 - a longer process in comparison with the claimed technical solution, since due to the point effect of microarcs on the surface of the product in the electrolyte, the deposition process takes longer, approximately 2.2 μm / min., which also reduces the efficiency of the prototype for its intended purpose .

Целью и техническим результатом заявленного технического решения является разработка способа и устройства для реализации способа, устраняющих недостатки прототипа, а именно, позволяющих достигнуть: The purpose and technical result of the claimed technical solution is to develop a method and device for implementing the method, eliminating the disadvantages of the prototype, namely, allowing to achieve:

1 - уменьшения шероховатости поверхности покрытия за счет того, что разряды горят не отдельно на поверхности, где формируются покрытия, а на всей поверхности, так как используется сглаженное напряжение за счет крепления к источнику питания емкостного индукционного фильтра;1 - reduction of the surface roughness of the coating due to the fact that the discharges do not burn separately on the surface where the coatings are formed, but on the entire surface, since a smoothed voltage is used due to the capacitive induction filter attached to the power source;

2 - улучшения внешнего вида изделия, благодаря предлагаемому способу воздействия плазмы, по которому происходит равномерное наноструктурированное плавление, дефекты на поверхности изделия устраняются, зерна измельчаются, а механические и электрохимические свойства улучшаются;2 - improving the appearance of the product, thanks to the proposed method of plasma exposure, according to which uniform nanostructured melting occurs, defects on the surface of the product are eliminated, grains are crushed, and mechanical and electrochemical properties are improved;

3 - сокращения времени процесса плазменно-электрохимического формирования наноструктурированных хромовых покрытий за счет непрерывного процесса, состоящего попеременно из электрохимического и плазменного воздействия.3 - reduction of the time of the process of plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coatings due to a continuous process, consisting alternately of electrochemical and plasma effects.

Сущностью заявленного технического решения является cпособ плазменно-электрохимического формирования наноструктурированного хромового покрытия, заключающийся в том, что на первом этапе проводят гальваническое осаждение хрома, для чего катод, представляющий собой хромируемое изделие, помещают в электролитическую ванну с известным составом электролита, при этом используют составы электролита, которые применяются при получении хромовых покрытий, далее в электролитическую ванну с раствором электролита параллельно катоду помещают анод, средних значениях плотностей тока 100-200 А/дм2 и напряжении 40-60 В, при этом в электрическую цепь включают емкостный индукционный фильтр, подают электрический ток до средних значений плотностей тока 100-200 А/дм2, проводят обработку током для образования на поверхности металла слоя хрома; на втором этапе проводят воздействие плазмой, для чего при достижении на первом этапе толщины хромового покрытия 0,5 мкм выполняют повышение напряжения с классических значений электрохимического осаждения хрома в А/дм2 и напряжении 40-60 В до значений 150-200 В соответственно, в результате чего происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающее всю поверхность пластины, при этом включенный в электрическую цепь емкостный индукционный фильтр обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения в постоянное напряжение, не снижаемое до нуля, что обеспечивает возможность равномерного воздействия плазмы на хромируемую поверхность, при этом горение разряда в виде плазменной оболочки обеспечивает формирование, наноструктурированного хромового покрытия с высокой степенью гладкости, далее, после горение разряда гасят путем уменьшения величины напряжения до визуального прекращения свечения плазмы, с доведением плотности тока до 40 А/дм2, далее повторяют первый и второй этапы, до получения заданной толщины наноструктурированного хромового покрытия. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют катод в виде металлического стержня, а анод в виде плоской пластины из графита. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют катод в виде плоской пластины из металла, а анод в виде плоской пластины из графита, на катод предварительно плотно надевают диэлектрический чехол с круглым отверстием. Способ плазменно-электрохимического формирования наноструктурированного хромового покрытия со струйной подачей электролита, размещением катода и анода над электролитом, заключающийся в том, что на первом этапе проводят гальваническое осаждение хрома, для чего в электролитическую ванну помещают электролит известного состава, которые применяются при получении хромовых покрытий, электролит выдерживают при средних значениях плотностей тока 100-200 А/дм2 и напряжении 40-60 В; катод, выполненный в виде пластины и представляющий собой хромируемое изделие, закрепляют горизонтально по отношению к электролитической ванне и располагают под анодом, выполненным вертикально по отношению к электролитической ванне, при этом катод и анод располагают над электролитом; к аноду прикрепляют дозатор электролита, между электролитом в электролитической ванне и дозатором устанавливают трубку подачи электролита, к трубке крепят перистальтический насос, при включении которого происходит циркуляция электролита из электролитической ванны через трубку подачи электролита, далее через дозатор, далее через полость анода струйно на хромируемое изделие - катод, далее электролит сливается в электролитическую ванну; в электрическую цепь включают емкостный индукционный фильтр, подключают электрический ток до средних значений плотностей тока 100-200 А/дм2, обработку током проводят для образования на поверхности металла слоя хрома определённой толщины; на втором этапе проводят воздействия плазмой, для чего при достижении на первом этапе толщины хромового покрытия 0,5 мкм повышают напряжение с классических значений электрохимического осаждения хрома до значений 150-200 В, в результате чего происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины, при этом включенный в электрическую цепь емкостный индукционный фильтр обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения - постоянное напряжение, не снижаемое до нуля, что дает возможность равномерного воздействия плазмы на хромированную поверхность изделия; при этом плазменная оболочка и горение разряда вокруг анода обеспечивает формирование, под воздействием плазмы, наноструктурированного хромового покрытия с высокой степенью гладкости; после этого горение разряда гасят путем уменьшения величины напряжения до визуального прекращения свечения плазмы, при этом плотность тока снижается до 40 А/дм2; затем снова непрерывно проводят первый этап - процесс электрохимического осаждения, затем непрерывно второй этап, и так попеременно - электрохимическое и плазменное воздействие до получения заданной толщины наноструктурированного хромового покрытия. Устройство для реализации способа по п.1, включающее электролитическую ванну с электролитом, электродную систему, включающую катод, представляющий собой хромируемое изделие, и анод; к электродной системе подключены: система электрического питания, осцилограф с возможностью контроля формы подаваемого напряжения и электрического тока, добавочное сопротивление, вольтметр с возможностью измерения напряжения, амперметр с возможностью измерения электрического тока разряда, термопара; при этом система электрического питания состоит из диодного моста - совокупности диодов, лабораторного автотрансформатора, сглаживающего емкостного фильтра, являющимися высоковольтным источником постоянного тока для создания и поддержания горения электрического разряда с возможностью плавного регулирования выходного напряжения в диапазоне от 0 В до 3 кВ и тока в диапазоне от 0 А до 10 А. Устройство по п.2, отличающееся тем, что катод выполнен в виде металлического стержня, а анод выполнен в виде плоской пластины из графита, при этом катод и анод расположены параллельно друг другу и погружены в электролит, находящийся в стационарном состоянии в электролитической ванне. Устройство по п.2, отличающееся тем, что катод выполнен в виде плоской пластины из металла, а анод выполнен в виде плоской пластины из графита, на катод надет плотно прилегающий диэлектрический чехол с круглым отверстием, при этом катод и анод расположены параллельно друг другу и погружены в электролит, находящийся в стационарном состоянии в электролитической ванне. Устройство для реализации способа по п.4, включающее электролитическую ванну с электролитом, электродную систему, включающую катод, выполненный в виде пластины из металла и представляющий собой хромируемое изделие, и анод, выполненный в виде полой пластины из графита с возможностью обеспечения стекания электролита, при этом катод выполнен горизонтально по отношению к электролитической ванне и расположен под анодом, выполненным вертикально по отношению к электролитической ванне, при этом катод и анод расположены над электролитом; к электродной системе подключены: система электрического питания, осцилограф с возможностью контроля формы подаваемого напряжения и электрического тока, добавочное сопротивление, вольтметр с возможностью измерения напряжения, амперметр с возможностью измерения электрического тока разряда, термопара; при этом система электрического питания состоит из диодного моста - совокупности диодов, лабораторного автотрансформатора, сглаживающего емкостного фильтра, являющимися высоковольтным источником постоянного тока для создания и поддержания горения электрического разряда с возможностью плавного регулирования выходного напряжения в диапазоне от 0 В до 3 кВ и тока в диапазоне от 0 А до 10 А; устройство содержит дозатор, трубку для подачи электролита, выполненную между электролитом и дозатором, перистальтический насос с возможностью регулируемой подачи электролита из электролитической ванны в дозатор, далее в полость анода, далее на катод и далее в электролитическую ванну, при этом дозатор прикреплен к аноду, а перистальтический насос прикреплен к трубке для подачи электролита. The essence of the claimed technical solution is a method of plasma-electrochemical formation of a nanostructured chromium coating, which consists in the fact that at the first stage, galvanic deposition of chromium is carried out, for which the cathode, which is a chromium-plated product, is placed in an electrolytic bath with a known electrolyte composition, while electrolyte compositions are used , which are used in the production of chromium coatings, then an anode is placed in an electrolytic bath with an electrolyte solution parallel to the cathode, the average current densities are 100-200 A / dm 2 and a voltage of 40-60 V, while a capacitive induction filter is connected to the electrical circuit, an electric current up to average current densities of 100-200 A/dm 2 , current treatment is carried out to form a chromium layer on the metal surface; at the second stage, exposure to plasma is carried out, for which, when the thickness of the chromium coating reaches 0.5 μm at the first stage, the voltage is increased from the classical values of electrochemical deposition of chromium in A / dm 2 and a voltage of 40-60 V to values of 150-200 V, respectively, in As a result, a gas discharge burns in a vapor-air shell, covering the entire surface of the plate, while the capacitive induction filter included in the electrical circuit provides an adjustable smoothed voltage shape to a constant voltage that does not decrease to zero, which ensures the possibility of uniform plasma exposure to the chromium-plated surface, while discharge burning in the form of a plasma shell provides the formation of a nanostructured chromium coating with a high degree of smoothness, then, after the discharge burning, it is quenched by reducing the voltage until the plasma glow visually stops, bringing the current density to 40 A / dm 2 , then repeat the first and second stages, until the desired thickness of the nanostructured chromium coating is obtained. The method according to claim 1 , characterized in that the cathode is used in the form of a metal rod, and the anode is in the form of a flat plate of graphite. The method according to claim 1, characterized in that the cathode is used in the form of a flat plate of metal, and the anode is in the form of a flat plate of graphite, a dielectric cover with a round hole is first tightly put on the cathode. A method for plasma-electrochemical formation of a nanostructured chromium coating with jet supply of an electrolyte, placement of a cathode and an anode above the electrolyte, which consists in the fact that at the first stage, galvanic deposition of chromium is carried out , for which an electrolyte of a known composition is placed in the electrolytic bath, which are used to obtain chromium coatings, the electrolyte is kept at average current densities of 100-200 A/dm 2 and voltage of 40-60 V; the cathode, made in the form of a plate and representing a chrome-plated product, is fixed horizontally with respect to the electrolytic bath and placed under the anode, made vertically with respect to the electrolytic bath, while the cathode and anode are placed above the electrolyte; an electrolyte dispenser is attached to the anode, an electrolyte supply tube is installed between the electrolyte in the electrolytic bath and the dispenser, a peristaltic pump is attached to the tube, when turned on, the electrolyte circulates from the electrolytic bath through the electrolyte supply tube, then through the dispenser, then through the anode cavity, jet on the chrome-plated product - cathode, then the electrolyte is drained into the electrolytic bath; a capacitive induction filter is included in the electrical circuit, an electric current is connected to average current densities of 100-200 A / dm 2 , current treatment is carried out to form a chromium layer of a certain thickness on the metal surface; at the second stage, plasma exposure is carried out, for which, when the chromium coating thickness reaches 0.5 μm at the first stage, the voltage is increased from the classical values of electrochemical chromium deposition to values of 150-200 V, as a result of which a gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire surface plates, while the capacitive induction filter included in the electrical circuit provides an adjustable smoothed voltage shape - a constant voltage that does not decrease to zero, which makes it possible to uniformly influence the plasma on the chrome-plated surface of the product; at the same time, the plasma shell and the burning of the discharge around the anode ensure the formation, under the influence of plasma, of a nanostructured chromium coating with a high degree of smoothness; after that, the combustion of the discharge is extinguished by reducing the magnitude of the voltage until the visual cessation of the glow of the plasma, while the current density is reduced to 40 A/DM 2 ; then again the first stage is continuously carried out - the process of electrochemical deposition, then the second stage is continuously carried out, and so alternately - electrochemical and plasma exposure until a given thickness of the nanostructured chromium coating is obtained. A device for implementing the method according to claim 1, including an electrolytic bath with an electrolyte, an electrode system, including a cathode, which is a chromium-plated product, and an anode; the following are connected to the electrode system: an electrical power system, an oscilloscope with the ability to control the shape of the supplied voltage and electric current, additional resistance, a voltmeter with the ability to measure voltage, an ammeter with the ability to measure the discharge electric current, a thermocouple; at the same time, the power supply system consists of a diode bridge - a combination of diodes, a laboratory autotransformer, a smoothing capacitive filter, which are a high-voltage direct current source for creating and maintaining an electric discharge burning with the ability to smoothly control the output voltage in the range from 0 V to 3 kV and the current in the range from 0 A to 10 A. The device according to claim 2, characterized in that the cathode is made in the form of a metal rod, and the anode is made in the form of a flat plate of graphite, while the cathode and anode are parallel to each other and immersed in an electrolyte located in stationary state in an electrolytic bath. The device according to claim 2, characterized in that the cathode is made in the form of a flat plate of metal, and the anode is made in the form of a flat plate of graphite, a tightly fitting dielectric cover with a round hole is put on the cathode, while the cathode and anode are parallel to each other and immersed in an electrolyte that is in a stationary state in an electrolytic bath. A device for implementing the method according to claim 4, including an electrolytic bath with an electrolyte, an electrode system, including a cathode made in the form of a metal plate and representing a chromium-plated product, and an anode made in the form of a hollow graphite plate with the possibility of ensuring electrolyte draining, when this cathode is made horizontally with respect to the electrolytic bath and is located under the anode, made vertically with respect to the electrolytic bath, while the cathode and anode are located above the electrolyte; the following are connected to the electrode system: an electrical power system, an oscilloscope with the ability to control the shape of the supplied voltage and electric current, additional resistance, a voltmeter with the ability to measure voltage, an ammeter with the ability to measure the discharge electric current, a thermocouple; at the same time, the power supply system consists of a diode bridge - a combination of diodes, a laboratory autotransformer, a smoothing capacitive filter, which are a high-voltage direct current source for creating and maintaining an electric discharge burning with the ability to smoothly control the output voltage in the range from 0 V to 3 kV and the current in the range from 0 A to 10 A; the device contains a dispenser, an electrolyte supply tube made between the electrolyte and the dispenser, a peristaltic pump with the possibility of controlled electrolyte supply from the electrolytic bath to the dispenser, then to the anode cavity, then to the cathode and further to the electrolytic bath, while the dispenser is attached to the anode, and a peristaltic pump is attached to the electrolyte supply tube.

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.1 - Фиг. 3.The claimed technical solution is illustrated in Fig.1 - Fig. 3.

На Фиг.1 представлены графики стандартных форм напряжения: Figure 1 shows graphs of standard voltage forms:

- сглаженная форма напряжения (нижний график);- smoothed stress form (lower graph);

- пульсирующая форма напряжения (верхний график).- pulsating voltage waveform (upper graph).

На Фиг.2 представлено: Figure 2 shows:

- общая схема установки для осуществления заявленного способа; 2a - general scheme of the installation for the implementation of the claimed method;

- схема системы электрического питания. 2b is a diagram of the power supply system.

На Фиг.3 представлены схемы трех вариантов заявленного устройства с различными вариантами электродных систем, где: Figure 3 shows diagrams of three variants of the claimed device with different versions of electrode systems, where:

- первый вариант, 3a - the first option,

- второй вариант, 3b - the second option,

- третий вариант. 3c - the third option.

Позиции на Фиг. обозначают:Positions in Fig. stand for:

1 - система электрического питания;1 - power supply system;

2 - электролитическая ванна;2 - electrolytic bath;

3 - электродная система;3 - electrode system;

4 - осциллограф;4 - oscilloscope;

5 - добавочное сопротивление;5 - additional resistance;

6 - вольтметр (например, цифровое универсальное измерительное устройство MMH-930);6 - voltmeter (for example, digital universal measuring device MMH-930);

7 - амперметр (например, цифровое универсальное измерительное устройство APPA 109N);7 - ammeter (for example, digital universal measuring device APPA 109N);

8 - термопары;8 - thermocouples;

9, 10, 11, 12 - диоды CL 246 12 -10/8;9, 10, 11, 12 - diodes CL 246 12 -10/8;

13 - емкостный индукционный фильтр;13 - capacitive induction filter;

14 - катод;14 - cathode;

15 - анод;15 - anode;

16 - электролит;16 - electrolyte;

17 - диэлектрический пластиковый чехол;17 - dielectric plastic cover;

18 - отверстие пластикового дозатора;18 - opening of the plastic dispenser;

19 - струя электролита;19 - electrolyte jet;

20 - перистальтический насос;20 - peristaltic pump;

21 - лабораторный автотрансформатор (например, регулировочного типа 1М);21 - laboratory autotransformer (for example, regulating type 1M);

22 - трубка для подачи электролита.22 - tube for electrolyte supply.

Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.Further, the applicant provides a description of the claimed technical solution.

Заявленный способ может быть реализован на установке, представленной на Фиг. 2 (а), имеющей схему системы электрического питания, представленной на Фиг. 2 (б), при помощи трех вариантов устройства, представленных на Фиг.3 (а, б, в).The claimed method can be implemented on the installation shown in Fig. 2(a) having a diagram of the power supply system shown in FIG. 2 (b), using three variants of the device shown in Fig. 3 (a, b, c).

При этом общими признаками для 1 и 2 вариантов устройства являются следующие.In this case, the common features for 1 and 2 versions of the device are the following.

Устройство для реализации заявленного способа включает электролитическую ванну (2) с электролитом (16), электродную систему (3), включающей катод (14), представляющий собой хромируемое изделие, и анод (15). К электродной системе подключены: системы электрического питания (1), осцилограф (4) с возможностью контроля формы подаваемого напряжения и электрического тока, добавочное сопротивление (5), вольтметр (6) с возможностью измерения напряжения, амперметр (7) с возможностью измерения электрического тока разряда, термопара (8).The device for implementing the claimed method includes an electrolytic bath (2) with an electrolyte (16), an electrode system (3), including a cathode (14), which is a chromium-plated product, and an anode (15). Connected to the electrode system: electrical power systems (1), oscilloscope (4) with the ability to control the shape of the supplied voltage and electric current, additional resistance (5), voltmeter (6) with the ability to measure voltage, ammeter (7) with the ability to measure electric current discharge, thermocouple (8).

При этом система электрического питания (1) состоит из диодного моста - совокупности диодов (9), (10), (11), (12), лабораторного автотрансформатора, например, регулировочного типа 1М (21), сглаживающего емкостного фильтра (13), являющимися высоковольтным источником постоянного тока для создания и поддержания горения электрического разряда с возможностью плавного регулирования выходного напряжения в диапазоне от 0 В до 3 кВ и тока в диапазоне от 0 А до 10 А.At the same time, the power supply system (1) consists of a diode bridge - a combination of diodes (9), (10), (11), (12), a laboratory autotransformer, for example, an adjustable type 1M (21), a smoothing capacitive filter (13), which are a high-voltage direct current source for creating and maintaining the burning of an electric discharge with the ability to smoothly control the output voltage in the range from 0 V to 3 kV and current in the range from 0 A to 10 A.

В качестве вольтметра (6) используют, например, цифровое универсальное измерительное устройство MMH-930. В качестве амперметра (7), используют, например, цифровое универсальное измерительное устройство APPA 109N. Относительная погрешность измерения напряжения и тока разряда составляет 0,8%.As a voltmeter (6) use, for example, a digital universal measuring device MMH-930. As an ammeter (7), use, for example, a digital universal measuring device APPA 109N. The relative error in measuring the discharge voltage and current is 0.8%.

Дополнительно варианты 1 и 2 содержат следующие частные признаки:Additionally, options 1 and 2 contain the following particular features :

Устройство по варианту 1 с первым типом электродной системы (Фиг. 2, Фиг.3а):The device according to option 1 with the first type of electrode system (Fig. 2, Fig. 3a):

катод (14) выполнен в виде металлического стержня, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т, а анод (15) выполнен в виде плоской пластины из графита,the cathode (14) is made in the form of a metal rod, for example, stainless steel grade 12X18H9T, and the anode (15) is made in the form of a flat graphite plate,

катод (14) и анод (15) расположены параллельно по отношению друг к другу и перпендикулярно по отношению к электролитической ванне (2),cathode (14) and anode (15) are located parallel to each other and perpendicular to the electrolytic bath (2),

катод (14) и анод (15) погружены в электролит (16), находящийся в стационарном состоянии в электролитической ванне (2).the cathode (14) and the anode (15) are immersed in the electrolyte (16), which is in a stationary state in the electrolytic bath (2).

Устройство по варианту 2 с вторым типом электродной системы (Фиг. 2, Фиг.3б).The device according to option 2 with the second type of electrode system (Fig. 2, Fig.3b).

катод (14) выполнен в виде плоской пластины из металла, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т, а анод (15) выполнен в виде плоской пластины из графита,the cathode (14) is made in the form of a flat plate of metal, for example, stainless steel grade 12Kh18N9T, and the anode (15) is made in the form of a flat plate of graphite,

на катод (14) надет плотно прилегающий диэлектрический чехол (17) с круглым отверстием,a tightly fitting dielectric cover (17) with a round hole is put on the cathode (14),

катод (14) и анод (15) расположены параллельно друг другу и погружены в электролит (16), находящийся в стационарном состоянии в электролитической ванне (2).the cathode (14) and the anode (15) are parallel to each other and are immersed in the electrolyte (16), which is in a stationary state in the electrolytic bath (2).

Заявитель поясняет, что наличие углов у пластины катода (14) приводит к неравномерному горению разряда в данных точках и локальному перегреву - оплавлению. Для предотвращения данного эффекта на пластину катода (14) надевается плотно прилегающий диэлектрический пластиковый чехол (17), оставляющий открытой часть поверхности катода (14) в форме круга.The applicant explains that the presence of corners at the cathode plate (14) leads to uneven discharge burning at these points and local overheating - melting. To prevent this effect, a tightly fitting dielectric plastic cover (17) is put on the cathode plate (14), leaving an open part of the cathode surface (14) in the form of a circle.

Устройство по варианту 3 с третьим типом электродной системы (Фиг. 2, Фиг.3в) - струйной подачей электролита:The device according to option 3 with the third type of electrode system (Fig. 2, Fig. 3c) - electrolyte jet supply:

Устройство для реализации заявленного способа по варианту 3 включает электролитическую ванну (2) с электролитом 16, электродную систему (3), включающую катод (14), представляющий собой хромируемое изделие, выполненный в виде плоской пластины из металла, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т, и анод (15), выполненный в виде полой пластины из графита с возможностью обеспечения стекания электролита, при этом катод (14) выполнен горизонтально по отношению к электролитической ванне (2) и расположен под анодом (15), выполненным вертикально по отношению к электролитической ванне (2), при этом катод (14) и анод (15) расположены над электролитом (16).The device for implementing the claimed method according to option 3 includes an electrolytic bath (2) with electrolyte 16, an electrode system (3), including a cathode (14), which is a chrome-plated product made in the form of a flat plate of metal, for example, stainless steel grade 12X18H9T , and an anode (15) made in the form of a hollow graphite plate with the possibility of electrolyte draining, while the cathode (14) is made horizontally with respect to the electrolytic bath (2) and is located under the anode (15), made vertically with respect to the electrolytic bath (2), while the cathode (14) and the anode (15) are located above the electrolyte (16).

Устройство содержит дозатор (18) с отверстием для стекания электролита диаметром, например, 2 мм, трубку для подачи электролита (22), выполненную между электролитом (16) и дозатором (18), перистальтический насос (20) с возможностью регулируемой подачи электролита (16) из электролитической ванны (16) в дозатор (18), далее в полость анода (15), далее на катод (14) и далее в электролитическую ванну (2), при этом дозатор (18) прикреплен к аноду (15), а перистальтический насос (20) прикреплен к трубке для подачи электролита (22).The device contains a dispenser (18) with a hole for draining the electrolyte with a diameter of, for example, 2 mm, an electrolyte supply tube (22) made between the electrolyte (16) and the dispenser (18), a peristaltic pump (20) with the possibility of adjustable electrolyte supply (16 ) from the electrolytic bath (16) to the dispenser (18), then to the cavity of the anode (15), then to the cathode (14) and then to the electrolytic bath (2), while the dispenser (18) is attached to the anode (15), and the peristaltic pump (20) is attached to the electrolyte supply tube (22).

К электродной системе подключены: системы электрического питания (1), осцилограф (4) с возможностью контроля формы подаваемого напряжения и электрического тока, добавочное сопротивление (5), вольтметр (6) с возможностью измерения напряжения, амперметр (7) с возможностью измерения электрического тока разряда, термопара (8).Connected to the electrode system: electrical power systems (1), oscilloscope (4) with the ability to control the shape of the supplied voltage and electric current, additional resistance (5), voltmeter (6) with the ability to measure voltage, ammeter (7) with the ability to measure electric current discharge, thermocouple (8).

При этом система электрического питания (1) состоит из диодного моста - совокупности диодов (9), (10), (11), (12), лабораторного автотрансформатора, например, регулировочного типа 1М (21), сглаживающего емкостного фильтра (13), являющимися высоковольтным источником постоянного тока для создания и поддержания горения электрического разряда с возможностью плавного регулирования выходного напряжения в диапазоне от 0 В до 3 кВ и тока в диапазоне от 0 А до 10 А.At the same time, the power supply system (1) consists of a diode bridge - a combination of diodes (9), (10), (11), (12), a laboratory autotransformer, for example, an adjustable type 1M (21), a smoothing capacitive filter (13), which are a high-voltage direct current source for creating and maintaining the burning of an electric discharge with the ability to smoothly control the output voltage in the range from 0 V to 3 kV and current in the range from 0 A to 10 A.

В качестве вольтметра (6) используют, например, цифровое универсальное измерительное устройство MMH-930. В качестве амперметра (7), используют, например, цифровое универсальное измерительное устройство APPA 109N. Относительная погрешность измерения напряжения и тока разряда составляет 0,8%.As a voltmeter (6) use, for example, a digital universal measuring device MMH-930. As an ammeter (7), use, for example, a digital universal measuring device APPA 109N. The relative error in measuring the discharge voltage and current is 0.8%.

Далее заявителем описан способ плазменно-электрохимического формирования наноструктурированного хромового покрытия по первому варианту - с электролитом, находящимся в стационарном состоянии в электролитической ванне, использованием катода в виде металлического стержня и размещением катода и анода в электролите. Further, the applicant describes a method for plasma-electrochemical formation of a nanostructured chromium coating according to the first variant - with an electrolyte in a stationary state in an electrolytic bath, using a cathode in the form of a metal rod and placing the cathode and anode in the electrolyte.

Заявленный способ в целом состоит из двух основных этапов (процессов), которые протекают попеременно и последовательно:The claimed method as a whole consists of two main stages (processes) that proceed alternately and sequentially:

- на первом этапе проводят электрохимическое гальваническое осаждение хрома для получения определенной толщины хромового покрытия;- at the first stage, electrochemical galvanic deposition of chromium is carried out to obtain a certain thickness of the chromium coating;

- на втором этапе проводят воздействие на хромовое покрытие плазмой, для чего под воздействием электрического разряда создается паровоздушная оболочка, при этом происходит термическая плазменная обработка (оплавление), вследствие чего происходит его наноструктурирование. Далее разряд гасится.- at the second stage, the chromium coating is exposed to plasma , for which, under the influence of an electric discharge, a vapor-air shell is created, while thermal plasma treatment (melting) occurs, as a result of which its nanostructuring occurs. Then the discharge is extinguished.

Далее повторяют первый этап электрохимического осаждения, затем повторяют второй этап воздействия плазмой, и так попеременно - электрохимическое и плазменное воздействие до получения заданной толщины покрытия.Next, the first stage of electrochemical deposition is repeated, then the second stage of exposure to plasma is repeated, and so alternately - electrochemical and plasma exposure until a given coating thickness is obtained.

В результате получают гладкое наноструктурированное хромовое покрытие за более короткий срок по сравнению с прототипом. The result is a smooth nanostructured chromium coating in a shorter time compared to the prototype.

Толщина покрытия варьируется от 100 до 150 мкм. The coating thickness varies from 100 to 150 microns.

Микротвердость покрытий варьируется от 900 до 1000 кг/мм2.The microhardness of coatings varies from 900 to 1000 kg/mm 2 .

Гладкость наноструктурированного хромового покрытия, то есть уменьшение шероховатости поверхности покрытия достигается за счет того, что на втором этапе проводят воздействие на хромовое покрытие плазмой, то есть под воздействием электрического разряда создается паровоздушная оболочка, при этом происходит термическая плазменная обработка (оплавление) покрытия, вследствие чего происходит наноструктурирование не локально участков поверхности изделия, где формируется покрытие, как в прототипе, а на всей поверхности изделия, так как в заявленном техническом решении используется сглаженное напряжение за счет подключения к источнику питания емкостного индукционного фильтра. Емкостный индукционный фильтр обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения - постоянное напряжение, не снижаемое до нуля.The smoothness of the nanostructured chromium coating, that is, the reduction of the surface roughness of the coating, is achieved due to the fact that at the second stage, the chromium coating is exposed to plasma, that is, under the influence of an electric discharge, a vapor-air shell is created, while thermal plasma treatment (melting) of the coating occurs, as a result of which nanostructuring occurs not locally on the surface of the product where the coating is formed, as in the prototype, but on the entire surface of the product, since the claimed technical solution uses a smoothed voltage by connecting a capacitive induction filter to the power source . The capacitive induction filter provides an adjustable smoothed voltage waveform - a constant voltage that does not drop to zero.

Таким образом, в заявленном техническом решении процесс плазменно-электрохимического хромирования происходит при непрерывном чередовании электрохимического воздействия на поверхность изделия, а затем - воздействие плазмы.Thus, in the claimed technical solution, the process of plasma-electrochemical chromium plating occurs with a continuous alternation of electrochemical effects on the surface of the product, and then the effects of plasma.

Низкотемпературная плазма образуется на катоде (14), в качестве которого выступает хромируемое изделие, опущенное в электролит, при этом катод выполнен в виде металлического стержня.Low-temperature plasma is formed on the cathode (14), which is a chromium-plated product dipped into the electrolyte, while the cathode is made in the form of a metal rod.

Первый этап - электрохимическое воздействие начинается при малых напряжениях, 40-60 В и средних значениях плотностей тока 100-200 А/дм2.The first stage - electrochemical action begins at low voltages, 40-60 V and average current densities of 100-200 A/dm 2 .

Затем проводят второй этап - повышают напряжение с обычных значений электрохимического осаждения хрома, например, с 40-60 В, до значений 150-200 В, при этом происходит горение разряда (его термическая обработка) и образование паровоздушной оболочки.Then the second stage is carried out - the voltage is increased from the usual values of electrochemical chromium deposition, for example, from 40-60 V, to values of 150-200 V, while the discharge burns (its heat treatment) and the formation of a vapor-air shell.

Под воздействием плазмы происходит формирование наноструктурированного хромового покрытия с высокой степенью гладкости покрытия, а именно шероховатостью до 0,5 мкм.Under the influence of plasma, a nanostructured chromium coating is formed with a high degree of smoothness of the coating, namely, a roughness of up to 0.5 μm.

Тем самым достигают заявленный технический результат - получение наноструктурированного хромового покрытия.Thus, the claimed technical result is achieved - obtaining a nanostructured chromium coating.

При этом в заявленном способе хромовое покрытие толщиной 0,5 мкм (задают время, исходя из скорости осаждения равной 0,03-0,06 мм/ч) сначала наносят электрохимическим способом, затем происходит горение разряда 150-200 В (его термическая обработка) и наноструктурирование, затем горение разряда прекращают (гасят) в течении 1-2 секунд путем уменьшения величины напряжения до визуального прекращения свечения плазмы, например, 100 В, плотность тока снижают до 40 А/дм2 (это необходимо для начала нового цикла нанесения покрытия), затем опять начинают процесс электрохимического осаждения и так попеременно обеспечивают электрохимическое и плазменное воздействие, что в конечном итоге обеспечивает получение гладкого наноструктурированного покрытия толщиной до 0,5 мкм.At the same time, in the claimed method, a chromium coating with a thickness of 0.5 μm (time is set based on the deposition rate equal to 0.03-0.06 mm/h) is first applied by an electrochemical method, then a 150-200 V discharge burns (its heat treatment) and nanostructuring, then the discharge burning is stopped (extinguished) for 1-2 seconds by reducing the voltage to visual cessation of the plasma glow, for example, 100 V, the current density is reduced to 40 A / dm2 (this is necessary to start a new coating cycle), then the process of electrochemical deposition is started again and so alternately provides electrochemical and plasma effects, which ultimately provides a smooth nanostructured coating with a thickness of up to 0.5 μm.

Далее заявителем приведено более подробное пояснение этапов заявленного способа.Further, the applicant provides a more detailed explanation of the steps of the claimed method.

Первый этап электрохимического гальванического осаждения хрома.The first stage of electrochemical galvanic deposition of chromium.

Металлическое изделие в виде стержня (катод), например, из чугуна, стали, его сплавов, помещают в электролитическую ванну с раствором-электролитом, например, состава: Cr2SO4•6H2O - 20 г/л, H2SO4 - 40 г/л, NH4COOH - 40-50 г/л, NH4Br - 10 г/л, KCl - 60 г/л, H3BO4 -40 г/л, Na2SO4 -50 г/л, NH4Cl - 75 г/л при средних значениях плотностей тока 100-200 А/дм2 и напряжении 40-60 В.A metal product in the form of a rod (cathode), for example, made of cast iron, steel, its alloys, is placed in an electrolytic bath with an electrolyte solution, for example, of the composition: Cr 2 SO 4 •6H 2 O - 20 g / l, H 2 SO 4 - 40 g / l, NH 4 COOH - 40-50 g / l, NH 4 Br - 10 g / l, KCl - 60 g / l, H 3 BO 4 -40 g / l, Na 2 SO 4 -50 g / l, NH 4 Cl - 75 g / l at average current densities of 100-200 A / dm 2 and a voltage of 40-60 V.

В процессе хромирования используются графитовый анод, который помещаются в электролитическую ванну с раствором-электролитом, в электрическую цепь включают емкостный индукционный фильтр, подключают электрический ток до средних значений плотностей тока 100-200 А/дм2. Обработка током происходит для образования на поверхности металла слоя хрома определённой толщины. Глубина погружения хромируемых деталей (катода) и анода в электролитическую ванну должна быть одинаковой, так как при различной глубине на краях хромируемых деталей образуются утолщения, искажающие форму. Скорость осаждения слоя хрома при плотности тока 100-200 А/дм2 составляет 0,03-0,06 мм/ч. Указанная скорость осаждения приведена в качестве примера.In the chromium plating process, a graphite anode is used, which is placed in an electrolytic bath with an electrolyte solution, a capacitive induction filter is connected to the electrical circuit, an electric current is connected up to average current densities of 100-200 A / dm2. Current treatment occurs to form a chromium layer of a certain thickness on the metal surface. The depth of immersion of the chrome-plated parts (cathode) and the anode into the electrolytic bath must be the same, since at different depths thickenings are formed on the edges of the chrome-plated parts, distorting the shape. Chromium layer deposition rate at a current density of 100-200 A/dm2 is 0.03-0.06 mm/h. Indicated speed deposition is given as an example.

Указанный в заявленном техническом решении электролит имеет оптимальный состав. Стандартный электролит для осаждения хрома содержит два основных компонента: хромовый ангидрид и серную кислоту. Массовое соотношение между компонентами должно быть: хромовый ангидрид: серная кислота = 100 : 1. При таком соотношении достигается наиболее высокий выход по току.Specified in the claimed technical solution, the electrolyte has an optimal composition. The standard electrolyte for chromium deposition contains two main components: chromic anhydride and sulfuric acid. The mass ratio between the components should be: chromic anhydride: sulfuric acid = 100: 1. With this ratio, the highest current efficiency is achieved.

Второй этап воздействия плазмой.The second stage of exposure to plasma.

Затем при достижении на первом этапе толщины хромового покрытия 0,5 мкм толщины хромового покрытия до 0,5 мкм (задают время, исходя из скорости осаждения равной 0,03-0,06 мм/ч) повышают напряжение с классических значений электрохимического осаждения хрома (например, 40-60 В) до значений, например, 150-200 В, в результате чего происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины. Включенный в электрическую цепь емкостный индукционный фильтр обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения - постоянное напряжение, не снижаемое до нуля, что дает возможность равномерного воздействия плазмы на хромированную поверхность изделия.Then, when the thickness of the chromium coating reaches 0.5 μm at the first stage, the thickness of the chromium coating reaches 0.5 μm (the time is set based on the deposition rate equal to 0.03-0.06 mm/h) increase the voltage from the classical values of electrochemical chromium deposition (for example, 40-60 V) to values, for example, 150-200 V, as a result of which a gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire plate surface. The capacitive induction filter included in the electrical circuit provides an adjustable smoothed voltage shape - a constant voltage that does not decrease to zero, which makes it possible for the plasma to act uniformly on the chrome-plated surface of the product.

При этом паровоздушная оболочка и горение разряда обеспечивает формирование, под воздействием плазмы, наноструктурированного покрытия с высокой степенью гладкости - значения шероховатости до 0,5 мкм.At the same time, the vapor-air shell and the combustion of the discharge ensure the formation, under the influence of plasma, of a nanostructured coating with a high degree of smoothness - roughness values up to 0.5 μm.

При воздействии высокой температуры, образовавшейся в результате горения разряда, происходит наноструктурирование хромового покрытия, полученного во время первого этапа электрохимического осаждения. После этого горение разряда прекращают (гасят) путем уменьшения величины напряжения до визуального прекращения свечения плазмы (до ~ 100 В), плотность тока снижается до 40 А/дм2. На этом второй этап завершен.When exposed to a high temperature, formed as a result of the burning of the discharge, the nanostructuring of the chromium coating obtained during the first stage of electrochemical deposition occurs. After that, the burning of the discharge is stopped (quenched) by reducing the voltage until the visual cessation of the glow of the plasma (up to ~ 100 V), the current density is reduced to 40 A/dm 2 . This completes the second stage.

Затем снова непрерывно проводят первый этап - процесс электрохимического осаждения, затем непрерывно второй этап, и так попеременно - электрохимическое и плазменное воздействие.Then again the first stage is continuously carried out - the process of electrochemical deposition, then the second stage is continuously carried out, and so alternately - electrochemical and plasma effects.

Тем самым получают наноструктурированное покрытие с шероховатостью поверхности менее 0,5 мкм.Thus, a nanostructured coating with a surface roughness of less than 0.5 µm is obtained.

Благодаря заявленному способу воздействия плазмы происходит равномерное формирование наноструктурированного покрытия при хромировании, дефекты на поверхности изделия устраняются, зерна измельчаются, а механические и электрохимические свойства улучшаются. Это означает, что заявленное техническое решение является эффективным способом получения высококачественных хромовых покрытий.Thanks to the claimed method of exposure to plasma, a uniform formation of a nanostructured coating occurs during chromium plating, defects on the surface of the product are eliminated, grains are crushed, and mechanical and electrochemical properties are improved. This means that the claimed technical solution is an effective way to obtain high-quality chromium coatings.

Заявленный способ, реализованный на заявленном устройстве, применим для всех известных составов электролитов, которые применяются при получении хромовых покрытий.The claimed method, implemented on the claimed device, is applicable to all known electrolyte compositions that are used in the production of chromium coatings.

Далее заявителем описан способ плазменно-электрохимического формирования наноструктурированного хромового покрытия по второму варианту - с электролитом, находящимся в стационарном состоянии в электролитической ванне, с использованием катода в виде металлического пластины с диэлектрическим чехлом, имеющим круглое отверстие и размещением катода и анода в электролите. Further, the applicant describes a method for plasma-electrochemical formation of a nanostructured chromium coating according to the second option - with an electrolyte in a stationary state in an electrolytic bath, using a cathode in the form of a metal plate with a dielectric cover having a round hole and placing the cathode and anode in the electrolyte.

Заявленный способ в целом состоит из двух основных этапов (процессов), которые протекают попеременно и последовательно:The claimed method as a whole consists of two main stages (processes) that proceed alternately and sequentially:

- на первом этапе проводят электрохимическое гальваническое осаждение хрома для получения определенной толщины хромового покрытия;- at the first stage, electrochemical galvanic deposition of chromium is carried out to obtain a certain thickness of the chromium coating;

- на втором этапе проводят воздействие на хромовое покрытие плазмой, для чего под воздействием электрического разряда создается паровоздушная оболочка, при этом происходит термическая плазменная обработка (оплавление), вследствие чего происходит его наноструктурирование. Далее разряд гасится.- at the second stage, the chromium coating is exposed to plasma , for which, under the influence of an electric discharge, a vapor-air shell is created, while thermal plasma treatment (melting) occurs, as a result of which its nanostructuring occurs. Then the discharge is extinguished.

Далее повторяют первый этап электрохимического осаждения, затем повторяют второй этап воздействия плазмой, и так попеременно - электрохимическое и плазменное воздействие до получения заданной толщины покрытия.Next, the first stage of electrochemical deposition is repeated, then the second stage of exposure to plasma is repeated, and so alternately - electrochemical and plasma exposure until a given coating thickness is obtained.

В результате получают гладкое наноструктурированное хромовое покрытие за более короткий срок по сравнению с прототипом.The result is a smooth nanostructured chromium coating in a shorter time compared to the prototype.

Толщина покрытия варьируется от 100 до 150 мкм.The coating thickness varies from 100 to 150 microns.

Микротвердость покрытий варьируется от 900 до 1000 кг/мм2.The microhardness of coatings varies from 900 to 1000 kg/mm 2 .

Гладкость наноструктурированного хромового покрытия, то есть уменьшение шероховатости поверхности покрытия достигается за счет того, что на втором этапе проводят воздействие на хромовое покрытие плазмой, то есть под воздействием электрического разряда создается паровоздушная оболочка, при этом происходит термическая плазменная обработка (оплавление) покрытия, вследствие чего происходит наноструктурирование не локально участков поверхности изделия, где формируется покрытие, как в прототипе, а на всей поверхности изделия, так как в заявленном техническом решении используется сглаженное напряжение за счет подключения к источнику питания емкостного индукционного фильтра. Емкостный индукционный фильтр обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения - постоянное напряжение, не снижаемое до нуля.The smoothness of the nanostructured chromium coating, that is, the reduction of the surface roughness of the coating, is achieved due to the fact that at the second stage, the chromium coating is exposed to plasma, that is, under the influence of an electric discharge, a vapor-air shell is created, while thermal plasma treatment (melting) of the coating occurs, as a result of which nanostructuring occurs not locally on the surface of the product where the coating is formed, as in the prototype, but on the entire surface of the product, since the claimed technical solution uses a smoothed voltage by connecting a capacitive induction filter to the power source . The capacitive induction filter provides an adjustable smoothed voltage waveform - a constant voltage that does not drop to zero.

Таким образом, в заявленном техническом решении процесс плазменно-электрохимического хромирования происходит при непрерывном чередовании электрохимического воздействия на поверхность изделия, а затем - воздействие плазмы.Thus, in the claimed technical solution, the process of plasma-electrochemical chromium plating occurs with a continuous alternation of electrochemical effects on the surface of the product, and then the effects of plasma.

Низкотемпературная плазма образуется на катоде (14), в качестве которого выступает хромируемое изделие, опущенном в электролит, при этом катод выполнен в виде плоской пластины из металла, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т, при этом на катод (14) надет плотно прилегающий диэлектрический чехол (17) с круглым отверстием.Low-temperature plasma is formed on the cathode (14), which is a chromium-plated product dipped into the electrolyte, while the cathode is made in the form of a flat plate of metal, for example, stainless steel grade 12Kh18N9T, while a tightly fitting dielectric is put on the cathode (14). cover (17) with a round hole.

Первый этап - электрохимическое воздействие начинается при малых напряжениях, 40-60 В и средних значениях плотностей тока 100-200 А/дм2.The first stage - electrochemical action begins at low voltages, 40-60 V and average current densities of 100-200 A/dm 2 .

Затем проводят второй этап - повышают напряжение с обычных значений электрохимического осаждения хрома, например, с 40-60 В, до значений 150-200 В, при этом происходит горение разряда (его термическая обработка) и образование паровоздушной оболочки.Then the second stage is carried out - the voltage is increased from the usual values of electrochemical chromium deposition, for example, from 40-60 V, to values of 150-200 V, while the discharge burns (its heat treatment) and the formation of a vapor-air shell.

Под воздействием плазмы происходит формирование наноструктурированного хромового покрытия с высокой степенью гладкости покрытия, а именно шероховатостью до 0,5 мкм.Under the influence of plasma, a nanostructured chromium coating is formed with a high degree of smoothness of the coating, namely, a roughness of up to 0.5 μm.

Наличие углов у пластины катода (14) приводит к неравномерному горению разряда в данных точках и локальному перегреву - оплавлению. Для предотвращения данного эффекта на пластину катода (14) надевается плотно прилегающий диэлектрический пластиковый чехол (17), оставляющий открытой часть поверхности катода (14) в форме круга.The presence of corners at the cathode plate (14) leads to uneven discharge burning at these points and local overheating - melting. To prevent this effect, a tightly fitting dielectric plastic cover (17) is put on the cathode plate (14), leaving an open part of the cathode surface (14) in the form of a circle.

Тем самым достигают заявленный технический результат - получение наноструктурированного хромового покрытия.Thus, the claimed technical result is achieved - obtaining a nanostructured chromium coating.

При этом в заявленном способе хромовое покрытие толщиной 0,5 мкм (задают время, исходя из скорости осаждения равной 0,03-0,06 мм/ч) сначала наносят электрохимическим способом, затем происходит горение разряда 150-200 В (его термическая обработка) и наноструктурирование, затем горение разряда прекращают (гасят) в течении 1-2 секунд путем уменьшения величины напряжения до визуального прекращения свечения плазмы, например, 100 В, плотность тока снижают до 40 А/дм2 (это необходимо для начала нового цикла нанесения покрытия), затем опять начинают процесс электрохимического осаждения и так попеременно обеспечивают электрохимическое и плазменное воздействие, что в конечном итоге обеспечивает получение гладкого наноструктурированного покрытия толщиной до 0,5 мкм.At the same time, in the claimed method, a chromium coating with a thickness of 0.5 μm (set the time based on the deposition rate equal to 0.03-0.06 mm/h) is first applied by an electrochemical method, then a discharge of 150-200 V burns (its heat treatment) and nanostructuring, then the discharge burning is stopped (extinguished) within 1-2 seconds by reducing the voltage until the plasma glow visually ceases, for example, 100 V, the current density is reduced to 40 A / dm 2 (this is necessary to start a new coating cycle) , then again begin the process of electrochemical deposition and so alternately provide electrochemical and plasma effects, which ultimately provides a smooth nanostructured coating with a thickness of up to 0.5 microns.

Далее заявителем приведено более подробное пояснение этапов заявленного способа.Further, the applicant provides a more detailed explanation of the steps of the claimed method.

Проводят последовательность действий по варианту 1, отличающийся тем, что используют хромируемые изделия (катод) (14), выполненные в виде плоской пластины из металла, например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т, при этом на катод (14) надет плотно прилегающий диэлектрический чехол (17) с круглым отверстием.A sequence of actions is carried out according to option 1, characterized in that chrome-plated products (cathode) (14) are used, made in the form of a flat plate of metal, for example, stainless steel grade 12X18H9T, while a tightly fitting dielectric cover is put on the cathode (14) ( 17) with a round hole.

Плотно прилегающий диэлектрический пластиковый чехол (17), оставляющий открытой часть поверхности катода (14) в форме, например, круга, дает возможность контролировать место горению разряда и соответственно предотвращать оплавление углов у пластины катода (14).A tightly fitting dielectric plastic case (17), leaving an open part of the cathode (14) surface in the form of, for example, a circle, makes it possible to control the place of discharge burning and, accordingly, prevent melting of the corners at the cathode plate (14).

Далее заявителем описан способ плазменно-электрохимического формирования наноструктурированного хромового покрытия по третьему варианту - со струйной подачей электролита, размещением катода и анода над электролитом. Further, the applicant describes a method for plasma-electrochemical formation of a nanostructured chromium coating according to the third variant - with jet supply of electrolyte, placement of the cathode and anode above the electrolyte.

Заявленный способ в целом состоит из двух основных этапов (процессов), которые протекают попеременно и последовательно:The claimed method as a whole consists of two main stages (processes) that proceed alternately and sequentially:

- на первом этапе проводят электрохимическое гальваническое осаждение хрома для получения определенной толщины хромового покрытия;- at the first stage, electrochemical galvanic deposition of chromium is carried out to obtain a certain thickness of the chromium coating;

- на втором этапе проводят воздействие на хромовое покрытие плазмой, для чего под воздействием электрического разряда создается паровоздушная оболочка, при этом происходит термическая плазменная обработка (оплавление), вследствие чего происходит его наноструктурирование. Далее разряд гасится.- at the second stage, the chromium coating is exposed to plasma , for which, under the influence of an electric discharge, a vapor-air shell is created, while thermal plasma treatment (melting) occurs, as a result of which its nanostructuring occurs. Then the discharge is extinguished.

Далее повторяют первый этап электрохимического осаждения, затем повторяют второй этап воздействия плазмой, и так попеременно - электрохимическое и плазменное воздействие до получения заданной толщины покрытия.Next, the first stage of electrochemical deposition is repeated, then the second stage of exposure to plasma is repeated, and so alternately - electrochemical and plasma exposure until a given coating thickness is obtained.

В результате получают гладкое наноструктурированное хромовое покрытие за более короткий срок по сравнению с прототипом.The result is a smooth nanostructured chromium coating in a shorter time compared to the prototype.

Толщина покрытия варьируется от 100 до 150 мкм. The coating thickness varies from 100 to 150 microns.

Микротвердость покрытий варьируется от 900 до 1000 кг/мм2.The microhardness of coatings varies from 900 to 1000 kg/mm 2 .

Гладкость наноструктурированного хромового покрытия, то есть уменьшение шероховатости поверхности покрытия достигается за счет того, что на втором этапе проводят воздействие на хромовое покрытие плазмой, то есть под воздействием электрического разряда создается паровоздушная оболочка, при этом происходит термическая плазменная обработка (оплавление) покрытия, вследствие чего происходит наноструктурирование не локально участков поверхности изделия, где формируется покрытие, как в прототипе, а на всей поверхности изделия, так как в заявленном техническом решении используется сглаженное напряжение за счет подключения к источнику питания емкостного индукционного фильтра. Емкостный индукционный фильтр обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения - постоянное напряжение, не снижаемое до нуля.The smoothness of the nanostructured chromium coating, that is, the reduction of the surface roughness of the coating, is achieved due to the fact that at the second stage, the chromium coating is exposed to plasma, that is, under the influence of an electric discharge, a vapor-air shell is created, while thermal plasma treatment (melting) of the coating occurs, as a result of which nanostructuring occurs not locally on the surface of the product where the coating is formed, as in the prototype, but on the entire surface of the product, since the claimed technical solution uses a smoothed voltage by connecting a capacitive induction filter to the power source . The capacitive induction filter provides an adjustable smoothed voltage waveform - a constant voltage that does not drop to zero.

Таким образом, в заявленном техническом решении процесс плазменно-электрохимического хромирования происходит при непрерывном чередовании электрохимического воздействия на поверхность изделия, а затем - воздействие плазмы.Thus, in the claimed technical solution, the process of plasma-electrochemical chromium plating occurs with a continuous alternation of electrochemical effects on the surface of the product, and then the effects of plasma.

Низкотемпературная плазма образуется на катоде (14), в качестве которого выступает хромируемое изделие, расположенном горизонтально над электролитом (16), в месте падения струи электролита, стекающего с полости анода (15) на катод (14).Low-temperature plasma is formed on the cathode (14), which is a chrome-plated product located horizontally above the electrolyte (16), at the point where the electrolyte jet falling from the anode cavity (15) onto the cathode (14) falls.

Первый этап - электрохимическое воздействие начинается при малых напряжениях, например, 40-60 В и средних значениях плотностей тока 100-200 А/дм2.The first stage - electrochemical action begins at low voltages, for example, 40-60 V and average current densities of 100-200 A/dm 2 .

Затем проводят второй этап - повышают напряжение с обычных значений электрохимического осаждения хрома, например, с 40-60 В, до значений 150-200 В, при этом происходит горение разряда (его термическая обработка) и образование паровоздушной оболочки.Then the second stage is carried out - the voltage is increased from the usual values of electrochemical chromium deposition, for example, from 40-60 V, to values of 150-200 V, while the discharge burns (its heat treatment) and the formation of a vapor-air shell.

Под воздействием плазмы происходит формирование наноструктурированного хромового покрытия с высокой степенью гладкости покрытия, а именно шероховатостью до 0,5 мкм. Under the influence of plasma, a nanostructured chromium coating is formed with a high degree of smoothness of the coating, namely, a roughness of up to 0.5 μm.

Тем самым достигают заявленный технический результат - получение наноструктурированного хромового покрытия.Thus, the claimed technical result is achieved - obtaining a nanostructured chromium coating.

При этом в заявленном способе хромовое покрытие толщиной 0,5 мкм (задают время, исходя из скорости осаждения равной 0,03-0,06 мм/ч) сначала наносят электрохимическим способом, затем происходит горение разряда 150-200 В (его термическая обработка) и наноструктурирование, затем горение разряда прекращают (гасят) в течении 1-2 секунд путем уменьшения величины напряжения до визуального прекращения свечения плазмы, например, 100 В, плотность тока снижают до 40 А/дм2 (это необходимо для начала нового цикла нанесения покрытия), затем опять начинают процесс электрохимического осаждения и так попеременно обеспечивают электрохимическое и плазменное воздействие, что в конечном итоге обеспечивает получение гладкого наноструктурированного покрытия толщиной до 0,5 мкм.At the same time, in the claimed method, a chromium coating with a thickness of 0.5 μm (time is set based on the deposition rate equal to 0.03-0.06 mm/h) is first applied by an electrochemical method, then a 150-200 V discharge burns (its heat treatment) and nanostructuring, then the discharge burning is stopped (extinguished) for 1-2 seconds by reducing the voltage to visual cessation of the plasma glow, for example, 100 V, the current density is reduced to 40 A / dm2 (this is necessary to start a new coating cycle), then the process of electrochemical deposition is started again and so alternately provides electrochemical and plasma effects, which ultimately provides a smooth nanostructured coating with a thickness of up to 0.5 μm.

Далее заявителем приведено более подробное пояснение этапов заявленного способа по варианту 3.Further, the applicant provides a more detailed explanation of the steps of the claimed method according to option 3.

Первый этап электрохимического гальванического осаждения хрома.The first stage of electrochemical galvanic deposition of chromium.

В электролитическую ванну помещают раствор-электролит, например, состава: Cr2SO4•6H2O - 20 г/л, H2SO4 - 40 г/л, NH4COOH - 40-50 г/л, NH4Br - 10 г/л, KCl - 60 г/л, H3BO4 -40 г/л, Na2SO4 -50 г/л, NH4Cl - 75 г/л при средних значениях плотностей тока 100-200 А/дм2 и напряжении 40-60 В.An electrolyte solution is placed in the electrolytic bath, for example, of the composition: Cr 2 SO 4 • 6H 2 O - 20 g / l, H 2 SO 4 - 40 g / l, NH 4 COOH - 40-50 g / l, NH 4 Br - 10 g / l, KCl - 60 g / l, H 3 BO 4 -40 g / l, Na 2 SO 4 -50 g / l, NH 4 Cl - 75 g / l at average current densities of 100-200 A / dm 2 and voltage 40-60 V.

Металлическое хромируемое изделие (катод), например, из чугуна, стали, его сплавов, выполненное в виде пластины, размещают под анодом, выполненным в виде полой пластины из графита, и закрепляют горизонтально над электролитом.A metal chromium-plated product (cathode), for example, made of cast iron, steel, its alloys, made in the form of a plate, is placed under the anode, made in the form of a hollow graphite plate, and fixed horizontally above the electrolyte.

К аноду прикрепляют дозатор электролита, между электролитом в электролитической ванне и дозатором устанавливают трубку подачи электролита, к трубке крепят перистальтический насос. При включении перистальтического насоса происходит циркуляция электролита из электролитической ванны через трубку подачи электролита, далее через дозатор, далее через полость анода струйно на хромируемое изделие (катод). Далее электролит сливается в электролитическую ванну.An electrolyte dispenser is attached to the anode, an electrolyte supply tube is installed between the electrolyte in the electrolytic bath and the dispenser, and a peristaltic pump is attached to the tube. When the peristaltic pump is turned on, the electrolyte circulates from the electrolytic bath through the electrolyte supply tube, then through the dispenser, then through the anode cavity in a jet onto the chrome-plated product (cathode). Next, the electrolyte is drained into the electrolytic bath.

В электрическую цепь включают емкостный индукционный фильтр, подключают электрический ток до средних значений плотностей тока 100-200 А/дм2. Обработка током происходит для образования на поверхности металла слоя хрома определённой толщины. Скорость осаждения слоя хрома при плотности тока 100-200 А/дм2 составляет 0,03- 0,06 мм/ч. Указанная скорость осаждения приведена в качестве примера.A capacitive induction filter is included in the electrical circuit, an electric current is connected up to average current densities of 100-200 A / dm2. Current treatment occurs to form a chromium layer of a certain thickness on the metal surface. Chromium layer deposition rate at a current density of 100-200 A/dm2 is 0.03-0.06 mm/h. Indicated speed deposition is given as an example.

Указанный в заявленном техническом решении электролит имеет оптимальный состав. Стандартный электролит для осаждения хрома содержит два основных компонента: хромовый ангидрид и серную кислоту. Массовое соотношение между компонентами должно быть: хромовый ангидрид: серная кислота = 100 : 1. При таком соотношении достигается наиболее высокий выход по току.Specified in the claimed technical solution, the electrolyte has an optimal composition. The standard electrolyte for chromium deposition contains two main components: chromic anhydride and sulfuric acid. The mass ratio between the components should be: chromic anhydride: sulfuric acid = 100: 1. With this ratio, the highest current efficiency is achieved.

Второй этап воздействия плазмой.The second stage of exposure to plasma.

Затем при достижении на первом этапе толщины хромового покрытия до 0,5 мкм (задают время, исходя из скорости осаждения равной 0,03-0,06 мм/ч) повышают напряжение с классических значений электрохимического осаждения хрома (например, 40-60 В) до значений, например, 150-200 В, в результате чего происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины. Включенный в электрическую цепь емкостный индукционный фильтр обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения - постоянное напряжение, не снижаемое до нуля, что дает возможность равномерного воздействия плазмы на хромированную поверхность изделия.Then, when the thickness of the chromium coating reaches 0.5 µm at the first stage (the time is set based on the deposition rate equal to 0.03-0.06 mm/h) increase the voltage from the classical values of electrochemical chromium deposition (for example, 40-60 V) to values, for example, 150-200 V, as a result of which a gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire plate surface. The capacitive induction filter included in the electrical circuit provides an adjustable smoothed voltage shape - a constant voltage that does not decrease to zero, which makes it possible for the plasma to act uniformly on the chrome-plated surface of the product.

При этом паровоздушная (плазменная) оболочка и горение разряда вокруг анода обеспечивает формирование, под воздействием плазмы, наноструктурированного покрытия с высокой степенью гладкости - значения шероховатости до 0,5 мкм.In this case, the vapor-air (plasma) shell and the burning of the discharge around the anode ensures the formation, under the influence of plasma, of a nanostructured coating with a high degree of smoothness - roughness values up to 0.5 μm.

При воздействии высокой температуры, образовавшейся в результате горения разряда, происходит наноструктурирование хромового покрытия, полученного во время первого этапа электрохимического осаждения. После этого горение разряда прекращают (гасят) путем уменьшения величины напряжения до визуального прекращения свечения плазмы (до ~ 100 В), плотность тока снижается до 40 А/дм2. На этом второй этап завершен.When exposed to a high temperature, formed as a result of the burning of the discharge, the nanostructuring of the chromium coating obtained during the first stage of electrochemical deposition occurs. After that, the burning of the discharge is stopped (quenched) by reducing the voltage until the visual cessation of the glow of the plasma (up to ~ 100 V), the current density is reduced to 40 A/dm 2 . This completes the second stage.

Затем снова непрерывно проводят первый этап - процесс электрохимического осаждения, затем непрерывно второй этап, и так попеременно - электрохимическое и плазменное воздействие.Then again the first stage is continuously carried out - the process of electrochemical deposition, then the second stage is continuously carried out, and so alternately - electrochemical and plasma effects.

Тем самым получают наноструктурированное покрытие с шероховатостью поверхности менее 0,5 мкм.Thus, a nanostructured coating with a surface roughness of less than 0.5 µm is obtained.

Благодаря заявленному способу воздействия плазмы происходит равномерное формирование наноструктурированного покрытия при хромировании, дефекты на поверхности изделия устраняются, зерна измельчаются, а механические и электрохимические свойства улучшаются. Это означает, что заявленное техническое решение является эффективным способом получения высококачественных хромовых покрытий.Thanks to the claimed method of exposure to plasma, a uniform formation of a nanostructured coating occurs during chromium plating, defects on the surface of the product are eliminated, grains are crushed, and mechanical and electrochemical properties are improved. This means that the claimed technical solution is an effective way to obtain high-quality chromium coatings.

Заявленный способ, реализованный на заявленном устройстве, применим для всех известных составов электролитов, которые применяются при получении хромовых покрытий.The claimed method, implemented on the claimed device, is applicable to all known electrolyte compositions that are used in the production of chromium coatings.

Далее заявителем приведены примеры осуществления заявленного способа на заявленном устройстве. Further, the applicant provides examples of the implementation of the claimed method on the claimed device.

Пример 1. Получение наноструктурированного хромового покрытия, например, при начальном напряжении на электродах 40 В и плотности тока 100 А/дмExample 1. Obtaining a nanostructured chromium coating, for example, at an initial voltage on the electrodes of 40 V and a current density of 100 A/dm 22 и при использовании первого варианта электродных систем. and when using the first version of the electrode systems.

Берут устройство по варианту 1 (Фиг.3а).Take the device according to option 1 (Fig.3a).

Берут, например, образец стержня, изготовленного из нержавеющей стали 12Х18Н9Т, размерами 10 мм *10 мм *3 мм и помещают в электролитическую ванну, содержащую, например, электролит состава Cr2SO4•6H2O - 20 г/л, H2SO4 - 40 г/л, NH4COOH - 40-50 г/л, NH4Br - 10 г/л, KCl - 60 г/л, H3BO4 -40 г/л, Na2SO4 -50 г/л, NH4Cl - 75 г/л. К пластине подключают отрицательный электрод. В начальный момент времени прикладывают напряжение 40 В и плотность тока 100 А/дм2, ждут 10 секунд, за это время происходит электрохимическое осаждение хромового покрытия, на 11 секунде проводят воздействие плазмой, для чего резко повышают напряжение до значений 150В. При данных значениях происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины. На 21 секунде горение разряда прекращается и повторно запускается процесс электрохимического осаждения хромового покрытия при напряжении 40 В и плотность тока 100 А/дм2. Таким образом, происходит циклическое электрохимическое осаждение и воздействие плазмой. Если рассмотреть временной промежуток одного цикла, то электрохимическое осаждение в цикле длится 10 сек, затем воздействие плазмой также 10 сек. Общее время формирования покрытия в среднем занимает 900 секунд. Скорость осаждения слоя хрома составляет 0,03 - 0,06 мм/ч.Take, for example, a sample of a rod made of stainless steel 12X18H9T, with dimensions of 10 mm * 10 mm * 3 mm and placed in an electrolytic bath containing, for example, an electrolyte of the composition Cr 2 SO 4 • 6H 2 O - 20 g / l, H 2 SO 4 - 40 g / l, NH 4 COOH - 40-50 g / l, NH 4 Br - 10 g / l, KCl - 60 g / l, H 3 BO 4 -40 g / l, Na 2 SO 4 - 50 g/l, NH 4 Cl - 75 g/l. A negative electrode is connected to the plate. At the initial time, a voltage of 40 V and a current density of 100 A / dm 2 are applied, they wait 10 seconds, during this time electrochemical deposition of the chromium coating occurs, at 11 seconds the plasma is applied, for which the voltage is sharply increased to values of 150V. At these values, the gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire surface of the plate. At 21 seconds, the discharge burning stops and the process of electrochemical deposition of a chromium coating is restarted at a voltage of 40 V and a current density of 100 A/dm 2 . Thus, there is a cyclic electrochemical deposition and exposure to plasma. If we consider the time interval of one cycle, then the electrochemical deposition in the cycle lasts 10 seconds, then the plasma exposure also lasts 10 seconds. The total time of coating formation takes on average 900 seconds. The deposition rate of the chromium layer is 0.03 - 0.06 mm/h.

В данных условиях формирования наноструктурированного покрытия минимальная толщина получаемого покрытия составляет 15 мкм. Внешне покрытие имеет серебряный цвет.Under these conditions of formation of a nanostructured coating, the minimum thickness of the resulting coating is 15 μm. Externally, the coating has a silver color.

Пример 2. Получение наноструктурированного хромового покрытия, например, при напряжении на электродах 60 В и плотности тока 200 А/дмExample 2. Obtaining a nanostructured chromium coating, for example, at a voltage on the electrodes of 60 V and a current density of 200 A/dm 22 и при использовании первого варианта электродных систем. and when using the first version of the electrode systems.

Берут устройство по варианту 1 (Фиг.3а).Take the device according to option 1 (Fig.3a).

Берут, например, образец стержня, изготовленного из нержавеющей стали 12Х18Н9Т, размерами 10 мм *10 мм *3 мм и помещают в электролитическую ванну, содержащую, например, электролит состава Cr2SO4•6H2O - 20 г/л, H2SO4 - 40 г/л, NH4COOH - 40-50 г/л, NH4Br - 10 г/л, KCl - 60 г/л, H3BO4 -40 г/л, Na2SO4 -50 г/л, NH4Cl - 75 г/л. К пластине подключают отрицательный электрод. В начальный момент времени прикладывают напряжение 60 В и плотность тока 200 А/дм2, ждут 10 секунд, за это время происходит электрохимическое осаждение хромового покрытия, на 11 секунде проводят воздействие плазмой, для чего резко повышают напряжение до значения 200 В. При данных значениях происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины. На 21 секунде горение разряда прекращается и повторно запускается процесс электрохимического осаждения хромового покрытия при напряжении 60 В и плотность тока 200 А/дм2. Таким образом, происходит циклическое электрохимическое осаждение и воздействие плазмой. Если рассмотреть временной промежуток одного цикла, то электрохимическое осаждение в цикле длится 10 сек, затем воздействие плазмой также 10 сек. Общее время формирования покрытия в среднем занимает 900 секунд. Скорость осаждения слоя хрома составляет 0,03 - 0,06 мм/ч.Take, for example, a sample of a rod made of stainless steel 12X18H9T, with dimensions of 10 mm * 10 mm * 3 mm and placed in an electrolytic bath containing, for example, an electrolyte of the composition Cr 2 SO 4 • 6H 2 O - 20 g / l, H 2 SO 4 - 40 g / l, NH 4 COOH - 40-50 g / l, NH 4 Br - 10 g / l, KCl - 60 g / l, H 3 BO 4 -40 g / l, Na 2 SO 4 - 50 g/l, NH 4 Cl - 75 g/l. A negative electrode is connected to the plate. At the initial moment of time, a voltage of 60 V and a current density of 200 A / dm 2 are applied, they wait 10 seconds, during which time the electrochemical deposition of the chromium coating occurs, at 11 seconds the plasma is applied, for which the voltage is sharply increased to a value of 200 V. At these values a gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire surface of the plate. At 21 seconds, the discharge burning stops and the process of electrochemical deposition of a chromium coating is restarted at a voltage of 60 V and a current density of 200 A/dm 2 . Thus, there is a cyclic electrochemical deposition and exposure to plasma. If we consider the time interval of one cycle, then the electrochemical deposition in the cycle lasts 10 seconds, then the plasma exposure also lasts 10 seconds. The total time of coating formation takes on average 900 seconds. The deposition rate of the chromium layer is 0.03 - 0.06 mm/h.

В данных условиях формирования наноструктурированного покрытия минимальная толщина получаемого покрытия составляет 15 мкм. Внешне покрытие имеет серебряный цвет.Under these conditions of formation of a nanostructured coating, the minimum thickness of the resulting coating is 15 μm. Externally, the coating has a silver color.

Пример 3. Получение наноструктурированного хромового покрытия, например, при напряжении на электродах 40 В и плотности тока 100 А/дмExample 3. Obtaining a nanostructured chromium coating, for example, at an electrode voltage of 40 V and a current density of 100 A/dm 22 и при использовании второго варианта электродных систем. and when using the second version of the electrode systems.

Берут устройство по варианту 2 (Фиг.3б).Take the device according to option 2 (Fig.3b).

Берут, например, образец плоской пластины, изготовленного из нержавеющей, стали 12Х18Н9Т, размерами 10 мм *10 мм *3 мм, помещают ее в диэлектрический чехол, выполненный с круглым отверстием, и помещают в электролитическую ванну, содержащую, например, электролит состава Cr2SO4•6H2O - 20 г/л, H2SO4 - 40 г/л, NH4COOH - 40-50 г/л, NH4Br - 10 г/л, KCl - 60 г/л, H3BO4 -40 г/л, Na2SO4 -50 г/л, NH4Cl - 75 г/л. К пластине подключают отрицательный электрод. В начальный момент времени прикладывают напряжение 40 В и плотность тока 100 А/дм2, ждут 10 секунд, за это время происходит электрохимическое осаждение хромового покрытия, на 11 секунде проводят воздействие плазмой, для чего резко повышают напряжение до значения 150 В. При данных значениях происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины. На 21 секунде горение разряда прекращается и повторно запускается процесс электрохимического осаждения хромового покрытия при напряжении 40 В и плотность тока 100 А/дм2. Таким образом, происходит циклическое электрохимическое осаждение и воздействие плазмой. Если рассмотреть временной промежуток одного цикла, то электрохимическое осаждение в цикле длится 10 сек, затем воздействие плазмой также 10 сек. Общее время формирования покрытия в среднем занимает 900 секунд. Скорость осаждения слоя хрома составляет 0,03 - 0,06 мм/ч.Take, for example, a sample of a flat plate made of stainless steel 12X18H9T, with dimensions of 10 mm * 10 mm * 3 mm, place it in a dielectric case made with a round hole, and place it in an electrolytic bath containing, for example, an electrolyte of the composition Cr 2 SO 4 •6H 2 O - 20 g/l, H 2 SO 4 - 40 g/l, NH 4 COOH - 40-50 g/l, NH 4 Br - 10 g/l, KCl - 60 g/l, H 3 BO 4 -40 g/l, Na 2 SO 4 -50 g/l, NH 4 Cl - 75 g/l. A negative electrode is connected to the plate. At the initial moment of time, a voltage of 40 V and a current density of 100 A / dm 2 are applied, they wait 10 seconds, during this time electrochemical deposition of the chromium coating occurs, at 11 seconds the plasma is applied, for which the voltage is sharply increased to a value of 150 V. At these values a gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire surface of the plate. At 21 seconds, the discharge burning stops and the process of electrochemical deposition of a chromium coating is restarted at a voltage of 40 V and a current density of 100 A/dm 2 . Thus, there is a cyclic electrochemical deposition and exposure to plasma. If we consider the time interval of one cycle, then the electrochemical deposition in the cycle lasts 10 seconds, then the plasma exposure also lasts 10 seconds. The total time of coating formation takes on average 900 seconds. The deposition rate of the chromium layer is 0.03 - 0.06 mm/h.

В данных условиях формирования наноструктурированного покрытия минимальная толщина получаемого покрытия составляет 15 мкм. Внешне покрытие имеет серебряный цвет.Under these conditions of formation of a nanostructured coating, the minimum thickness of the resulting coating is 15 μm. Externally, the coating has a silver color.

Пример 4. Получение наноструктурированного хромового покрытия, например, при напряжении на электродах 60 В и плотности тока 200 А/дмExample 4 Obtaining a nanostructured chromium coating, for example, at an electrode voltage of 60 V and a current density of 200 A/dm 22 и при использовании второго варианта электродных систем. and when using the second version of the electrode systems.

Берут устройство по варианту 2 (Фиг.3б).Take the device according to option 2 (Fig.3b).

Берут, например, образец плоской пластины, изготовленного из нержавеющей, стали 12Х18Н9Т, размерами 10 мм *10 мм *3 мм, помещают ее в диэлектрический чехол, выполненный с круглым отверстием, и помещают в электролитическую ванну, содержащую, например, электролит состава Cr2SO4•6H2O - 20 г/л, H2SO4 - 40 г/л, NH4COOH - 40-50 г/л, NH4Br - 10 г/л, KCl - 60 г/л, H3BO4 -40 г/л, Na2SO4 -50 г/л, NH4Cl - 75 г/л. К пластине подключают отрицательный электрод. В начальный момент времени прикладывают напряжение 60 В и плотность тока 200 А/дм2, ждут 10 секунд, за это время происходит электрохимическое осаждение хромового покрытия, на 11 секунде проводят воздействие плазмой, для чего резко повышают напряжение до значений 200 В. При данных значениях происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины. На 21 секунде горение разряда прекращается и повторно запускается процесс электрохимического осаждения хромового покрытия при напряжении 60 В и плотность тока 200 А/дм2. Таким образом, происходит циклическое электрохимическое осаждение и воздействие плазмой. Если рассмотреть временной промежуток одного цикла, то электрохимическое осаждение в цикле длится 10 сек, затем воздействие плазмой также 10 сек. Общее время формирования покрытия в среднем занимает 900 секунд. Скорость осаждения слоя хрома составляет 0,03 - 0,06 мм/ч.Take, for example, a sample of a flat plate made of stainless steel 12X18H9T, with dimensions of 10 mm * 10 mm * 3 mm, place it in a dielectric case made with a round hole, and place it in an electrolytic bath containing, for example, an electrolyte of the composition Cr 2 SO 4 •6H 2 O - 20 g/l, H 2 SO 4 - 40 g/l, NH 4 COOH - 40-50 g/l, NH 4 Br - 10 g/l, KCl - 60 g/l, H 3 BO 4 -40 g/l, Na 2 SO 4 -50 g/l, NH 4 Cl - 75 g/l. A negative electrode is connected to the plate. At the initial moment of time, a voltage of 60 V and a current density of 200 A / dm 2 are applied, they wait 10 seconds, during this time electrochemical deposition of the chromium coating occurs, at 11 seconds the plasma is applied, for which the voltage is sharply increased to values of 200 V. At these values a gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire surface of the plate. At 21 seconds, the discharge burning stops and the process of electrochemical deposition of a chromium coating is restarted at a voltage of 60 V and a current density of 200 A/dm 2 . Thus, there is a cyclic electrochemical deposition and exposure to plasma. If we consider the time interval of one cycle, then the electrochemical deposition in the cycle lasts 10 seconds, then the plasma exposure also lasts 10 seconds. The total time of coating formation takes on average 900 seconds. The deposition rate of the chromium layer is 0.03 - 0.06 mm/h.

В данных условиях формирования наноструктурированного покрытия минимальная толщина получаемого покрытия составляет 15 мкм. Внешне покрытие имеет серебряный цвет.Under these conditions of formation of a nanostructured coating, the minimum thickness of the resulting coating is 15 μm. Externally, the coating has a silver color.

Пример 5. Получение наноструктурированного хромового покрытия, например, при напряжении на электродах 40 В и плотности тока 100 А/дмExample 5. Obtaining a nanostructured chromium coating, for example, at an electrode voltage of 40 V and a current density of 100 A/dm 22 и при использовании третьего варианта электродных систем. and when using the third version of the electrode systems.

Берут устройство по варианту 3 (Фиг.3в).Take the device according to option 3 (Fig.3c).

В качестве катода (14) берут, например, образец плоской пластины, изготовленной из нержавеющей стали 12Х18Н9Т, размерами 10 мм *10 мм *3 мм, размещают ее горизонтально, под анодом (15), размещенным вертикально. С помощью перистальтического насоса через трубку подачи электролита, далее через пластиковый дозатор (18) в полость анода (15) подается электролит, например, состава Cr2SO4•6H2O - 20 г/л, H2SO4 - 40 г/л, NH4COOH - 40-50 г/л, NH4Br - 10 г/л, KCl - 60 г/л, H3BO4 -40 г/л, Na2SO4 -50 г/л, NH4Cl - 75 г/л. Анод (15) в данном случае представляет собой полую пластину, выполненную из графита, внутри которой обеспечивается стекание электролита (2) через отверстие пластикового дозатора (18) диаметром, например, 2 мм, на катод (14), а затем стекание его (электролита) в электролитическую ванну (2).As a cathode (14) take, for example, a sample of a flat plate made of stainless steel 12X18H9T, dimensions 10 mm * 10 mm * 3 mm, placed horizontally, under the anode (15), placed vertically. With a peristaltic pump through the electrolyte supply tube, then through a plastic dispenser (18) an electrolyte is supplied into the anode cavity (15), for example, the composition Cr2SO4•6H2O - 20 g/l, H2SO4 - 40 g/l, NH4COOH - 40-50 g/l, NH4Br - 10 g/l, KCl - 60 g/l, H3BO4 -40 g/l, Na2SO4 -50 g/l, NH4Cl - 75 g/l. The anode (15) in this case is a hollow plate made of graphite, inside which the electrolyte (2) drains through the hole of the plastic dispenser (18) with a diameter of, for example, 2 mm, onto the cathode (14), and then draining it (electrolyte) into the electrolytic bath (2).

В начальный момент времени прикладывают напряжение 40 В и плотность тока 100 А/дм2, ждут 10 секунд, за это время происходит электрохимическое осаждение хромового покрытия, на 11 секунде проводят воздействие плазмой, для чего резко повышают напряжение до значения 150 В. При данном значении происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины. На 21 секунде горение разряда прекращается и повторно запускается процесс электрохимическое осаждение хромового покрытия при напряжении 40 В и плотность тока 100 А/дм2. Таким образом происходит циклическое электрохимическое осаждение и воздействие плазмой. Если рассмотреть временной промежуток одного цикла, то электрохимическое осаждение в цикле длится 10 сек, а воздействие плазмой также 10 сек. Общее время формирования покрытия в среднем занимает 900 секунд. Скорость осаждения слоя хрома составляет 0,03 - 0,06 мм/ч.At the initial moment of time, a voltage of 40 V and a current density of 100 A / dm 2 are applied, they wait 10 seconds, during this time electrochemical deposition of the chromium coating occurs, at 11 seconds the plasma is applied, for which the voltage is sharply increased to a value of 150 V. At this value a gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire surface of the plate. At 21 seconds, the discharge burning stops and the process of electrochemical deposition of a chromium coating is restarted at a voltage of 40 V and a current density of 100 A/dm 2 . Thus, cyclic electrochemical deposition and exposure to plasma occur. If we consider the time interval of one cycle, then the electrochemical deposition in the cycle lasts 10 seconds, and the plasma exposure also lasts 10 seconds. The total time of coating formation takes on average 900 seconds. The deposition rate of the chromium layer is 0.03 - 0.06 mm/h.

В данных условиях формирования наноструктурированного покрытия минимальная толщина получаемого покрытия составляет 30 мкм. Внешне покрытие имеет серебряный цвет.Under these conditions of formation of a nanostructured coating, the minimum thickness of the resulting coating is 30 μm. Externally, the coating has a silver color.

Пример 6. Получение наноструктурированного хромового покрытия, например, при напряжении на электродах 60 В и плотности тока 200 А/дмExample 6. Obtaining a nanostructured chromium coating, for example, at a voltage on the electrodes of 60 V and a current density of 200 A/dm 22 и при использовании третьего варианта электродных систем. and when using the third version of the electrode systems.

Берут устройство по варианту 3 (Фиг.3в).Take the device according to option 3 (Fig.3c).

В качестве катода (14) берут, например, образец плоской пластины, изготовленной из нержавеющей стали 12Х18Н9Т, размерами 10 мм *10 мм *3 мм, размещают ее горизонтально, под анодом (15), размещенным вертикально. С помощью перистальтического насоса через трубку подачи электролита, далее через пластиковый дозатор (18) в полость анода (15) подается электролит, например, состава Cr2SO4•6H2O - 20 г/л, H2SO4 - 40 г/л, NH4COOH - 40-50 г/л, NH4Br - 10 г/л, KCl - 60 г/л, H3BO4 -40 г/л, Na2SO4 -50 г/л, NH4Cl - 75 г/л. Анод (15) в данном случае представляет собой полую пластину, выполненную из графита, внутри которой обеспечивается стекание электролита (2) через отверстие пластикового дозатора (18) диаметром, например, 2 мм на катод (14), а затем стекание его (электролита) в электролитическую ванну (2).As a cathode (14) take, for example, a sample of a flat plate made of stainless steel 12X18H9T, dimensions 10 mm * 10 mm * 3 mm, placed horizontally, under the anode (15), placed vertically. With a peristaltic pump through the electrolyte supply tube, then through a plastic dispenser (18) an electrolyte is supplied into the anode cavity (15), for example, the composition Cr2SO4•6H2O - 20 g/l, H2SO4 - 40 g/l, NH4COOH - 40-50 g/l, NH4Br - 10 g/l, KCl - 60 g/l, H3BO4 -40 g/l, Na2SO4 -50 g/l, NH4Cl - 75 g/l. The anode (15) in this case is a hollow plate made of graphite, inside which the electrolyte (2) drains through the hole of the plastic dispenser (18) with a diameter of, for example, 2 mm onto the cathode (14), and then draining it (electrolyte) into the electrolytic bath (2).

В начальный момент времени прикладывают напряжение 60 В и плотность тока 200 А/дм2, ждут 10 секунд, за это время происходит электрохимическое осаждение хромового покрытия, на 11 секунде проводят воздействие плазмой, для чего резко повышают напряжение до значения 200 В. При данном значении происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающей всю поверхность пластины. На 21 секунде горение разряда прекращается и повторно запускается процесс электрохимическое осаждение хромового покрытия при напряжении 60 В и плотность тока 200 А/дм2. Таким образом происходит циклическое электрохимическое осаждение и воздействие плазмой. Если рассмотреть временной промежуток одного цикла, то электрохимическое осаждение в цикле длится 10 сек, а воздействие плазмой также 10 сек. Общее время формирования покрытия в среднем занимает 900 секунд. Скорость осаждения слоя хрома составляет 0,03 - 0,06 мм/ч.At the initial moment of time, a voltage of 60 V and a current density of 200 A / dm 2 are applied, they wait 10 seconds, during this time electrochemical deposition of the chromium coating occurs, at 11 seconds the plasma is applied, for which the voltage is sharply increased to a value of 200 V. At this value a gas discharge burns in a vapor-air shell covering the entire surface of the plate. At 21 seconds, the discharge burning stops and the process of electrochemical deposition of a chromium coating is restarted at a voltage of 60 V and a current density of 200 A/dm 2 . Thus, cyclic electrochemical deposition and exposure to plasma occur. If we consider the time interval of one cycle, then the electrochemical deposition in the cycle lasts 10 seconds, and the plasma exposure also lasts 10 seconds. The total time of coating formation takes on average 900 seconds. The deposition rate of the chromium layer is 0.03 - 0.06 mm/h.

В данных условиях формирования наноструктурированного покрытия минимальная толщина получаемого покрытия составляет 30 мкм. Внешне покрытие имеет серебряный цвет.Under these conditions of formation of a nanostructured coating, the minimum thickness of the resulting coating is 30 μm. Externally, the coating has a silver color.

Таким образом, из описанного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнуты поставленные цели и заявленный технический результат, а именно, разработан способ и устройство для его реализации, устраняющие недостатки прототипа, а именно, позволяющие достигнуть скорости осаждения слоя хрома 0,03 - 0,06 мм/ч. При этом достигнуто:Thus, from the above, we can conclude that the applicant has achieved the set goals and the claimed technical result , namely, a method and device for its implementation have been developed, eliminating the disadvantages of the prototype, namely, allowing to achieve a chromium layer deposition rate of 0.03 - 0, 06 mm/h. At the same time, it has been achieved:

1 - уменьшение шероховатости поверхности покрытия за счет того, что разряды горят не отдельно на поверхности, где формируются покрытия, а на всей поверхности, так как используется сглаженное напряжение за счет крепления к источнику питания емкостного индукционного фильтра; Шероховатость поверхности измеряли профилометром модели 283 по ГОСТ 19300-86.1 - reduction of the surface roughness of the coating due to the fact that the discharges do not burn separately on the surface where the coatings are formed, but on the entire surface, since a smoothed voltage is used due to the capacitive induction filter attached to the power source; The surface roughness was measured with a model 283 profilometer according to GOST 19300-86.

2 - улучшение внешнего вида изделия, благодаря предлагаемому способу воздействия плазмы, по которому происходит равномерное наноструктурированное плавление, дефекты на поверхности изделия устраняются, зерна измельчаются, а механические и электрохимические свойства улучшаются;2 - improving the appearance of the product, thanks to the proposed method of plasma exposure, according to which uniform nanostructured melting occurs, defects on the surface of the product are eliminated, grains are crushed, and mechanical and electrochemical properties are improved;

3 - сокращение времени процесса плазменно-электрохимического формирования наноструктурированных хромовых покрытий за счет непрерывного процесса, состоящего из двух этапов: на первом этапе наносится покрытие электрохимическим способом, затем горит разряд, то есть происходит воздействие плазмой, происходит термическая обработка поверхности изделия. При воздействии температуры происходит наноструктурирование, разряд гасится, затем опять начинается процесс электрохимического осаждения и так попеременно из электрохимического и плазменного воздействия, и тем самым получается гладкое наноструктурированное покрытие изделия в более короткие сроки, по сравнению с прототипом, до значений 0,03- 0,06 мм/ч.3 - reduction of the time of the process of plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coatings due to a continuous process consisting of two stages: at the first stage, a coating is applied by an electrochemical method, then a discharge burns, that is, plasma is applied, and the surface of the product is heat treated. When exposed to temperature, nanostructuring occurs, the discharge is extinguished, then the process of electrochemical deposition begins again, and so alternately from electrochemical and plasma effects, and thus a smooth nanostructured coating of the product is obtained in a shorter time, compared with the prototype, up to values of 0.03-0, 06 mm/h.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как из исследованного заявителем уровня техники не выявлена совокупность признаков, приведенная в независимом пункте формулы изобретения.The claimed technical solution complies with the "novelty" patentability condition for inventions, since the set of features given in the independent claim of the invention has not been identified from the prior art studied by the applicant.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, так как из исследованного заявителем уровня техники не выявлена совокупность приведенных в независимом пункте формулы изобретения признаков и совокупность полученных технических результатов.The claimed technical solution complies with the "inventive step" patentability condition for inventions, since the totality of the features listed in the independent claim and the totality of the technical results obtained have not been identified from the prior art studied by the applicant.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, так как заявленное техническое решение возможно реализовать в промышленности посредством применения известных из уровня техники материалов, оборудование и технологий.The claimed technical solution complies with the "industrial applicability" patentability condition for inventions, since the claimed technical solution can be implemented in industry through the use of materials, equipment and technologies known from the prior art.

Источники информацииInformation sources

1. Патент 2409707 кл. С 25 D 15/00. Электролит хромирования / Жирнов Александр Дмитриевич. - заявка №2009139784/02, 2009.10.28, заявл. 2009.10.28, опубл. 2011.01.20.1. Patent 2409707 class. From 25 D 15/00. Electrolyte of chromium plating / Zhirnov Alexander Dmitrievich. - Application No. 2009139784/02, 2009.10.28, Appl. 2009.10.28, publ. 2011.01.20.

2. Патент 2125125 кл. С 25 D 3/04. Способ электрохимического хромирования / Малинин Владимир Федорович - заявка № 97121625/02, 1997.12.24, заявл. 1997.12.24, опубл. 1999.01.20.2. Patent 2125125 class. From 25 D 3/04. The method of electrochemical chromium plating / Malinin Vladimir Fedorovich - Application No. 97121625/02, 1997.12.24, Appl. 1997.12.24, publ. 1999.01.20.

3. Патент 2125126 кл. С 25 D 3/04. Способ электрохимического хромирования в низкоконцентрированном электролите / Малинин Владимир Федорович - заявка № 98102322/02, 1998.01.27, заявл. 1998.01.27, опубл.1999.01.20.3. Patent 2125126 class. From 25 D 3/04. The method of electrochemical chromium plating in a low-concentration electrolyte / Malinin Vladimir Fedorovich - Application No. 98102322/02, 1998.01.27, Appl. 1998.01.27, published 1999.01.20.

4. Properties of nanocrystalline Cr coatings prepared by cathode plasma electrolytic deposition from trivalent chromium electrolyte Cheng Quan, Yedong He / Beijing Key Laboratory for Corrosion, Erosion and Surface Technology, University of Science and Technology Beijing, 100083 Beijing, China.4. Properties of nanocrystalline Cr coatings prepared by cathode plasma electrolytic deposition from trivalent chromium electrolyte Cheng Quan, Yedong He / Beijing Key Laboratory for Corrosion, Erosion and Surface Technology, University of Science and Technology Beijing, 100083 Beijing, China.

Claims (8)

1. Способ плазменно-электрохимического формирования наноструктурированного хромового покрытия, заключающийся в том, что1. The method of plasma-electrochemical formation of a nanostructured chromium coating, which consists in the fact that на первом этапе проводят гальваническое осаждение хрома, для чего катод, представляющий собой хромируемое изделие, помещают в электролитическую ванну с электролитом хромирования, далее в электролитическую ванну с раствором электролита параллельно катоду помещают анод, при этом в электрическую цепь включают емкостный индукционный фильтр, подают электрический ток 100-200 А/дм2 при напряжении 40-60 В, проводят обработку током для образования на поверхности металла слоя хрома;at the first stage, galvanic deposition of chromium is carried out, for which the cathode, which is a chromium-plated product, is placed in an electrolytic bath with chromium plating electrolyte, then an anode is placed in an electrolytic bath with an electrolyte solution parallel to the cathode, while a capacitive induction filter is connected to the electrical circuit, an electric current is supplied 100-200 A / dm 2 at a voltage of 40-60 V, current treatment is carried out to form a chromium layer on the metal surface; на втором этапе проводят воздействие плазмой, для чего при достижении на первом этапе толщины хромового покрытия 0,5 мкм повышают напряжение электрохимического осаждения хрома до значений 150-200 В, в результате чего происходит горение газового разряда в паровоздушной оболочке, охватывающее всю поверхность пластины, при этом включенный в электрическую цепь емкостный индукционный фильтр обеспечивает регулируемую сглаженную форму напряжения в постоянное напряжение, не снижаемое до нуля, что обеспечивает возможность равномерного воздействия плазмы на хромируемую поверхность, при этом горение разряда в виде плазменной оболочки обеспечивает формирование наноструктурированного хромового покрытия, далее после этого горение разряда гасят путем уменьшения величины напряжения до визуального прекращения свечения плазмы с доведением плотности тока до 40 А/дм2, далее повторяют первый и второй этапы до получения заданной толщины наноструктурированного хромового покрытия.at the second stage, exposure to plasma is carried out, for which, when the thickness of the chromium coating reaches 0.5 μm at the first stage, the voltage of electrochemical deposition of chromium is increased to values of 150-200 V, as a result of which a gas discharge burns in a vapor-air shell, covering the entire surface of the plate, at At the same time, the capacitive induction filter included in the electrical circuit provides an adjustable smoothed voltage shape to a constant voltage that does not decrease to zero, which makes it possible for the plasma to act uniformly on the chromium-plated surface, while the discharge burning in the form of a plasma shell ensures the formation of a nanostructured chromium coating, then after that, combustion the discharge is quenched by reducing the voltage value until the plasma glow visually ceases to bring the current density to 40 A/dm 2 , then the first and second stages are repeated until the desired thickness of the nanostructured chromium coating is obtained. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют катод в виде металлического стержня, а анод в виде плоской пластины из графита.2. The method according to claim 1, characterized in that the cathode is used in the form of a metal rod, and the anode is in the form of a flat graphite plate. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют катод в виде плоской пластины из металла, а анод в виде плоской пластины из графита, на катод предварительно плотно надевают диэлектрический чехол с круглым отверстием.3. The method according to claim 1, characterized in that the cathode is used in the form of a flat plate of metal, and the anode is in the form of a flat plate of graphite, a dielectric cover with a round hole is first tightly put on the cathode. 4. Устройство для плазменно-электрохимического формирования наноструктурированного хромового покрытия, включающее электролитическую ванну с электролитом, электродную систему, включающую катод, представляющий собой хромируемое изделие, и анод; к электродной системе подключены: система электрического питания, осциллограф с возможностью контроля формы подаваемого напряжения и электрического тока, добавочное сопротивление, вольтметр с возможностью измерения напряжения, амперметр с возможностью измерения электрического тока разряда, термопара; при этом система электрического питания состоит из диодного моста - совокупности диодов, лабораторного автотрансформатора, емкостного индукционного фильтра, являющегося высоковольтным источником постоянного тока для создания и поддержания горения электрического разряда с возможностью плавного регулирования выходного напряжения в диапазоне от 0 В до 3 кВ и тока в диапазоне от 0 А до 10 А.4. Device for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating, including an electrolytic bath with an electrolyte, an electrode system, including a cathode, which is a chromium-plated product, and an anode; the following are connected to the electrode system: an electrical power system, an oscilloscope with the ability to control the shape of the supplied voltage and electric current, additional resistance, a voltmeter with the ability to measure voltage, an ammeter with the ability to measure the discharge electric current, a thermocouple; at the same time, the power supply system consists of a diode bridge - a combination of diodes, a laboratory autotransformer, a capacitive induction filter, which is a high-voltage direct current source for creating and maintaining electric discharge burning with the ability to smoothly control the output voltage in the range from 0 V to 3 kV and the current in the range from 0 A to 10 A. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что катод выполнен в виде металлического стержня, а анод выполнен в виде плоской пластины из графита, при этом катод и анод расположены параллельно друг другу и погружены в электролит, находящийся в стационарном состоянии в электролитической ванне.5. The device according to claim 4, characterized in that the cathode is made in the form of a metal rod, and the anode is made in the form of a flat graphite plate, while the cathode and anode are parallel to each other and immersed in an electrolyte that is in a stationary state in an electrolytic bath . 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что катод выполнен в виде плоской пластины из металла, а анод выполнен в виде плоской пластины из графита, на катод надет плотно прилегающий диэлектрический чехол с круглым отверстием, при этом катод и анод расположены параллельно друг другу и погружены в электролит, находящийся в стационарном состоянии в электролитической ванне.6. The device according to claim 4, characterized in that the cathode is made in the form of a flat plate of metal, and the anode is made in the form of a flat plate of graphite, a tightly fitting dielectric cover with a round hole is put on the cathode, while the cathode and anode are parallel to each other friend and immersed in an electrolyte that is in a stationary state in an electrolytic bath.
RU2021128290A 2021-09-28 2021-09-28 Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method RU2771409C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128290A RU2771409C1 (en) 2021-09-28 2021-09-28 Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128290A RU2771409C1 (en) 2021-09-28 2021-09-28 Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2022107743A Division RU2775013C1 (en) 2022-03-24 Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2771409C1 true RU2771409C1 (en) 2022-05-04

Family

ID=81458978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021128290A RU2771409C1 (en) 2021-09-28 2021-09-28 Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2771409C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1785294A1 (en) * 1990-04-28 1996-01-27 Липецкий политехнический институт Electrolyte for plasma-electrolytic deposition of chromium-nickel coating
RU2463391C2 (en) * 2010-12-20 2012-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Method to apply double-layer coatings

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1785294A1 (en) * 1990-04-28 1996-01-27 Липецкий политехнический институт Electrolyte for plasma-electrolytic deposition of chromium-nickel coating
RU2463391C2 (en) * 2010-12-20 2012-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Method to apply double-layer coatings

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Cheng Quan, Yedong He Properties of nanocrystalline Cr coatings prepared by cathode plasma electrolytic deposition from trivalent chromium electrolyte. Surface & Coatings Technology 269 (2015), pp 319-323. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Matykina et al. Recent advances in energy efficient PEO processing of aluminium alloys
Fattah-alhosseini et al. Effects of disodium phosphate concentration (Na2HPO4· 2H2O) on microstructure and corrosion resistance of plasma electrolytic oxidation (PEO) coatings on 2024 Al alloy
US9677187B2 (en) Non-metallic coating and method of its production
Roshani et al. Optimization of mechanical properties for pulsed anodizing of aluminum
Mohedano et al. Energy consumption, wear and corrosion of PEO coatings on preanodized Al alloy: The influence of current and frequency
IL109857A (en) Electrolytic process and apparatus for coating metals
Kwolek Hard anodic coatings on aluminum alloys
Fernández-López et al. High performance tribological coatings on a secondary cast Al–Si alloy generated by Plasma Electrolytic Oxidation
RU2124588C1 (en) Process of microplasma oxidation of valve metals and their alloys and gear for its implementation
Belozerov et al. The influence of the conditions of microplasma processing (microarc oxidation in anode-cathode regime) of aluminum alloys on their phase composition
Lv et al. Effect of different electrolytes in micro-arc oxidation on corrosion and tribological performance of 7075 aluminum alloy
Belozerov et al. Effect of electrolysis regimes on the structure and properties of coatings on aluminum alloys formed by anode-cathode micro arc oxidation
US6893551B2 (en) Process for forming coatings on metallic bodies and an apparatus for carrying out the process
RU2771409C1 (en) Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method
RU2775013C1 (en) Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chromium coating and device for implementing the method
CN104911664A (en) Method for lowering unit energy consumption of high-silicon aluminum alloy microarc oxidation
RU2773545C1 (en) Method for plasma-electrochemical formation of nanostructured chrome smooth coating
Yerokhin et al. Anodising of light alloys
US11578420B2 (en) Surface hardening method using post heat treatment of aluminum alloy oxide layer
CA3003199A1 (en) Electrolytic process and apparatus for the surface treatment of non-ferrous metals
Wang et al. Effect of Cathodic Current Density on the Structure and Properties of MAO Coatings on 2195 Al-Li Alloy
CN107345309B (en) A kind of preparation method of high silicon aluminum alloy plasma electrolytic oxidation ceramic coating
Yu et al. 2024 Aluminum Oxide Films Prepared By The Innovative And Environment-Friendly Oxidation Technology
Yusron et al. Enhancement of mechanical properties on aluminum 5052-H32 sheet for automotive panel material using various coating methods
RU2829099C2 (en) Method for producing hard wear-resistant coatings on aluminum alloy products by plasma-electrolytic oxidation