Электролит для электрохимического осаждения сплава никель-бор
Изобретение относится к области электрохимического осаждения металлических покрытий, в частности никелевых, и может быть использовано для получения коррозионностойкого, твердого, термо- и износостойкого покрытия в радиоэлектронной промышленности, машиностроении, например автомобилестроении. Электролит содержит, г/л: сернокислый семиводный никель 280-400, двухлористый шестиводный никель 25-60, борную кислоту 25-60, 1,4-бутиндиол 0,2-1,5, формальдегид 0,02-1,5, натриевую соль сахарина 0,25-2,0, натрия боргидрид 0,1-2,0. Технический результат: расширение рабочего диапазона рН, увеличение скорости осаждения покрытий, увеличение толщины покрытий до 0,5 мм, получение беспористых, коррозионностойких, термо- и износостойких покрытий.
Изобретение относится к области электрохимического осаждения металлических покрытий, в частности никелевых, и может быть использовано для получения коррозионностойкого, твердого, термо- и износостойкого покрытия в машиностроении, приборостроении и в радиоэлектронной промышленности.
Известен электролит для осаждения покрытий никель-бор, содержащий соль никеля, соль полиэдрического бората, никель хлористый, ацетат-ион и уксусную кислоту, который дополнительно содержит "Прогресс" и акрилат-ион, в качестве соли никеля - никель сернокислый, в качестве ацетат-иона - никель уксуснокислый при определенном соотношении компонентов (см. патент РФ №2080422 с приоритетом от 02.02.1993 г.).
Известен также электролит для электрохимического осаждения многофункционального покрытия никель-бор, содержащий никель сернокислый, никель двухлористый, натрий фтористый, формальдегид, малоновую кислоту, сахарин, паратолуолсульфамид, смачиватель СВ-102 и боросодержащую добавку - декагидроборат натрия, принадлежащую к классу "высшие бороводороды" (см. патент РФ №2149927 с приоритетом от 08.06.1998 г.).
Недостатками указанных электролитов являются:
невысокая скорость осаждения покрытия, нестабильность раствора, что требует постоянного контроля за его параметрами, частотой очистки от органических примесей и корректировки электролита, высокая степень наводораживания металлического покрытия и основы покрываемой детали, что снижает физико-химические и механические свойства изделия, дефицитностью и высокой стоимостью применяемых материалов.
Известен электролит для осаждения сплава никель-бор, содержащий соли никеля, борную кислоту, борирующую добавку и воду, в состав которого дополнительно введены 6-метилурацил, 1,4-бутиндиол, сахарин, сернокислый натрий, в качестве солей никеля - сернокислый семиводный никель и двухлористый шестиводный никель, а в качестве борирующей добавки - декагидрокарборат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:
| сернокислый семиводный никель | - 160-300; |
| двухлористый шестиводный никель | - 25-50; |
| борная кислота | - 25-50; |
| сернокислый десятиводный натрий | - 50-100; |
| 1,4-бутиндиол | - 0,05-0,25; |
| сахарин | - 0,5-2,0; |
| 6-метилурацил | - 0,0004-0,002; |
| декагидрокарборат натрия | - 0,05-1,00 |
(см. патент РФ №2058437 с приоритетом от 15.11.1993 г.).
Указанный электролит, как наиболее близкий аналог, может быть принят в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются:
- недостаточная скорость осаждения покрытия при невысоких плотностях тока (1,0-2,0 А/дм2) из-за низкого выхода по току (60-70%), что приводит к невысокой производительности процесса;
- повышенное содержание серы и органических примесей в осадке, что приводит к хрупкости покрытия (т.е. снижению его эластичности) и снижению коррозионной стойкости;
- дефицитность применяемых реактивов (например, 6-метилурацила и сахарина);
- низкий рабочий диапазон рН электролита (4,0-4,8);
- дефицитность борирующих добавок, относящихся к классу высших бороводородов (декагидроборат натрия, декагидрокарборат натрия) из-за прекращения их производства;
- повышенная частота очистки электролита от органических примесей, вводимых в электролит с добавками (6-метилурацил, сахарин и др.).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является:
1. Расширение рабочего диапазона рН среды.
2. Увеличение скорости осаждения покрытия.
3. Получение эластичных беспористых покрытий, удовлетворяющих предъявляемым требованиям по коррозионной стойкости, твердости, термо- и износостойкости.
4. Снижение содержания органических примесей за счет исключения из электролита дополнительных органических добавок.
5. Возможность нанесения больших толщин (до 0,5 мм) покрытия в одном электролите с сохранением заданных свойств.
Согласно изобретению поставленная задача решается введением в состав электролита, содержащего никель сернокислый семиводный, никель двухлористый шестиводный, борную кислоту, формальдегид, 1,4-бутиндиол, взамен сахарина - натриевой соли сахарина, а вместо декагидрокарбората натрия в качестве борирующей добавки - натрия боргидрида, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, г/л:
| сернокислый семиводный никель | - 280-400; |
| двухлористый шестиводный никель | - 25-60; |
| борная кислота | - 25-60; |
| 1,4-бутиндиол | - 0,2-1,5; |
| формальдегид | - 0,02-1,5; |
| сахарина натриевая соль | - 0,25-2,0; |
| натрия боргидрид | - 0,1-2,0. |
Электролит готовят следующим образом:
Предварительно соли никеля, борную кислоту, натрия боргидрид и натриевую соль сахарина растворяют раздельно в дистиллированной воде при комнатной температуре. Растворы фильтруют и смешивают.
Натрия боргидрид, натриевую соль сахарина, 1,4-бутиндиол и формальдегид вводят в электролит непосредственно перед началом электрохимического осаждения покрытия.
Подготовку поверхности изделий перед нанесением покрытия никель-бор проводят стандартными способами с использованием известных растворов.
Осаждение проводят при рН 3,0-5,0, плотности тока 0,5-4,0 А/дм2 и температуре 30-60°С.
Пример:
Электрохимическое осаждение покрытия на предварительно подготовленную поверхность основы осуществляют в электролите, содержащем г/л:
| сернокислый семиводный никель | - 310; |
| двухлористый шестиводный никель | - 40; |
| борная кислота | - 40; |
| формальдегид | - 1,0; |
| сахарина натриевая соль | - 1,0; |
| 1,4-бутиндиол | - 0,5; |
| натрия боргидрид | - 0,5 |
при рН 4,0, плотности тока 1,5 А/дм2 и температуре 50°С.
В течение одного часа получают покрытие толщиной 40 мкм.
Полученное покрытие практически беспористо, хорошо сцеплено с основой, износостойкое, обладает высокими коррозионными, антифрикционными, антипригарными свойствами. Указанные характеристики получаемого покрытия позволяют использовать предложенный электролит в машиностроении, в частности в автомобильной промышленности, для осаждения покрытия на сферические поверхности шаровых пальцев подвески и рулевых тяг.
Высокая стабильность электролита, возможность контроля его состава и своевременной корректировки в процессе осаждения покрытия позволяют получать сравнительно большие толщины в одном электролите с сохранением заданных свойств, в то время как при применении известных электролитов большие толщины покрытий можно получить только послойным нанесением покрытия в различных составах электролитов.
Благодаря универсальным свойствам предложенный электролит имеет широкий диапазон применения, может быть использован не только для получения твердого, прочного покрытия, но и защитно-декоративных покрытий на стали, чугуне, алюминии, меди и других металлах.
Электролит для электрохимического осаждения многофункциональных покрытий на основе никеля, содержащий соли никеля - сернокислый семиводный никель и двухлористый шестиводный никель, 1,4-бутиндиол, борную кислоту, формальдегид, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натриевую соль сахарина, а в качестве борирующей добавки - натрия боргидрид, при следующем соотношении компонентов, г/л:
| Сернокислый семиводный никель | 280-400 |
| Двухлористый шестиводный никель | 25-60 |
| Борная кислота | 25-60 |
| 1,4-Бутиндиол | 0,2-1,5 |
| Формальдегид | 0,02-1,5 |
| Натриевая соль сахарина | 0,25-2,0 |
| Натрия боргидрид | 0,1-2,0 |
