Электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе меди

Изобретение относится к области гальванотехники. Электролит содержит: сульфат меди 220 г/л; серную кислоту 45 г/л; дисперсную фазу - фуллерен С₆₀ 0,03-0,05 г/л и воду. Технический результат состоит в получении качественных защитных покрытий с пониженным коэффициентом шероховатости. 1 табл.

 

Изобретение относится к области гальванотехники и предназначено для получения композиционных электрохимических покрытий на основе меди.

По мере развития гальванотехники все большее распространение получают композиционные покрытия, которые наносятся из электролитов-суспензий, т.е. электролитов, модифицированных добавками высокодисперсных порошков или микроволокон, когда частицы дисперсной фазы при электроосаждении заращиваются металлом, закрепляясь на поверхности изделия в металлической матрице.

Композиционные покрытия получают в тех случаях, когда предусматривается модифицирование поверхности металлических изделий для придания им новых свойств (повышение коррозионной устойчивости, снижение трения и износа, увеличение твердости и т.д.).

Известен электролит для осаждения износостойких композиционных покрытий на основе меди, имеющий следующий состав, г/л: сульфат меди 220; серная кислота 60; этанол 8; нитрид титана 2-100 (Резчикова Т.В., Куркин Е.Н., Троицкий В.Н. и др. Композиционные покрытия на основе меди с ультрадисперсной фазой // Журнал прикладной химии. 2001, т.74, №12, с.1975-1979).

Однако использование данного электролита ограничено серьезными технологическими трудностями при получении частиц дисперсной фазы: нитрид титана получают разложением TiH₂ в азотной плазме дугового разряда. Кроме того, данный процесс приводит к серьезному удорожанию электролита.

Известен электролит для осаждения композиционных покрытий на основе меди, позволяющий получать осадки с меньшими технологическими трудностями и материальными затратами. Он имеет следующий состав, г/л: сульфат меди 200; серная кислота 50; молибдат аммония 0,12-12. Дисперсной фазой служит диоксид титана. (Фомина Р.Е., Сайфуллин Р.С., Мингазова Г.Г. Роль ванадат- и молибдат-ионов в процессе образования композиционных электрохимических покрытий медь-диоксид титана // Электрохимия. 1997, т.33, №11, с.1367-1369).

Однако молибдат-ионы, находящиеся в электролите, приводят к снижению его стабильности и образованию хрупких осадков.

За прототип выбран известный электролит, описанный в источнике: Сайфуллин Р.С. Комбинированные электрохимические покрытия и материалы. М.: Химия, 1972, 168 с. В качестве дисперсной фазы он содержит дисульфид молибдена. По совокупности сходных существенных признаков он наиболее близок к предложенному техническому решению. Известный электролит имеет следующий состав, г/л:

Сульфат меди	200
Серная кислота	50
Дисульфид молибдена	10-100

Недостатком известного электролита является высокая концентрация дисперсной фазы. В результате возникают проблемы с равномерностью осадка по толщине, покрытие имеет склонность к отслаиванию. Кроме того, покрытия, осаждаемые из данного электролита, обладают высоким коэффициентом шероховатости, что снижает их износостойкость.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача создать электролит для получения композиционных электрохимических покрытий с низким коэффициентом шероховатости, обладающих хорошей адгезией к основе.

Для достижения поставленной задачи электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе меди содержит сульфат меди, серную кислоту и дисперсную фазу. В качестве дисперсной фазы содержится фуллерен С₆₀ при соотношении компонентов, г/л:

Сульфат меди	220
Серная кислота	45
Фуллерен С60	0,03-0,05

Технический результат, получаемый при использовании заявленного электролита, заключается в снижении коэффициента шероховатости покрытий в 2,5-3 раза и, соответственно повышении их износостойкости.

Процесс нанесения покрытия ведут при катодной плотности тока 3-7 А/дм² и температуре 20°С. Электролит готовят путем растворения серной кислоты и сульфата меди в дистиллированной воде. Затем раствор фильтруют и переливают из ванны подготовки электролита в бак-накопитель, в который добавляют требуемое количество водной дисперсии фуллерена С₆₀ со средним размером частиц 24 нм.

Конкретные примеры, иллюстрирующие использование изобретения, представлены в таблице 1 "Влияние состава электролита на коэффициент шероховатости покрытий".

Из таблицы видно, что введение в электролит дисперсных частиц фуллерена С₆₀ приводит к снижению коэффициента шероховатости композиционных покрытий. Это происходит за счет того, что частицы фуллерена С₆₀, выступая в качестве центров кристаллизации, способствуют формированию мелкокристаллических покрытий. Кроме того, данные покрытия обладают хорошей адгезией к основе и не разрыхляются. При уменьшении содержания фуллерена С₆₀ в электролите ниже 0,03 г/л он слабо влияет на свойства покрытий, при увеличении его концентрации более 0,05 г/л дисперсные частицы начинают коагулировать.

Таким образом, предлагаемый электролит позволяет получать качественные защитные покрытия, приводит к снижению коэффициента шероховатости в 2,5-3 раза. Предлагаемый электролит может найти применение в различных отраслях промышленности для модифицирования поверхности деталей машин и механизмов.

Таблица 1 Влияние состава электролита на коэффициент шероховатости покрытий
Состав электролита, режим осаждения и свойства покрытий	1	2	3	Прототип
Содержание сульфатамеди, г/л	220	220	220	сульфата меди 200
Содержание серной кислоты, г/л	45	45	45	серной кислоты 50
Содержание фуллерена С60, г/л	0,03	0,04	0,05	частиц дисперсной фазы 10-100
Температура электролита, °С	20	20	20	20
Катодная плотность тока, А/дм2	5	5	5	5
Коэффициент шероховатости покрытий	4,0	4,3	4,7	10-12

Электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе меди, содержащий сульфат меди, серную кислоту, дисперсную фазу и воду, отличающийся тем, что в качестве дисперсной фазы он содержит фуллерен С₆₀ при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сульфат меди	220
Серная кислота	45
Фуллерен С60	0,03-0,05