Электролит для осаждения композиционных покрытий никель-коллоидный графит
Владельцы патента RU 2354760:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (ГОУ ВПО СГТУ) (RU)
ООО "Карбон 213" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники. Электролит содержит сульфат никеля 200 г/л; хлорид никеля 40 г/л; буферную добавку ацетата натрия или калия 30 г/л; коллоидно-графитовую смесь в этаноле 20-40 мл/л и воду. Технический результат состоит в получении качественных защитных покрытий с пониженным коэффициентом трения скольжения. 1 табл.
Изобретение относится к области гальванотехники и предназначено для получения композиционных электрохимических покрытий на основе никеля.
По мере развития гальванотехники все большее распространение получают композиционные покрытия, которые наносятся из электролитов-суспензий, т.е. электролитов, модифицированных добавками высокодисперсных порошков, 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, имеющий следующий состав, г/л: сульфат никеля или кобальта 230-320; хлорид никеля или кобальта 30-60; карбид кремния или оксид алюминия 25-85; дисульфид молибдена 4-20 (авторское свидетельство СССР №1805697, МПК C25D 15/00, заявлено 14.05.1990. // Изобретения. - 1995. - №29. - С.325). Недостатком данного электролита является высокое содержание частиц дисперсной фазы, что создает трудности при осаждении покрытия, возникают проблемы с равномерностью осадка по толщине, покрытие имеет склонность к отслаиванию.
Известен электролит, позволяющий получить покрытия более высокого качества. Он имеет следующий состав, г/л: хлорид никеля или хлорид кобальта или хлорид железа 300; борная кислота 40; аморфный бор 10-40; ультрадисперсный углеродный конденсат 2-140. Углеродный конденсат имеет следующий состав, мас.%: карбин 2-5; графит 1-15; некристаллический углерод 3-50; алмаз - остальное (патент РФ №2026892, МПК C25D 15/00, заявлено 05.06.1990. // Изобретения. - 1995. - №2. - С.150). Однако использование данного электролита ограничивается высокой стоимостью и дефицитностью входящих в его состав компонентов, таких как карбин и алмаз. Получение последнего в дисперсном состоянии связано со значительными трудностями не только технологического, но и организационного характера, а именно использование технологии взрыва.
За прототип выбран известный электролит, описанный в источнике: Тимошков Ю.В., Губаревич Т.М., Ореховская Т.И. и др. Свойства композиционных никелевых покрытий с различными типами ультрадисперсных алмазных частиц. // Гальванотехника и обработка поверхности. 1999, т.7, №2, с.20-25. По совокупности сходных существенных признаков он наиболее близок к предложенному техническому решению. Известный электролит имеет следующий состав, г/л:
| Сульфат никеля | 240 |
| Хлорид никеля | 40 |
| Борная кислота | 30 |
| Ультрадисперсный алмаз | 2-20 |
Недостатком известного электролита является наличие ультрадисперсного алмаза. Для его получения используется взрывной детонационный синтез и это существенно усложняет технологию приготовления электролита. Кроме того, покрытия, осаждаемые из данного электролита, обладают высоким коэффициентом трения, что снижает их износостойкость.
Перед заявленным изобретением была поставлена задача создать технологически простой в приготовлении электролит для получения износостойких композиционных электрохимических покрытий.
Для достижения поставленной задачи электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе никеля, содержащий сульфат никеля, хлорид никеля 40 г/л, дисперсную фазу и буферную добавку 30 г/л, в качестве дисперсной фазы содержит коллоидно-графитовую смесь в этаноле, а буферной добавкой служит ацетат натрия или калия при следующем соотношении компонентов, г/л:
| Сульфат никеля | 200 |
| Хлорид никеля | 40 |
| Ацетат натрия или калия | 30 |
| Коллоидно-графитовая смесь в этаноле, мл/л | 20-40 |
Коллоидно-графитовая смесь в этаноле содержит 5-15 мас.% графита и 85-95 мас.% этанола. Размер частиц графита составляет от 1 до 20 мкм. Коллоидный графит получают электрохимическим окислением дисперсного природного графита. Коллоидно-графитовые смеси описаны в ряде литературных источников, например А.С.Фиалков Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект-пресс, 1997, 718 с.
Технический результат, получаемый при использовании заявленного электролита, заключается в снижении коэффициента трения скольжения покрытий в 1,5-2 раза.
Процесс нанесения покрытия ведут при катодной плотности тока 6-10 А/дм2 и температуре 25-50°С. В покрытия включается 1 мас.% коллоидного графита.
Электролит готовят путем растворения сульфата никеля, хлорида никеля и ацетата натрия или калия в дистиллированной воде. Затем растворы фильтруют и переливают из ванн подготовки электролита в бак-накопитель, в который добавляют требуемое количество коллоидно-графитовой смеси в этаноле.
Конкретные примеры, иллюстрирующие использование изобретения, представлены в таблице "Влияние состава электролита на коэффициент трения скольжения покрытий".
Из таблицы видно, что введение в электролит суспензии графита в этаноле приводит к снижению коэффициента трения скольжения композиционных покрытий. Это происходит за счет того, что графит имеет слоистую структуру и, включаясь в осадок, он выполняет функцию сухой смазки. Как следует из таблицы, коэффициенты трения скольжения снижаются при повышении содержания коллоидно-графитовой смеси в электролите от 20 мл/л до 40 мл/л. Причиной этому служит увеличение содержания частиц дисперсной фазы в покрытии с ростом концентрации графита. При уменьшении содержания коллоидно-графитовой смеси в электролите ниже 20 мл/л дисперсные частицы слабо влияют на свойства покрытий. Увеличение концентрации коллоидно-графитовой смеси более 40 мл/л нецелесообразно, т.к. в этом случае свойства осадков не улучшаются.
Таким образом, предлагаемый электролит позволяет получать качественные защитные покрытия, приводит к снижению коэффициента трения скольжения в 1,5-2 раза. Предлагаемый электролит может найти применение в различных отраслях промышленности для модифицирования поверхности деталей машин и механизмов.
| Таблица | ||||
| Влияние состава электролита на коэффициент трения скольжения покрытий | ||||
| Состав электролита, режим осаждения и свойства покрытий | 1 | 2 | 3 | Прототип |
| Содержание сульфата | сульфата никеля | |||
| никеля, г/л | 200 | 200 | 200 | 240 |
| Содержание хлорида | хлорида никеля | |||
| никеля, г/л | 40 | 40 | 40 | 40 |
| буферной добавки | ||||
| Содержание ацетата | (борная кислота) | |||
| натрия или калия, г/л | 30 | 30 | 30 | 30 |
| неметаллического | ||||
| Содержание коллоидно- | порошка (ультрадисперсный алмаз) | |||
| графитовой смеси | ||||
| в этаноле, мл/л | 20 | 30 | 40 | 2-20 |
| Температура | ||||
| электролита, °С | 25-50 | 25-50 | 25-50 | 50 |
| Катодная плотность | ||||
| тока, А/дм2 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Коэффициент трения | ||||
| скольжения | 0,23 | 0,19 | 0,19 | 0,35-0,50 |
Электролит для осаждения композиционных покрытий никель-коллоидный графит, содержащий сульфат никеля, хлорид никеля, дисперсную фазу, буферную добавку и воду, отличающийся тем, что он в качестве дисперсной фазы содержит коллоидно-графитовую смесь в этаноле, а в качестве буферной добавки - ацетат натрия или калия при следующем соотношении компонентов, г/л:
| сульфат никеля | 200 |
| хлорид никеля | 40 |
| коллоидно-графитовая смесь в этаноле, мл/л | 20-40 |
| ацетат натрия или калия | 30 |
