Гальванический композиционный материал на основе никеля
Владельцы патента RU 2360044:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электрохимическому осаждению композиционного материала никель-кобальт-алмаз. Композиционный материал, полученный гальваническим методом, содержит никель, кобальт и алмаз при следующем соотношении компонентов, мас.%: кобальт 2,1-7,3, ультрадисперсный алмазный порошок 0,4-3,2, никель остальное. Технический результат - повышение микротвердости. 2 табл.
Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности с целью увеличения срока службы деталей в узлах машин, механизмов, а также пресс-форм, обладающих повышенной микротвердостью.
В промышленности появилась необходимость увеличения износостойкости различных материалов на основе никеля.
Увеличения микротвердости материалов на основе никеля можно достигнуть за счет легирования их металлами и/или неметаллами.
Известны композиционные материалы на основе никеля с С, Si, SiC, TiC, TaC, ZrC, WC, SiO2, TiO2, BeO, ZrO2, Cr2O3, MoS2, MoSi2 и т.д. (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. М., Химия, 1977), обладающие повышенной микротвердостью по сравнению с чисто никелевыми покрытиями.
Существенным недостатком этих композиционных материалов и сплавов является то, что микротвердость является недостаточной.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является композиционный материал никель-бор-алмаз следующего состава, мас.%:
| бор | 0,2-3,2 |
| ультрадисперсный алмазный порошок | 0,1-2,6 |
| никель | остальное. |
Дегтярь Л.Л., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Г.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. RU 2048573 С1, МКИ C25D 15/00, опубл. 20.11.1995.
Однако данный композиционный материал имеет недостаточную микротвердость.
Задачей настоящего изобретения является повышение микротвердости и снижение внутренних напряжений материалов на основе никеля с кобальтом, легированных ультрадисперсным алмазным порошком.
Указанная задача достигается получением композиционного материала никель-кобальт-алмаз при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| кобальт | 2,1-7,3 |
| ультрадисперсный алмазный порошок | 0,4-3,2 |
| никель | остальное. |
Наличие кобальта в композиционном материале никель-кобальт-алмаз приводит к увеличению его микротвердости.
Увеличение содержания кобальта выше верхнего заявляемого предела приводит к увеличению внутренних напряжений, ухудшению качества и снижению микротвердости композиционного материала.
Уменьшение содержания кобальта в композиции ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению микротвердости композиционного материала.
Для апробирования предложенного состава композиционного материала никель-кобальт-алмаз были изготовлены композиции, химический состав которых приведен в табл.1, где 2, 3, 4 - содержание кобальта на нижнем, среднем и верхнем уровнях соответственно, а 1 и 5 - содержание кобальта в композиции за граничными значениями.
Композиционный материал никель-кобальт-алмаз получали электрохимическим способом из электролита следующего состава, г/л:
| хлорид никеля шестиводный | 200-350 |
| сульфат кобальта семиводный | 8-12 |
| борная кислота | 25-40 |
| хлорамин Б | 1,5-3,5 |
| ультрадисперсная алмазная суспензия | |
| (УДА-В ТУ 84.1124-87) | 0,1-2,3 |
Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 18-40°С, катодная плотность тока 0,5-14 А/дм2, перемешивание.
| Таблица 1 Химический состав композиционного материала никель-кобальт-алмаз и никель-бор-алмаз - по прототипу |
||||
| Композиционный материал | Кобальт | Ультрадисперсный алмазный порошок | Бор | Никель |
| 1 | 1,4 | 0,1 | - | 98,5 |
| 2 | 2,1 | 0,4 | 97,5 | |
| 3 | 5,7 | 1,8 | - | 92,5 |
| 4 | 7,3 | 3,2 | - | 89,5 |
| 5 | 7,6 | 3,6 | 87,8 | |
| По прототипу | - | 1,3 | 1,7 | 97,0 |
Пример 1. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 1,4, ультрадисперсный алмазный порошок 0,1, никель остальное, осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 150, сульфат кобальта семиводный 6, борная кислота 20, хлорамин Б 1,0, ультрадисперсная алмазная суспензия 0,05 при рН 5,7, температуре 16°С и катодной плотности тока 4 А/дм2. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли борную кислоту, хлорамин Б и хлорид никеля, после того как довели уровень электролита до необходимого объема, вводили ультрадисперсную алмазную суспензию. рН электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).
Пример 2. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 2,1, ультрадисперсный алмазный порошок 0,4, никель остальное, осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200, сульфат кобальта семиводный 8, борная кислота 25, хлорамин Б 1,5, ультрадисперсная алмазная суспензия 7,0 при рН 5,5, температуре 18°С и катодной плотности тока 6 А/дм2. Электролит готовили по методике, описанной выше.
Пример 3. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 5,7, ультрадисперсный алмазный порошок 1,8, никель остальное, осаждали из электролита состава, гл: хлорид никеля шестиводный 280, сульфат кобальта семиводный 10, борная кислота 32, хлорамин Б 3,0, ультрадисперсная алмазная суспензия 1,2 при рН 3,0, температуре 30°С и катодной плотности тока 9 А/дм2. Электролит готовили по методике, описанной выше.
Пример 4. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 7,3, ультрадисперсный алмазный порошок 3,2, никель остальное, осаждали из электролита состава, гл: хлорид никеля шестиводный 350, сульфат кобальта семиводный 12, борная кислота 40, хлорамин Б 4,5, ультрадисперсная алмазная суспензия 2,3 при рН 1,1, температуре 40°С и катодной плотности тока 14 А/дм2. Электролит готовили по методике, описанной выше.
Пример 5. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 7,6, ультрадисперсный алмазный порошок 3,6, никель остальное осаждали из электролита состава, гл: хлорид никеля шестиводный 370, сульфат кобальта семиводный 15, борная кислота 40, хлорамин Б 5,0, ультрадисперсная алмазная суспензия 2,5 при рН 0,9, температуре 45°С и катодной плотности тока 13 А/дм2. Электролит готовили по методике, описанной выше.
Покрытие по прототипу осаждали из электролита следующего состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200-300, борная кислота 20-25, аммоний сернокислый 10-40, сахарин 0,6-1,5, декагидродекаборан натрия (ТУ 6-02-01-513-86), ультрадисперсная алмазная суспензия (УДА-В ТУ 84.1124-87) 0,05-1,2. Катодная плотность тока 1-5 А/дм2, рН 1,0-4,5, температура 18-25°С.
В табл.2 приведены физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-кобальт-алмаз и по прототипу - никель-бор-алмаз.
| Таблица 2 Физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-кобальт-алмаз и по прототипу - никель-бор-алмаз |
||||||
| Физико-механические свойства композиционного материала | Предложенный состав композиции | Прототип | ||||
| 1 | 3 | 2 | 4 | 5 | ||
| Микротвердость, ГПа | 22 | 25 | 29 | 27 | 23 | 23 |
| Внутренние напряжения, МПа | 58,8 | 59,0 | 61,2 | 64,4 | 69,3 | 64,8 |
Как видно из табл.2, износостойкость композиционного материала никель-кобальт-алмаз превышает износостойкость сплава никель-бор-алмаз в 1,1-1,3.
Композиционное электрохимическое покрытие на основе никеля, содержащее ультрадисперсный алмазный порошок, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| кобальт | 2,1-7,3 |
| ультрадисперсный алмазный порошок | 0,4-3,2 |
| никель | остальное |
