Электролит для получения co-ni покрытий

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий сплавом Co-Ni на сталях и алюминии и его сплавах и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, авиационной промышленности и др. Электролит включает, г/л: сульфат никеля 20-40, сульфат кобальта 40-60, аммоний щавелевокислый 50-200, уксуснокислый натрий 25-35, хлорид калия 1-3, фторид натрия 1-3 и воду. Технический результат: повышение рассеивающей способности электролита, увеличение микротвердости и износостойкости Co-Ni покрытий, уменьшение шероховатости поверхности, снижение внутренних напряжений, получение покрытий, обладающих высокой коэрцетивной силой на стали, алюминии и алюминиевых сплавах. 2 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий сплавом Со-Ni на сталях и алюминии и его сплавах и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, авиационной промышленности и др.

Уровень техники

Известен сульфаматный электролит для получения магнитотвердых Co-Ni покрытий [Гальванотехника: Справ. Изд. / Ф.Ф.Ажогин, М.А.Беленький, И.Е.Галь и др. М.: Металлургия, 1987. - 736 с.], содержащий (г/л):

Сульфамат никеля	225
Сульфамат кобальта	225
Борная кислота	30
Хлорид магния	15
pH	1-3
Катодная плотность тока, А/дм2	1-2
Температура, °С	40-50

Недостатком аналога являются: малая устойчивость электролита, сложность в приготовлении, низкая твердость и износостойкость покрытий, а также сравнительно высокая стоимость электролита из-за наличия в нем больших концентраций сульфаматных солей никеля и кобальта.

Известен сульфатный электролит для электроосаждения магнитотвердых сплавов Co-Ni [Гальванотехника: Справ. Изд. / Ф.Ф.Ажогин, М.А.Беленький, И.Е.Галь и др. М.: Металлургия, 1987. - 736 с.], содержащий (г/л):

Сульфат никеля	110-120
Сульфат кобальта	130-140
Борная кислота	20-30
Хлорид калия	4-5
pH	4-5
Катодная плотность тока, А/дм2	1,0-2,0
Температура, °С	40-50

Недостатком аналога являются: низкая рассеивающая способность электролита, низкая твердость и износостойкость покрытий, а также сравнительно высокая стоимость электролита из-за наличия в нем большого количества сернокислых солей, особенно сернокислой соли кобальта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом является сульфатный электролит [патент РФ №2349686, опубликован 20.03.2009, «Способ электроосаждения покрытий сплавом кобальт - никель»], содержащий (г/л):

Сульфат кобальта (по металлу)	30
Сульфат никеля (по металлу)	17-25
Борная кислота	25
Хлорид калия	5

Недостатками прототипа являются низкая рассеивающая способность электролита, высокие внутренние напряжения покрытий, низкая твердость, высокая шероховатость поверхности и не достаточная износостойкость, а также не очень высокая коэрцетивная сила покрытия.

Сущность изобретения

Задача изобретения - повышение рассеивающей способности электролита, увеличение микротвердости и износостойкости Co-Ni покрытий, уменьшение шероховатости поверхности, снижение внутренних напряжений, получение покрытий, обладающих высокой коэрцетивной силой на стали, алюминии и алюминиевых сплавах.

Поставленная задача достигается путем создания электролита для получения покрытия Co-Ni, включающего сульфат никеля, сульфат кобальта, хлорид калия и воду, который дополнительно содержит аммоний щавелевокислый, уксуснокислый натрий и фторид натрия, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сульфат никеля	20-40
Сульфат кобальта	40-60
Аммоний щавелевокислый	50-200
Уксуснокислый натрий	25-35
Хлорид калия	1-3
Фторид натрия	1-3
pH	4-5
Температура, °С	20-80
Катодная плотность тока, А/дм2	0,5-5

Сульфат никеля, 7-водный, ГОСТ 4465-74, ч, химическая формула NiSO₄·7H₂O, плотность 1,949 г/см³, температура плавления выше 700°С, растворимость 21,4 г в 100 г холодной и 43,42 в 100 г горячей воды.

Сульфат кобальта, 7-водный, ГОСТ 4462-78, ч, химическая формула СоSO₄·7Н₂О, плотность 2,029 г/см³, температура плавления 420°С, растворимость при 25°С составляет 39,3 г на 100 г воды и до 100 г повышается с температурой.

Аммоний щавелевокислый, 1-водный, аммоний оксалат, ГОСТ 5712-78, чда, химическая формула (NH₄)₂C₂O₄·H₂O, плотность 1,50 г/см³, температура плавления - разлагается, растворимость 2,6 г в 100 г холодной воды и 11,8 г в 100 г горячей воды.

Уксуснокислый натрий, 3-водный, ГОСТ 2080-76, чда, химическая формула СН₃СООNa·3H₂O, плотность 1,528 г/см³, температура плавления - 324°С, растворимость 119 г в 100 г холодной воды и 170,15 г в 100 г горячей воды.

Хлорид калия, ГОСТ 4868-95, ч, химическая формула KСl, плотность 1,989 г/см³, температура плавления - 771°С, растворимость 28,1 г в 100 г холодной воды и 56,2 г в 100 г горячей воды.

Фторид натрия, ГОСТ 4463-76, ч, химическая формула NaF, плотность 2,79 г/см³, температура плавления - 992°С, растворимость в воде 41,5 г/л при 20°С.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. Для приготовления 1 л электролита 50 г аммония щавелевокислого растворяли в воде при температуре 60°С. К раствору добавляли 20 г сульфата никеля и 40 г сульфата кобальта при перемешивании. Уксуснокислый натрий в количестве 25 г растворяли в 100 г воды при 60°С, затем вводили при перемешивании в раствор никеля и кобальта сернокислого и аммония щавелевокислого. В последнюю очередь вводили добавки хлорид калия и фторид натрия в количестве 1 г каждого. Затем объем полученного раствора доводили до 1 л водой и охлаждали до комнатной температуры. Примеры с другими значениями концентраций приведены в таблице 1.

Из приготовленных электролитов осаждали Co-Ni покрытия. Полученные образцы испытывали с целью определения следующих механических свойств покрытий: микротвердость, износостойкость, шероховатость и внутренние напряжения. При определении диапазона рабочей плотности тока устанавливали верхнюю и нижнюю границы катодной плотности тока. Для их определения на образцы из стали, алюминия и его сплава Д16 наносили Co-Ni покрытие толщиной до 6 мкм. Полученные покрытия по внешнему виду соответствуют требованиям ГОСТа 9.301-86, а по сцеплению с основным металлом - ГОСТу 9.302-88.

Рассеивающую способность определяли с помощью щелевой ячейки Моллера.

Микротвердость покрытий определяли с помощью ПМТ-3 при нагрузке 100 г.

Износостойкость определяли на машине СМТ-1 при следующих условиях: нагрузка 0,6 кН, пробег 1 км, пара трения Сталь 45-вращающийся диск - с исследуемым покрытием.

Шероховатость поверхности определяли с помощью профилограф-профилометра, модель 252 (с цифровым отсчетом).

Внутренние напряжения электроосажденных осадков определяли методом гибкого катода.

Коэрцетивную силу определяли с помощью вибрационного магнитометра Lake Shore.

При всех испытаниях характеристик получаемого покрытия проводили не менее 4-5 параллельных опытов и брали среднеарифметическое значение величин. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый электролит (примеры 1-3) позволяет получать Co-Ni покрытия, обладающие гораздо более высокими свойствами, чем прототип.

Другим преимуществом заявляемого электролита является то, что электролит обладает более высокой буферной емкостью, в силу чего требуется менее частая корректировка pH в процессе работы, имеет более широкий диапазон рабочей плотности тока, а также в электролите снижены концентрации основных компонентов, поэтому он имеет более низкую стоимость.

Таблица 1
Концентрация, г/л	Номера примеров
1	2	3	Прототип
Сульфат никеля	20	30	40	17-25
Сульфат кобальта	40	50	60	30
Борная кислота	-	-	-	25
Аммоний щавелевокислый	50	125	200	-
Натрий уксуснокислый	25	30	35	-
Хлорид калия	1	2	3	5
Фторид натрия	1	2	3	-
pH	4	4,5	5	4,5
Температура, °С	20	60	80	40
Катодная плотность тока, А/дм2	0,5	2	5	1-4

Электролит для получения кобальт-никелевых покрытий, включающий сульфат никеля, сульфат кобальта, хлорид калия и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аммоний щавелевокислый, натрий уксуснокислый и фторид натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:

сульфат никеля	20-40
сульфат кобальта	40-60
аммоний щавелевокислый	50-200
натрий уксуснокислый	25-35
хлорид калия	1-3
фторид натрия	1-3
вода	до 1 л