Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия
Владельцы патента RU 2418106:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве покрытий, обладающих высокой микротвердостью. Электролит содержит хлорид никеля шестиводный 200-350 г/л, борную кислоту 25-40 г/л, сахарин 0,7-1,8 г/л, оксид алюминия 15-40 г/л, декагидродекаборат натрия 1,2-4,5 г/л. Технический результат: повышение микротвердости. 2 табл.
Изобретение относится к области гальванотехнике, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, с целью применения их в различных отраслях промышленности, в качестве покрытий, обладающих высокой микротвердостью. Чем выше микротвердость, тем выше надежность и долговечность изделий и шире область их применения.
Известны электролиты для нанесения сплавов и композиционных покрытий на основе никеля с целью получения покрытий с повышенной микротвердостью следующего состава, г/л:
1. сульфат или сульфамат никеля или кобальта 100-250, хлорид никеля 15-20, борная кислота 15-20, соль анионного полиэдрического бората общей формулой Mz Cn Bm Hx (где M - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0,2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12) 0,03-0,45 (А.С. СССР №1129974, 1981);
2. хлорид никеля или кобальта 10-20, сульфамат никеля или кобальта 50-200, борная кислота 25-30, алкилпроизводное бората общей формулой C2B9H12NHnRm (где R - алкил, n=0, 1, 2, 3, m=1, 2, 3, 4) 0,5-4,0 (А.С. СССР №527488, 1974);
3. хлорид никеля 60, сульфат никеля 300, борная кислота 30, Cr2O3 100 (TiO2 25, TiC 50) (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия, 1977. - 272 с.);
4. хлорид никеля 200-300, борная кислота 20-30, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на C2B9H12 2-, B10H10 2-, B12H12 2-) 0,5-1,0, спирты ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 0,2-0,9, соляная кислота или гидрокись аммония (35%) до pH 1-5 (Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Кудимов Ю.Н., Сысоев Г.Н., Свицын Р.А., Балакай В.И. Электролит для осаждения покрытий сплавом никель-бор - А.с. СССР 1387528, МКИ C25D 3/56. - №4001609/31-02; заявл. 02.01.86; опубл. 08.12.87).
Однако покрытия, осажденные из данных электролитов, имеют недостаточную микротвердость.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава никель-бор-алмаз следующего состава, г/л:
| хлорид никеля шестиводный | 200-300, |
| борная кислота | 20-25, |
| аммоний сернокислый | 10-40, |
| сахарин | 0,6-1,5, |
| декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86) | 0,3-3,6, |
| ультрадисперсная алмазная суспензия | |
| (УДА-В ТУ 84.1124-87) | 0,05-1,2. |
Катодная плотность тока 1-5 А/дм2, pH 1,0-4,5, температура 18-25°C (Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Т.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ C22C 19/03, 26/00, С25D 15/00. - №5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. №32. - 3 c.).
Покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточную микротвердость.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение микротвердости. Поставленная задача достигается тем, что в состав электролита, содержащий хлорид никеля, декагидродекаборан натрия, борную кислоту, сахарин, дополнительно вводят оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, г/л:
| хлорид никеля шестиводный | 200-350, |
| борная кислота | 25-40, |
| сахарин | 0,7-1,8, |
| оксид алюминия | 15-40, |
| декагидродекаборат натрия | |
| (ТУ 6-02-01-513-86) | 1,2-4,5. |
Режимы электролиза: pH 1,5-5,0, температура 18-40°C, катодная плотность тока 0,5-11,0 А/дм2 при перемешивании.
Наличие оксида алюминия в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-бор-оксид алюминия с высокой микротвердостью.
Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°C растворяли 25 г/л борной кислоты, 0,7 г/л сахарина, 200 г/л хлорида никеля шестиводного, после того как довели уровень электролита до необходимого объема вводили 15 г/л оксид алюминия и 1,2 г/л декагидродекаборат натрия. pH электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).
Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике, описанной выше. А значения микротвердости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2, соответственно.
Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства композиционных покрытий никель-бор-оксид алюминия и никель-бор-алмаз приведены в табл.2.
Граничные концентрации компонентов электролита выбраны по следующим соображениям:
1. увеличение содержания никеля в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно, что связано с предельной растворимостью хлорида никеля, уменьшением рассеивающей способности и стабильности электролита, ухудшением качества покрытий, увеличением расхода никеля за счет уноса электролита вместе с деталями;
| Таблица 1 | ||||||
| Составы электролитов и режимы электролиза | ||||||
| Состав электролитов и режимы | Концентрация компонентов, г/л | |||||
| электролиза | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | прот. |
| Хлорид никеля шестиводный | 150 | 200 | 280 | 350 | 370 | 250 |
| Борная кислота | 20 | 25 | 32 | 40 | 45 | 30 |
| Сахарин | 0,5 | 0,7 | 1,2 | 1,8 | 2,0 | 1,0 |
| Оксид алюминия | 10 | 15 | 25 | 40 | 50 | - |
| Декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86) | 0,7 | 1,2 | 2,5 | 4,5 | 5,0 | 1,9 |
| Ультрадисперсная алмазная суспензия (УДА-В ТУ 84.1124-87) | 0,6 | |||||
| pH электролита | 5,5 | 5,0 | 3,0 | 1,5 | 1,0 | 2,7 |
| Температура, °C | 16 | 18 | 30 | 40 | 45 | 21 |
| Катодная плотность тока, А/дм | 1 | 2 | 6 | 11 | 12 | 3 |
| Таблица 2 | ||||||
| Физико-механические свойства покрытий | ||||||
| Характеристики электролита и композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз и никель-бор-алмаз | Электролиты | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | прот. | |
| Микротвердость, ГПа | 23 | 30 | 31 | 30 | 28 | 23 |
| Внутренние напряжения, МПа | 62,3 | 64,0 | 67,2 | 70,4 | 75,3 | - |
| Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см2 | 1 | 2 | 2 | 3 | 4 | - |
| Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавов | Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84 | |||||
| Содержание оксида алюминия, мас.% | 0,9 | 1,4 | 2,7 | 3,9 | 4,5 | - |
| Содержание бора, мас.% | 0,2 | 0,6 | 1,8 | 3,1 | 3,6 | 1,6 |
| Содержание ультрадисперсного алмазного порошка, мас.% | 0,1 | 0,4 | 1,8 | 3,2 | 3,6 | 1,3 |
| Стабильность, % | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
2. уменьшение содержания никеля в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению скорости процесса, снижению выхода по току и ухудшению качества осаждаемого покрытия;
3. увеличение содержания оксида алюминия в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к уменьшению микротвердости и износостойкости покрытий;
4. уменьшение содержания оксида алюминия в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению микротвердости и износостойкости покрытий;
5. увеличение содержания борной кислоты в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно. Это связано с пределом растворимости борной кислоты и ухудшением качества покрытий и уменьшения износостойкости покрытий;
6. уменьшение содержания борной кислоты ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к уменьшению буферной емкости электролита, снижению выхода по току, интервалов работы электролита, ухудшению качества покрытий и уменьшению износостойкости покрытий;
7. увеличение содержания сахарина выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;
8. уменьшение содержания сахарина ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений;
9. увеличение содержания декагидродекаборат натрия выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий и уменьшению износостойкости покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;
10. уменьшение содержания декагидродекаборат натрия ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.
Как видно из табл.2, микротвердость композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, осажденного из заявляемого электролита, превышает микротвердость никель-бор-алмаз, осажденного из прототипа, в 1,3-1,4 раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.
Это позволяет расширить область применения композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия в качестве износостойкого покрытия в машиностроении.
Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, включающий хлорид никеля, борную кислоту, сахарин, оксид алюминия и декагидродекаборат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:
| хлорид никеля шестиводный | 200-350 |
| борная кислота | 25-40 |
| сахарин | 0,7-1,8 |
| оксид алюминия | 15-40 |
| декагидродекаборат натрия | 1,2-4,5 |
