Электролит для получения композиционных никелевых покрытий
Владельцы патента RU 2448203:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "СГТУ") (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники. Электролит содержит сульфат никеля 220 г/л, хлорид никеля 40 г/л, ацетат натрия или ацетат калия 30 г/л, нитрат графита 2-10 г/л. Технический результат: получение 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 240-340; хлорид никеля 30-60; борная кислота 30-40; диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты 0,4-0,8; ПАВ 0,4-3; фторопластовый порошок 20-150 (Патент РФ №2155246, МПК C25D 15/00, заявлено 26.01.1999 // Изобретения. - 2000. - №24. - С.296). 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 данный электролит наиболее близок к предложенному техническому решению. В качестве дисперсной фазы он содержит ультрадисперсный алмаз, а в качестве буферной добавки - борную кислоту. 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. Следует также отметить высокую цену ультрадисперсных алмазов, приводящую к существенному удорожанию композиционных покрытий.
Перед заявленным изобретением была поставлена задача создать технологически простой в приготовлении электролит для получения износостойких композиционных электрохимических покрытий, обладающих низким коэффициентом трения.
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 нитрат графита, а в качестве буферной добавки - ацетат натрия или ацетат калия при следующем соотношении компонентов, г/л:
| Сульфат никеля | 220 |
| Хлорид никеля | 40 |
| Ацетат натрия или ацетат калия | 30 |
| Нитрат графита | 2-10 |
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°C. Электролит готовят путем растворения сульфата никеля, хлорида никеля и ацетата натрия или ацетата калия в дистиллированной воде. Затем растворы фильтруют и переливают из ванн подготовки электролита в бак-накопитель, в который добавляют требуемое количество нитрата графита.
Конкретные примеры, иллюстрирующие использование изобретения, представлены в таблице 1 "Влияние состава электролита на коэффициент трения скольжения покрытий".
Из таблицы видно, что введение в электролит нитрата графита приводит к снижению коэффициента трения скольжения композиционных покрытий. Как следует из таблицы, коэффициенты трения скольжения снижаются при повышении содержания нитрата графита в электролите от 2 г/л до 10 г/л. Причиной этому служит увеличение содержания частиц дисперсной фазы в покрытии с ростом концентрации нитрата графита. При уменьшении содержания нитрата графита в электролите ниже 2 г/л дисперсные частицы слабо влияют на свойства покрытий. Увеличение концентрации нитрата графита более 10 г/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 1 | ||||
| Влияние состава электролита на коэффициент трения скольжения покрытий | ||||
| Состав электролита, режим осаждения и свойства покрытий | ||||
| 1 | 2 | 3 | Прототип | |
| Содержание сульфата никеля, г/л | 220 | 220 | 220 | сульфата никеля |
| 240 | ||||
| Содержание хлорида никеля, г/л | 40 | 40 | 40 | хлорида никеля |
| 40 | ||||
| буферной добавки (борная кислота) | ||||
| Содержание ацетата натрия или калия, г/л | 30 | 30 | 30 | 30 |
| неметаллического порошка (ультрадисперсный алмаз) | ||||
| Содержание нитрата графита, г/л | 2 | 5 | 10 | 2-20 |
| Температура электролита, °C | 25-50 | 25-50 | 25-50 | 50 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Коэффициент трения скольжения | 0,23 | 0,19 | 0,14 | 0,35-0,50 |
Электролит для получения композиционных никелевых покрытий, содержащий сульфат никеля, хлорид никеля, дисперсную фазу и буферную добавку, отличающийся тем, что в качестве дисперсной фазы он содержит нитрат графита, а в качестве буферной добавки - ацетат натрия или ацетат калия при следующем соотношении компонентов, г/л:
| сульфат никеля | 220 |
| хлорид никеля | 40 |
| ацетат натрия или ацетат калия | 30 |
| нитрат графита | 2-10 |
