Электролит никелирования

Изобретение относится к области гальванотехники и может найти применение в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Электролит содержит, г/л: никельсульфаминовокислый 325-440, никель-хлористый 4-10, кобальт сульфаминовокислый 12-30, борная кислота 25-40, натрий лаурилсульфат 0,01-0,1, наночастицы оксида алюминия и/или оксида циркония 2-55, микрочастицы оксида алюминия α и γ фазы 10-40, микрочастицы дисульфида молибдена 1-4, вода до 1 л. Технический результат: повышение микротвердости, износостойкости и антифрикционных свойств покрытий. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электрохимическому нанесению никеля и его сплавов на стальные детали, например, узлы трения-скольжения с получением композиционно кластерных гальванических покрытий (ККГП), и может найти применение в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известен электролит никелирования, имеющий следующий химический состав, г/л:

сульфат никеля 630 мл/л
хлорид никеля 5
борная кислота 30
стабилизатор 0,8
лаурилсульфат 0,1
микрочастицы BN (патент США №4479855).

который может содержать микрочастицы порошков нитрида бора, карбида кремния, оксида титана, оксида алюминия дисперсностью 0,4-5 мкм.

Недостатком электролита никелирования является то, что полученные покрытия обладают низкими антифрикционными свойствами.

Известен электролит никелирования для получения композиционных электрохимических покрытий, содержащий, г/л:

сульфат никеля 220
хлорид никеля 45
ацетат натрия или калия 30
фуллерен C60 0,025-0,050 (патент РФ №2280109)

Недостатком известного электролита является низкая износостойкость получаемого покрытия.

Известен также электролит для осаждения композиционного покрытия никель - фторопласт, который содержит, г/л:

хлорид никеля 150-350
борная кислота 25-40
хлорамин Б 1,5-4,5
фторопластовая эмульсия 7-35 (патент РФ №2297476)

Недостатком известного электролита является неудовлетворительная износостойкость получаемых композиционных покрытий, т.е. они могут работать только при низких нагрузках.

Известен электролит никелирования для осаждения композиционных покрытий следующего состава, г/л:

сульфат никеля 200
хлорид никеля 40
бисульфат графита 2-10
ацетат никеля или ацетат калия 30 (патент РФ №2352695)

Недостатком известного электролита для получения покрытия является низкая износостойкость и отсутствие промышленного выпуска бисульфата графита.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является электролит никелирования, содержащий, г/л:

никель сульфаминовокислый 300-440
никель хлористый 4-15
кобальт сульфаминовокислый
или железо сульфаминовокислое 12-27
борная кислота 25-40
наночастицы оксида металла групп
IIIA, IVB, VB, VIB и/или
карбида металла
групп IVB, VB, VIB 2-100
ПАВ 0,01-0,1
вода до 1 л (патент РФ №2293803)

Наночастицы имеют дисперсность 50-200 нм и удельную поверхность 20-390 м2/г.

Недостатком прототипа является то, что покрытия, сформированные в этом электролите, не обладают достаточными антифрикционными свойствами и не обеспечивают высокой износостойкости.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка электролита никелирования, обеспечивающего получение композиционно-кластерных гальванических покрытий (ККГП) на основе никеля, имеющих повышенные значения микротвердости, износостойкости и улучшенные антифрикционные свойства.

Для решения поставленной задачи предложен электролит никелирования, содержащий никель сульфаминовокислый, никель хлористый, кобальт сульфаминовокислый, борную кислоту, поверхностно-активное вещество, наночастицы оксида металла и воду, который в качестве наночастиц оксида металла содержит оксид алюминия и/или оксид циркония, а в качестве поверхностно-активного вещества -натрий лаурилсульфат и дополнительно содержит микрочастицы оксида алюминия ά и γ фазы и дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, г/л:

никель сульфаминовокислый 325-440
никель хлористый 4-10
кобальт сульфаминовокислый 12-30
борная кислота 25-40
натрий лаурилсульфат 0,01-0,1
наночастицы оксида алюминия
и/или оксида циркония 2-55

микрочастицы:

оксид алюминия ά и γ фазы 10-40
дисульфид молибдена 1-4
вода до 1 л

Микрочастицы оксида алюминия и дисульфида молибдена имеют дисперсность 0,5÷20 мкм.

В качестве блескообразующей добавки электролит дополнительно содержит сахарин.

Установлено, что введение в электролит микрочастиц Al2O3 ά и γ фазы, а также MoS2 способствует формированию композиционной структуры с улучшенными физико-механическими свойствами (износостойкость, микротвердость, антифрикционные свойства). При использовании микрочастиц Al2O3 β-фазы композиционное покрытие не формируется, в связи с неустойчивым фазовым состоянием данной модификации в сульфаминовокислом электролите.

Одновременное введение в электролит наночастиц оксида алюминия и/или оксида циркония и микрочастиц в виде композиции из оксида алюминия ά и γ фазы и дисульфида молибдена, обеспечивает получение поликомпозиционного самосмазывающегося покрытия, сочетающего низкий коэффициент трения - скольжения и высокую износостойкость. Частицы дисульфида молибдена вводят в композиционное покрытие для того, чтобы снизить эффект непосредственного трибологического контакта. Вследствие ориентации частиц дисульфида молибдена кристаллической плоскостью базиса параллельно направлению трения и, следовательно, действию сдвиговых деформаций, обеспечивается локализация этих деформаций в смазочном слое, что обеспечивает снижение энергетических потерь в процессе трения, поскольку сопротивление сдвигу в этих слоях существенно ниже, чем в материале подложки.

Установлено, что лаурилсульфат натрия, как поверхностно-активное вещество, поддерживает седиментационную устойчивость нано- и микрочастиц и увеличивает рассеивающую способность электролита. Электролит содержит сахарин в качестве блескообразователя.

Примеры осуществления

Пример 1

Электролит никелирования готовили путем смешивания приготовленного раствора сульфаминовокислого никеля с остальными компонентами. Оксид алюминия άи γ фазы и дисульфид молибдена вводили в электролит в виде суспензии и осаждали композиционное покрытие с применением активного барботажа электролита воздухом при вертикальном расположении анода и катода.

В качестве наночастиц оксида металла использовали оксид алюминия и/или оксид циркония.

Осаждение никелевого покрытия проводили при следующих соотношениях компонентов, г/л: никель сульфаминовокислый - 325, никель хлористый - 4, кобальт сульфаминовокислый - 12, борная кислота - 25, натрий лаурилсульфат - 0,01, сахарин - 0,5, наночастицы ZrO2 - 2, микрочастицы Al2O3 ά и γ фазы - 10, микрочастицы MoS2 - 4.

Режим осаждения: температура 42°C, рН=4,0, плотность тока 5 А/дм2.

Примеры 2, 3, 4 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 представлены составы электролитов, где примеры 1-4 - предлагаемый состав, пример 5 - прототип.

В таблице 2 представлены физико-механические свойства (микротвердость, износостойкость) композиционно-кластерных никелевых покрытий, получаемых из предлагаемого электролита и прототипа.

Таблица 1
Составы электролитов никелирования
Состав электролита, г/л 1 2 3 4 5 (прототип)
Никель сульфаминовокислый 325 360 400 440 400
Никель хлористый 4 6 8 10 10
Кобальт сульфаминовокислый 12 18 24 30 20
Борная кислота 25 30 35 40 35
Натрия лаурилсульфат 0,01 0,04 0,08 0,1 0,08
Сахарин 0,5 1,5 0,8
Наночастицы, Al2O3 - 15 30 20 30
Наночастицы, ZrO2 2 - - 35 -
Микрочастицы, Al2O3 ά и γ фазы / дисперсность, мкм 10/0,5 20/5 30/10 40/20 -
Микрочастицы, MoS2 / дисперсность, мкм 2/5 3/10 1/20 4/0,5 -
Таблица 2
Физико-механические свойства композиционно-кластерных никелевых покрытий, получаемых из предлагаемых электролитов и прототипа
№ п/п Микротвердость, МПа Износостойкость в условиях сухого торцового трения
Момент трения Коэфф. трения Износ, мг
1 5700 незначительное повышение в начальный период (процесс приработки) 0,46 0,7
2 6200 стабильный 0,43 0,6
3 6500 стабильный 0,42 0,6
4 5900 незначительное повышение в начальный период (процесс приработки) 0,48 0,7
5 5500 равномерное повышение в процессе трения с образованием кольцевых бороздок по всей поверхности покрытия 0,57 1,3

Полученные покрытия по внешнему виду соответствуют требованиям ГОСТ 9.301-86.

Контроль содержания микрочастиц в композиционном покрытии проводили микроскопическим способом с применением металографического метода.

Контроль прочности сцепления проводили методом нагрева по ГОСТ 3802-88. Контроль микротвердости проводили с помощью микротвердомера ПМТ-3М при нагрузке 50 г.

Контроль износостойкости и антифрикционных характеристик покрытий проводили на образцах типа Н03-264 на машине торцевого трения И-47 по СТП 1.595-14-285-9.

Как видно из таблицы 2, покрытие, получаемое из предлагаемого электролита, по сравнению с прототипом обладает повышенной на 15-20% микротвердостью, пониженным на 15-25% коэффициентом трения по стали, увеличенной более чем в 2 раза износостойкостью.

Применение предлагаемого электролита увеличит ресурс работы узлов машин и механизмов.

1. Электролит никелирования, содержащий никель сульфаминовокислый, никель хлористый, кобальт сульфаминовокислый, борную кислоту, поверхностно-активное вещество, наночастицы оксида металла и воду, отличающийся тем, что в качестве наночастиц оксида металла он содержит наночастицы оксида алюминия и/или оксида циркония, а в качестве поверхностно-активного вещества - натрий лаурилсульфат, при этом дополнительно содержит микрочастицы оксида алюминия α- и γ-фазы и дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, г/л:

никель сульфаминовокислый 325-440
никель хлористый 4-10
кобальт сульфаминовокислый 12-30
борная кислота 25-40
натрий лаурилсульфат 0,01-0,1
наночастицы оксида алюминия
и/или оксида циркония 2-55
микрочастицы оксида алюминия α- и γ-фазы 10-40
микрочастицы дисульфида молибдена 1-4
вода до 1 л

2. Электролит никелирования по п.1, отличающийся тем, что микрочастицы оксида алюминия и дисульфида молибдена имеют дисперсность 0,5÷20 мкм.

3. Электролит никелирования по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве блескообразующей добавки сахарин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области гальванотехники. .

Изобретение относится к области технологии осаждения электрохимических покрытий, а именно к области технологии осаждения композиционных электрохимических покрытий (КЭП), и может найти применение для повышения износостойкости внутренних поверхностей деталей машин, приборов и инструмента.
Изобретение относится к области нанесения химических и гальванических композиционных покрытий на основе сплава никеля. .

Изобретение относится к гальваностегии и может быть использовано в ремонтном производстве при нанесении металлических и композиционных покрытий на цилиндрические поверхности.
Изобретение относится к области порошковой гальванотехники, а именно к материалам для получения композиционных гальванических покрытий, и может быть использовано для создания износостойких покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства.
Изобретение относится к области электрохимического осаждения металлических покрытий, в частности хромовых, и может быть использовано для получения коррозионно-стойкого, твердого, термо- и износостойкого покрытия в машиностроении, электронике и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к нанесению хромовых покрытий. .
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности для увеличения срока службы деталей в узлах машин, механизмов, а также пресс-форм, обладающих повышенной микротвердостью.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .
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.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных гальванических градиентных покрытий на основе хрома в машиностроении и других отраслях промышленности при изготовлении или восстановлении деталей и инструментов с износостойкими антифрикционными покрытиями, в частности, для повышения стойкости деформирующих инструментов
Изобретение относится к электролитическому нанесению покрытий на металлические изделия и может быть использовано в металлургии и машиностроении

Изобретение относится к области электрохимического нанесения оптически черных оксидно-керамических покрытий на алюминий и его сплавы и может быть использовано при изготовлении панелей радиаторов, приборов индикации в электронной и автомобильной промышленности, в строительной индустрии
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности при изготовлении деталей и инструментов с износостойкими покрытиями, а также для их восстановления
Изобретение относится к области электрохимии, в частности электрохимического нанесения композиционного материала цинк-фторопласт

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении для работы в узлах трения и для защиты изделий от атмосферной и электрохимической коррозии

Изобретение относится к электролитическим способам обработки изделий из титановых сплавов для получения защитных покрытий и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, судостроительной и других отраслях промышленности

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных электролитических покрытий из серебра, содержащих ультрадисперсные алмазы (УДА), на изделия из стали, бронзы и других металлов

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при разработке и изготовлении износостойких покрытий
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных покрытий

Изобретение относится к области гальванотехники и может найти применение в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности

Наверх