Способ нанесения никелевого покрытия на стальные и медные детали в электролите никелирования


 


Владельцы патента RU 2489525:

Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" (RU)

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов. Способ включает химическую и электрохимическую очистки электролита никелирования, содержащего никель сернокислый, натрий хлористый, борную кислоту, и нанесение никелевого покрытия из указанного электролита, при этом химическую очистку электролита осуществляют доведением электролита 5%-ным раствором серной кислоты до рН 5,5 и нагреванием до температуры 80-90°С, а нанесение никелевого покрытия проводят при рН электролита 3,5-5,5, при этом электролит дополнительно содержит натрий сернокислый и магний сернокислый с концентрациями компонентов, г/л: никель сернокислый 140-200, натрий хлористый 5-15, борную кислоту 18-35, натрий сернокислый 70-125, магний сернокислый 20-50. Технический результат: уменьшение энергоемкости процесса никелирования, повышение качества никелевого покрытия и увеличение срока службы деталей в агрессивных средах.

 

Изобретение «Способ нанесения никелевого покрытия на стальные и медные детали в электролите никелирования» относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов.

Никелирование - самый популярный гальванотехнический процесс. Привлекательный вид, высокая коррозионная стойкость и механические свойства говорят в пользу более широкого применения никеля с декоративно-защитными и функциональными целями. Никель, нанесенный непосредственно на сталь или медь, носит характер катодного покрытия и, следовательно, защищает от механических повреждений. Несплошность покрытия способствует образованию коррозионных пар, в которых сталь или медь является растворимым электродом. В результате этого возникает коррозия под покрытием, которая разрушает стальную или медную подложку и приводит к отслаиванию никелевого покрытия. С целью предупреждения этого явления сталь или медь необходимо покрывать плотным без пористости слоем никеля, поэтому при изготовлении деталей для никель-кадмиевых аккумуляторов плотным слоем никеля покрывают те детали, которые подвержены воздействию агрессивных сред.

Известен способ никелирования деталей [1], при котором никелированию электролитическим способом подвергаются изделия из стали и сплавов на основе меди, цинка и алюминия в сернокислых электролитах с добавкой специальных блескообразователей, причем для защиты от коррозии наносят многослойное покрытие.

Недостатками данного способа являются трудоемкость, малотехнологичность, невозможность получения равномерного покрытия из никеля на рельефной поверхности деталей и никелирования узких и глубоких отверстий, полостей, щелей, резьбовых соединений.

Известен способ [2] никелирования деталей из стали, меди и медных сплавов, включающий осаждение на катоде, в качестве которого служит изделие положительно заряженных ионов металлов из водных растворов и их соединений при пропускании через раствор постоянного тока, причем процесс никелирования производят с нерастворимыми анодами из металла или сплава, устойчивого в данном электролите, в ванну наливают электролит, нагревают его до 45°С и прорабатывают электролит при плотности тока 0,1-0,2 А/дм2, расстояние между анодом и катодом устанавливают от 10 до 100 мм, загрузку деталей производят при силе тока 0,1-0,2 А/дм2 и по мере заполнения ванны деталями силу тока повышают до требуемого уровня, скорость наращивания никеля при выходе по току, равном 90%, составляет от 20 до 40 мкм/ч при плотности тока 2-4 А/дм2, по окончании процесса никелирования детали выгружают из ванны, промывают в проточной холодной воде, а затем в горячей непроточной воде с последующей сушкой.

Известный способ также трудоемок, нетехнологичен, не позволяет получать равномерное никелевое покрытие на деталях сложной конфигурации и рельефа, качество электролитических никелевых покрытий зависят от тщательности подготовки поверхности и наличия пор, дефектов и трещин на поверхности деталей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому и потому принятым за прототип является способ, при котором сначала приготавливают электролит никелирования, затем осуществляют химическую очистку электролита доведением рН до 5,0 20%-ным раствором серной кислоты и нагреванием электролита до температуры 65-70°С, после чего осуществляют введение в электролит сначала 0,3-0,5 г/л перманганата калия и перемешивание в течение 2-3 ч и затем 3 г/л активированного угля и перемешивание в течение 5-7 ч, а при электрохимической очистке проработку электролита начинают при катодной плотности тока 0,05-0,1 А/дм2 и температуре 50°С, а затем скачкообразно повышают ее до 0,6 А/дм2, а после нанесения никелевых покрытий детали промывают холодной и горячей водой и сушат [3].

Недостатком этого способа является то, что сложная технология очистки и введение добавок в электролит никелирования по указанному способу, высокая трудоемкость и энергозатраты для проведения перемешивания и фильтрации электролита никелирования приводят к возрастанию конечной стоимости никелированных деталей.

Технической задачей изобретения является разработка экономически эффективного способа нанесения никелевого покрытия на стальные и медные детали в электролите никелирования для использования их при изготовлении никель-кадмиевых аккумуляторов с повышенными циклическими и ресурсными характеристиками.

Указанный технический результат достигается способом нанесения никелевого покрытия на стальные и медные детали в электролите никелирования путем приготовления электролита никелирования, содержащий никель сернокислый 140-200 г/л, натрий сернокислый 70-125 г/л, натрий хлористый 5-15 г/л и борную кислоту 18-35 г/л, химической очисткой электролита никелирования доведением его 5%-ным раствором серной кислоты до pH 5,5 и нагреванием до температуры 80-90°С, проработку электролита током, нанесение никелевого покрытия из электролита никелирования при кислотности равной pH 3,5-5,5 и содержащем в своем составе добавку магния сернокислого с концентрацией 20-50 г/л

Предложенный способ нанесения никелевого покрытия на стальные и медные детали в электролите никелирования заключается в следующем.

Взвешивается необходимое количество никеля сернокислого, магния сернокислого, натрия хлористого и борной кислоты. Засыпаются компоненты в бак для приготовления электролита никелирования. В дальнейшем в бак вливается 480 л раствора натрия сернокислого с температурой 20±5°С. Затем в бак приготовления электролита никелирования наливается дистиллированная вода до 3 4 рабочего объема бака и перемешивается в течение 20 минут с помощью сжатого воздуха, после чего электролит никелирования подвергают химической и электрохимической очистке от органических и неорганических примесей, причем для химической очистки в электролит наливается расчетное количество 5%-ного раствора серной кислоты, доводится рН до 5,5 и нагревается до температуры 80-90°С, для достижения полноты осаждения электролит никелирования перемешивается в течение 2-3 часов сжатым воздухом. Далее наливается дистиллированная вода до рабочего объема бака и дополнительно перемешивается сжатым воздухом в течение 30-40 минут. Затем электролит никелирования отстаивается в течение 2-6 часов, отстоявшийся электролит фильтруют через фильтровальную установку в рабочую ванну. В дальнейшем осуществляется электрохимическая очистка для удаления примесей меди, железа, цинка и свинца, для чего рН электролита доводится до 2-2;5 единиц 5%-ным раствором серной кислоты, после чего на анодные штанги помещаются никелевые аноды из расчета один анод на 0,5-0,6 м длины штанги, а на катодные штанги -максимальное количество катодов из листовой стали, очистка проводится при катодной плотности тока 0,2 А/дм2 и температуре 40±10°С в течение 4-5 часов, появление светлого никелевого покрытия на пластинах указывает на окончание процесса очистки. После окончания процесса очистки электролит никелирования корректируют 3%-ным раствором едкого кали до рабочего интервала и приступают к работе.

В качестве анодов используются аноды никелевые марки НПА1, НПА2, НПАН, НПАНЭ.

Анализ электролита никелирования на содержание основных компонентов производится не реже двух раз в месяц, примесей - не реже одного раза в месяц. Электролит никелирования должен соответствовать следующим показателям:

никель сернокислый - 140-200 г/л;

натрий сернокислый - 70-125 г/л;

магний сернокислый - 20-50 г/л;

натрий хлористый - 5-15 г/л;

кислота борная - 18-35 г/л;

железо - не более 0,1 г/л;

цинк - не более 0,01 г/л;

свинец - не более 0,01 г/л;

медь - не более 0,02 г/л;

pH - 3,5-5,5.

Контроль качества никелевого покрытия осуществляют путем внешнего осмотра деталей и проверкой соблюдения технологического режима в процессе покрытия.

Процесс никелирования проводится в стальных ваннах, футерованных листовым пластикатом. Подвесные приспособления имеют надежный контакт с деталью и штангой. Перед началом процесса никелирования тщательно очищают штанги, включают систему подогрева и перемешивания электролита. При достижении температуры в 40°С отключают подогрев и перемешивание и завешивают расчетное количество деталей таким образом, чтобы они не соприкасались друг с другом. Никелевые аноды раз в месяц вынимают из чехлов, очищают проволочными щетками до металлического блеска и промывают водой.

Скорость наращивания никеля при выходе по току, равном 90%, составляет 7-9 мкм/ч при плотности тока 0,5-1 А/дм2. По окончании процесса никелирования детали выгружают из ванны, промывают в холодной проточной воде, а затем в горячей непроточной воде с последующей сушкой.

Нанесение никелевого покрытия происходит при температуре 20-40°С и плотности тока 0,5-1 А/дм2. Аноды в рабочей ванне используют марок НПА1, НПА2, НПАН, НПАНЭ, и их завешивают в чехлах из ткани КС-34. Соотношение анодной и катодной поверхностей 2:1 позволяет получить максимальную производительность труда и наилучшее качество никелевого покрытия.

Удаление некачественных никелевых покрытий с деталей производят химическим способом в растворе, состоящем из двух объемов азотной кислоты и одного объема серной кислоты.

Выбор температуры нагрева электролита и его кислотности при химической очистке, а также рабочий диапазон кислотности электролита никелирования при нанесении покрытия и концентрацию добавки магния сернокислого продиктованы следующими соображениями.

При температуре нагрева электролита никелирования ниже 80°С имеет место неполное растворение всех компонентов электролита никелирования (особенно борной кислоты), что приводит к невозможности его использования, а при температуре нагрева выше 90°С происходит нерациональное использование энергоресурсов и как следствие повышение себестоимости никелированных деталей.

Указанная кислотность электролита никелирования, равная pH 5,5, является оптимальной для проведения его химической очистки и обеспечения рационального использования дорогостоящих материалов при приготовлении, а также увеличения срока службы рабочей ванны с электролитом никелирования.

При рабочей кислотности электролита меньше pH 3,5 происходит образование блестящего покрытия с множеством трещин и обильное выделение водорода на катоде, что влечет за собой ухудшение качества никелевого покрытия из-за его недостаточной толщины и высокой пористости, а при рабочей кислотности электролита больше pH 5,5 происходит защелачивание электролита с образованием шлама гидроксида никеля в составе покрытия.

Указанная концентрация добавки магния сернокислого равная 20-50 г/л, является оптимальной для проведения процесса никелирования и получения более мягких, светлых и легко полирующихся осадков.

Преимущества способа заключаются в снижении энергоемкости и себестоимости процесса никелирования, повышении качества никелевого покрытия и увеличении его срока службы почти на порядок по сравнению с традиционными способами нанесения покрытий за счет снижения рабочей температуры электролита никелирования на 5-10°С относительно прототипа, использования магния сернокислого и никелевых анодов марок НПАН и НПАНЭ, что позволяет уменьшить расход дорогостоящих материалов при никелировании на 49%.

Использование данного изобретения в промышленности позволяет повысить защитные и декоративные свойства никелированных деталей, что влечет за собой изготовление никель-кадмиевых аккумуляторов и батарей на их основе с высокими эксплуатационными характеристиками.

ПУБЛИКАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ЗАЯВКИ

1. Ямпольский A.M. Современная технология никелирования, Л. 1950

2. Лайнер В.И. Современная гальванотехника. М. 1967

3. Патент России N 2089675, заявл. 24.10.1996 г.

Способ нанесения никелевого покрытия на стальные и медные детали, включающий химическую и электрохимическую очистки электролита никелирования, содержащего никель сернокислый, натрий хлористый, борную кислоту, и нанесение никелевого покрытия из указанного электролита, отличающийся тем, что химическую очистку электролита осуществляют доведением электролита 5%-ным раствором серной кислоты до рН 5,5 и нагреванием до температуры 80-90°С, а нанесение никелевого покрытия проводят при рН электролита 3,5-5,5, при этом электролит дополнительно содержит натрий сернокислый и магний сернокислый с концентрациями компонентов, г/л:

никель сернокислый 140-200
натрий хлористый 5-15
борную кислоту 18-35
натрий сернокислый 70-125
магний сернокислый 20-50



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальваностегии, а именно: к процессам нанесения никелевого покрытия на поверхность металлического изделия. .

Изобретение относится к области гальваностегии. .
Изобретение относится к гальваностегии и может быть использовано для получения кобальта электролитическим способом, а также может найти применение в областях техники, в которых предъявляются требования высокой коррозионной стойкости, твердости и магнитных свойств.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в радиотехнической промышленности, приборостроении, авиационной промышленности и в других областях народного хозяйства для антикоррозионной защиты алюминия и его сплавов и придания им специальных свойств.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам нанесения износостойких карбидохромовых покрытий, и может быть использовано для защиты поверхности изделий из титана и его сплавов от воздействия агрессивных сред, абразивного износа и высоких температур.
Изобретение относится к области электрохимии, в частности к электрохимическому нанесению блестящих никелевых покрытий. .

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий, в частности никелевых, гальваническим способом на изделия из титана и его сплавов типа ВТ 3-1, ВТ9 и может быть использовано в авиационной промышленности и др.

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к электрохимическому нанесению блестящих никелевых покрытии. .
Изобретение относится к технологии металлизации поверхности, а именно к способу нанесения никель-боридного покрытия на изделия из металлов методом автокаталитического осаждения из щелочного раствора. Раствор содержит следующие компоненты, мас.%: хлорид никеля 0,35-0,63, борогидрид натрия 0,025-0,105, вольфрамат свинца 0,0018-0,0054, этилендиамин 20,0-28,0, гидроксид натрия до получения величины pН от 10,0 до 14,0, деминерализованная вода остальное. Перед осаждением покрытия на обрабатываемую деталь подают ток с плотностью 0,027±0,005 А/см2. В частных случаях осуществления изобретения ток подают в течение 5-60 сек, а концентрацию раствора и его температуру подбирают с обеспечением скорости осаждения покрытия от 10 до 12 мкм/час. Получается механически прочное, с хорошей адгезией, а также стойкое к истиранию блестящее покрытие на основе никеля. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к нанесению покрытий и может быть использовано при получении жаростойких и антифрикционных покрытий на детали из углеродистых и легированных сталей, работающих в условиях повышенных температур до 1600°C и сухого трения. Покрытие формируют на стальных деталях путем нанесения алюминиевого слоя жидкофазным способом и проведение диффузионного отжига. Перед нанесением алюминиевого слоя стальную деталь никелируют, после чего наносят алюминиевый слой из расплава технически чистого алюминия при температуре 800-850°C в течение 3-4 с и проводят диффузионный отжиг при температуре 950-1100°C в течение 6-10 часов. Способ позволяет повысить производительность и снизить стоимость нанесения покрытия. 1 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении и судостроении для увеличения коррозионной стойкости, паяемости и износостойкости деталей и узлов элементов систем управления, комбинированных конструкций из титана и алюминия. Электролит на водной основе содержит, г/л: никель сернокислый 35,0-55,0; ацетат натрия 25,0-30,0; уксусную кислоту 4,5-5,0 мл/л; натрий лаурилсульфат 0,1-1,0. В результате использования электролита получены высокотехнологичные сплошные никелевые покрытия на стали, алюминии, титане, меди и их сплавах с высокой адгезией, микротвердостью и коррозионной стойкостью покрытия без предварительной цинкатной - для алюминия или гидридной - для титана обработки. 3 табл., 8 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области электролитического нанесения покрытий с помощью химических реакций на поверхности, например, формирования преобразованных слоев, а именно к процессам микроплазменного оксидирования вентильных металлов и может быть использовано для получения функциональных покрытий, в том числе электропроводных покрытий в электронике и микроэлектронике. Способ получения композиционного металлокерамического покрытия на подложке из вентильного металла или его сплава, преимущественно на подложке, выполненной из алюминия, магния, титана, циркония или их сплавов, включает три этапа. На первом этапе осуществляют формирование на подложке тонкого керамического подслоя толщиной от 7 до 12 мкм. На втором этапе осуществляют формирование на полученном подслое пористого керамического слоя требуемой толщины, состоящего преимущественно из оксидов материала основы и дополнительно из оксидов меди и/или никеля. На третьем этапе выполняют операцию восстановления меди и/или никеля до металла из их соединений для формирования в пористом керамическом слое, полученном на втором этапе, металлической фазы. Получается композиционное металлокерамическое покрытие, обладающее поверхностной электропроводностью. 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 пр.

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в различных областях для изготовления декоративно-блестящих деталей, защищенных от коррозии. Электролит содержит никель сернокислый, натрий хлористый, борную кислоту, блескообразователь и воду, при этом в качестве блескообразователя электролит содержит одну из ненасыщенных изотиурониевых солей следующей структуры: при следующем соотношении компонентов, г/л: никель сернокислый 270; натрий хлористый 12, кислота борная 40; изотиурониевая соль 1,5-2; вода до 1 л. Технический результат: получение блестящих покрытий с высоким выходом по току и низкой пористостью покрытия. 3 пр.

Изобретение относится к области осаждения износостойких комбинированных покрытий для защиты поверхностей алюминиевых сплавов от воздействия агрессивных сред и износа, в частности для защиты алюминиевых литейных сплавов с высоким содержанием кремния, и может быть использовано в авиационной промышленности, станко-, судо- и моторостроении. Осаждают износостойкое покрытие на алюминиевый сплав, в котором формируют промежуточный слой с последующим нанесением на него слоя карбида хрома путем химического осаждения из паровой фазы бисаренхроморганического соединения, при этом промежуточный слой формируют из никель-кобальтового сплава электрохимическим способом. Обеспечивается сплошность покрытия и его прочность сцепления с подложкой из алюминиевого сплава с высоким содержанием кремния, а также снижение времени, энерго- и трудоемкости процесса осаждения. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 9 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для обработки деталей в приборостроении и машиностроении, при изготовлении предметов домашнего обихода, хирургических и лабораторных инструментов. Способ включает использование стандартного электролита, содержащего никель сернокислый, никель хлористый, борную кислоту и блескообразователь. Электролиз проводят при температуре 50°C и плотности тока 5,0-6,0 А/дм2, а в качестве блескообразователя в электролит вводят в концентрации 0,3-0,7 г/л производные трихлорэтиламидов следующей структуры: Технический результат: получение блестящих покрытий с высоким выходом по току и низкой пористостью покрытия и расширение ассортимента блескообразующих добавок. 3 пр.
Наверх