Способ создания композитных покрытий

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания композиционных электрохимических покрытий различного назначения. Способ получения композиционного покрытия включает осаждение металлического покрытия из водного электролита-суспензии с ультрадисперсными частицами алмаза. Осаждение проводят при постоянном восстановлении отработанной суспензии по размерам ультрадисперсных частиц воздействием ультразвуковых колебаний путем замены отработанной суспензии на восстановленную каждые 15-20 минут принудительной циркуляцией между сообщающимися ваннами гальванического осаждения и восстановления электролита. Технический результат: способ позволяет поддерживать электролит-суспензию в рабочем состоянии в течение всего срока эксплуатации электролита без седиментации частиц. 2 пр.

 

Изобретение относится к области получения наноструктурированных материалов, в том числе композиционных покрытий, получаемых электрохимическим осаждением, и может быть использовано для создания материалов с заданными свойствами.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения композиционного покрытия, содержащего ультрадисперсные алмазы [патент на изобретение BY, №13878 C1, C25D 15/00, 30.12.2010. «Способ получения биосовместимых покрытий на хирургических имплантах». Авторы Чигринова Н.М., Ильющенко А.Ф., Чигринов В.Е., Чигринов В.В.], который ведут в потенциостатическом режиме при напряжении 260 В в течение 20 минут с одновременным пропусканием через раствор ультразвуковых колебаний частотой не менее 22 кГц.

Однако данный способ влияет на процесс осаждения, что делает покрытия неравномерными и рыхлыми с высокой пористостью.

Изобретение направлено на разделение частиц в суспензии на основе водного раствора электролита до наноразмерной величины, поддержание ее длительное время в рабочем состоянии в течение всего срока эксплуатации электролита и предотвращение процесса седиментации.

Это достигается тем, что процесс осаждения проводят при постоянном восстановлении отработанной суспензии по размерам ультрадисперсных частиц воздействием ультразвуковых колебаний путем замены отработанной суспензии на восстановленную каждые 15-20 минут принудительной циркуляцией между сообщающимися ваннами гальванического осаждения и восстановления электролита.

Таким образом, происходит увеличение срока эксплуатации электролита.

Способ осуществляется следующим образом.

Навеска частиц заданной концентрации помещается в водный раствор электролита. Далее производится перемешивание в течение 15-20 мин при комнатной температуре в ультразвуковой ванне, обеспечивающей частоту колебаний до 40 кГц. Затем рабочий объем приготовленной суспензии помещается в электролитическую ячейку для осаждения. Каждые 15-20 минут суспензия обновляется путем замены отработанной суспензии восстановленной принудительной циркуляцией между сообщающимися сосудами гальванического осаждения и восстановления суспензии.

При ультразвуковом воздействии происходит интенсивное перемешивание и разделение частиц, которые затем доставляются к катоду с ионами металла, что обеспечивает их высокую и равномерную концентрацию в металлической матрице покрытия. За счет упорядоченности наночастиц на поверхности изделия формируется композиционное покрытие со структурой, имеющей высокую плотность и твердость.

Примеры осуществления способа

Пример 1. В работе Козенков О.Д., Пташкина Т.В., Косилов А.Т. Исследование суспензий ультрадисперсных алмазов в диспергирующей среде на основе водных растворов электролитов (Вестник ВГТУ, 2012 г., Т. 8, вып. 7.1, стр. 65-69) экспериментально установлено, что после завершения ультразвукового воздействия происходит очень быстрая коагуляция нанодисперсных суспензий, которая протекает вплоть до достижения нулевой концентрации ультрадисперсных алмазов (УДА) в растворе электролита.

Результаты исследования показали возможность восстановления коагулировавшей суспензии. С этой целью суспензии подвергались повторной ультразвуковой обработке, после чего определялся размер полученных частиц в суспензии.

Установлено, что ультразвуковое воздействие с частотой до 40 кГц на суспензии УДА приводит к их полному восстановлению по концентрации и размерам частиц. При этом разбиваются крупные агломераты, и суспензия практически полностью соответствует исходному состоянию, то есть имеет тот же размер частиц УДА и ту же концентрацию частиц УДА в растворе электролита, что и свежеприготовленная. Обнаружено влияние продолжительности ультразвукового воздействия на размер частиц в суспензии. Установлено, что с ростом продолжительности ультразвукового воздействия размер частиц УДА в суспензии уменьшается, достигая некоторого предельного значения. Данные факты позволяют сделать вывод о том, что агломераты частиц УДА образуются за счет слабого ван-дер-ваальсового взаимодействия.

Пример 2. В рамках тематического плана НИР, выполняемой по заданию Минобрнауки России в Воронежском государственном техническом университете, методом гальвано-химического осаждения были получены медные и никелевые композиционные электрохимические покрытия, содержащие в металлической матрице ультрадисперсные алмазы (УДА) или углеродные нанотрубки (УНТ) (Cu-УДА, Cu-УНТ, Ni-УДА, Ni-УНТ). Использовали водные электролит меднения либо электролит никелирования на основе солей CuSO4, CuCl2, либо NiSO4, NiCl2 соответственно с добавлением УДА или УНТ от 0 до 10 г/л.

Применяли различные режимы осаждения, при которых плотность тока варьировалась от 0,5 до 6 А/дм2. Частота ультразвуковых колебаний составляла до 40 кГц.

Длительность осаждения и количество циклов замены электролита зависят от необходимой толщины покрытия. Полная смена электролита-суспензии происходит за 15-20 минут. Количество циклов можно регулировать, меняя интенсивность перекачки электролита-суспензии из ячейки электролитического осаждения в емкость ультразвуковой обработки суспензии.

Исследования полученных композиционных электролитических покрытий включали измерение микротвердости с помощью микротвердомера ПМТ-3, исследование поверхности образцов на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6380 при различных увеличениях, измерение плотности.

Микротвердость и плотность покрытий зависят от концентрации и размера частиц УДА или УНТ, размера получаемого зерна, а также от содержания примесей. Анализ структурной организации медных и никелевых катодных осадков показал, что при введении частиц УДА или УНТ происходит измельчение зерна, в 1,5-2 раза повышается твердость, а плотность незначительно снижается до 8,1 г/см3. Поверхность получается сплошной, равномерной, матовой, а в случае с никелевыми покрытиями - с элементами блеска, покрытие не отслаивается.

В результате полученные экспериментальные данные имеют важное практическое значение, поскольку позволяют предотвращать процессы коагуляции и седиментации частиц УДА в процессе электролитического осаждения композиционных наноструктурированных покрытий путем ультразвукового воздействия на суспензию на основе водного раствора электролита.

Способ получения композиционного покрытия, включающий осаждение металлического покрытия из водного электролита-суспензии с ультрадисперсными частицами алмаза, отличающийся тем, что осаждение проводят при постоянном восстановлении отработанной суспензии по размерам ультрадисперсных частиц воздействием ультразвуковых колебаний путем замены отработанной суспензии на восстановленную каждые 15-20 минут принудительной циркуляцией между сообщающимися ваннами гальванического осаждения и восстановления электролита.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в радиотехнике и электротехнике. Покрытие равномерно по всему объему серебра содержит астралены в количестве от 0,005 мас % до 0,5 мас %.

Изобретение относится к алмазно-абразивному инструменту, используемому для обработки особо твердых и хрупких материалов, преимущественно кремния, сапфира, гранатов, кварца, керамики, стекла и т.п., в частности к алмазному проволочному инструменту.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных износостойких покрытий. Самосмазывающееся покрытие (7) состоит из металлического слоя (8), в который включен смазочный материал (1), способный высвобождаться при износе, при этом смазочный материал (1) состоит по меньшей мере из одного однократно разветвленного органического соединения (2), имеющего по меньшей мере одну функциональную группу (5), обладающую аффинностью к металлическому слою (8) и представляющую собой тиоловую группу (6).
Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железо-дисульфид молибденовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей машин и механизмов путем нанесения на их поверхность гальванических железных покрытий в проточном электролите.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в ювелирной, часовой, медицинской, радио- и электронно-технической промышленности, а также в производстве сувениров и бижутерии.

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано в условиях воздействия агрессивных сред, в том числе в условиях морского и тропического климата.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности. .
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и в других отраслях промышленности для увеличения коррозионной стойкости покрытий на основе сплава олово-цинк.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности в машиностроении, производстве монет, столовых приборов, дорожных ограждений и других изделий, подверженных истиранию, коррозии и эрозии. Способ включает электрохимическое осаждение из цинкатного электролита, содержащего твердые частицы ультрадисперсных алмазов в количестве 10,0-15,0 г/л, при этом электролит содержит твердые частицы ультрадисперсных алмазов с размером частиц 0,0005÷0,0009 мкм и с удельной поверхностью 250-550 м2/г, при этом в качестве электролита используют цинкатный электролит, в который добавляют поверхностно-активное вещество в количестве 0,2-3,0 г/л. Техническим результатом является повышение антикоррозионных свойств, микротвердости, износоустойчивости покрытия с ровным матовым цветом. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для ремонта лопаток соплового аппарата газовой турбины. Согласно изобретению обеспечивают лопатку (120, 130), образующую катод и имеющую покрываемую поверхность, ограничивающую критическую зону (21), анод (19), электролитическую ванну, содержащую нерастворимые частицы, и опору (12), на которой устанавливают упомянутую лопатку в рабочем положении относительно опорной стенки (14), помещают опору (12) в упомянутую ванну и осуществляют соосаждение частиц и металла анода (19), образуя покрытие (20) на покрываемой поверхности, при этом образом упомянутый анод (19) размещен обращенным к критической зоне (21), а упомянутая опора (12) снабжена средством контроля линий тока таким образом, чтобы получить покрытие (20) с толщиной, заданной и относительно постоянной для критической зоны (21) и постепенно уменьшающейся до практически нулевого значения вдоль краев упомянутого покрытия (20). Технический результат: изготовление покрытия, стойкого к окислению и коррозии и имеющего такие толщину и форму, которые предотвращают любое возмущение аэродинамических потоков без необходимости последующей обработки, например, резанием. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электролитическим способам нанесения композиционных хромовых покрытий на металлические изделия, и может быть использовано в металлургии и машиностроении для получения коррозионно-стойких твердых хромовых покрытий. Способ включает электрохимическое осаждение покрытия из электролита на основе хромовой кислоты, при этом используют электролит, содержащий хромовый ангидрид CrO3 - 250 г/л, сульфат кальция CaSO4 - 20 г/л и дисперсный графит - 10-20 г/л, полученный из углеродсодержащих твердых отходов алюминиевого производства в виде хвостов флотации угольной пены. Технический результат: повышение электропроводности и коррозионной стойкости получаемого покрытия за счет применения частиц углерода, полученных из отходов производства алюминия, с размерами частиц менее 200 нм. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности для повышения износостойкости режущего инструмента деталей, машин и механизмов. Способ включает электроосаждение покрытия из электролита хромирования, содержащего взвесь частиц алмаза, при этом частицы алмаза представляют собой смесь нанодисперсных алмазов детонационного синтеза с размером монокристалла 2÷20 нм и алмазов статического синтеза с размером монокристалла 2÷250 нм при весовом соотношении нанодисперсный алмаз детонационного синтеза : алмаз статического синтеза = (10:90) : (90:10), а электроосаждение проводят при суммарной концентрации смеси алмазов в электролите равной 2÷30 г/л. Технический результат: повышение микротвердости, износостойкости и коррозионной стойкости покрытия при малом расходе алмазов. 10 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения на детали, работающие под нагрузкой в агрессивных средах, для повышения надежности работы изделий. Способ включает электроосаждение композиционного покрытия на основе никеля и наноразмерного диоксида циркония из электролита, содержащего соли никеля и частицы диоксида циркония, при этом в качестве солей никеля используют тетрагидрат ацетата никеля в количестве 60-90 г/л и гексагидрат хлорида никеля в количестве 7-15 г/л при рН 4,3-4,7, в которые добавляют золь диоксида циркония, содержащий хлороводородную кислоту 1,3-1,7 моль/л и частицы диоксида циркония с размерами 2-6 нм и концентрацией 15-18 г/л, в количестве 6-56 мл/л, причем процесс электроосаждения проводят при температуре электролита 45-55 °С и плотности тока 2-12 А/дм2. Технический результат: получение покрытий на основе никеля без питтинга с высокими значениями микротвердости, обеспечивающими высокую износостойкость и коррозионную стойкость, в частности, в хлоридных средах. 3 пр.
Наверх