Способ получения медных гальванических покрытий, модифицированных наночастицами электроэрозионной меди

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для модификации медных гальванических покрытий. Способ включает введение в сульфатный электролит меднения наночастиц меди, полученных электроэрозионным диспергированием медных отходов, размерностью 2,5-100 нм с концентрацией до 0,1 г на 100 мл электролита. Технический результат: повышение физико-механических характеристик медного покрытия. 3 табл., 6 ил., 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для модификации медных гальванических покрытий.

Использование нанотехнологии в гальванотехнике пользуется повышенным интересом уже в течение нескольких лет, тем не менее, за последний год был разработан ряд новых решений, прежде всего в области свойств покрытий, позволяющих значительно расширить диапазон применения таких покрытий. Тем не менее, их широкое распространение сдерживается из-за высокой стоимости наночастиц и нанопорошков.

Известен способ получения гальванических покрытий, модифицированных наноалмазами [патент RU на изобретение 2368709], включающий введение в электролит фракций наноалмаза размерностью менее 200 нм, диспергирование и нанесение покрытия, при этом диспергирование осуществляют до нанесения покрытия и в процессе нанесения покрытия путем воздействия на суспензию электролита кавитацией. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатками этого способа является то, что повышение физико-механических характеристик покрытий достигается путем значительного повышения стоимости получаемых покрытий.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение физико-механических характеристик гальванических покрытий без существенного увеличения затрат на их изготовление.

Поставленная задача достигается способом получения медных гальванических покрытий, модифицированных наночастицами электроэрозионной меди, включающим введение в сульфатный электролит меднения наночастиц меди, полученных электроэрозионным диспергированием медных отходов, размерностью 2,5…100 нм в концентрации до 0,1 г на 100 мл электролита.

На фигуре 1 показан внешний вид полученных покрытий; на фигуре 2 – микроструктура образца медное покрытие (а − поперечный шлиф (Quanta 200 3D), б – поверхность (OLYMPUS GX51)), на фигуре 3 − микроструктура образца с медным покрытием с добавкой электроэрозионных наночастиц меди (а − поперечный шлиф (Quanta 200 3D), б – поверхность (OLYMPUS GX51)); на фигуре 4 − шероховатость поверхности (а) медное покрытие; б) медное покрытие с добавкой электроэрозионных наночастиц меди); на фигуре 5 – поверхность разрушения пары трения контртело (шарик) и медного покрытия (а − оптическое изображение пятна износа контртела (шарика) после многократных проходов по исследуемой поверхности образца медное покрытие (×100); б − зона механического контакта контртело – медное покрытие; в) профиль бороздки износа поверхности образца); на фигуре 6 – поверхность разрушения пары трения контртело (шарик) и медного покрытия с наночастицами меди (а − оптическое изображение пятна износа контртела (шарика) после многократных проходов по исследуемой поверхности образца медное покрытие с наночастицами меди (×100); б − зона механического контакта контртело – медное покрытие с наночастицами меди; в) профиль бороздки износа поверхности образца).

Для получения наноразмерных частиц используют догоростоящие методы, например, для получения наноалмазов − методы взрывного синтеза, основанные на кратковременном воздействии высоких давлений и температур на углеродсодержащий материал. На наш взгляд, метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) выглядит весьма привлекательно для получения дисперсных систем. ЭЭД обладает очень существенными конкурентными преимуществами, такими как простота конструкции оборудования, возможность работы в жидкой среде, возможность получения сферических наночастиц, использование в качестве металлической загрузки отходов, возможность управления характеристиками получаемых порошков, безвредность и экологическая чистота процесса, отсутствие механического износа оборудования, малые энергозатраты, которые позволяют значительно снизить себестоимость полученных нанопорошков [Агеев Е.В. Состав и свойства медных порошков, полученных электроэрозионным диспергированием: монография /Е.В. Агеев, Е.В. Агеева, Н.М. Хорьякова; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2014. – 143 с.]. Процесс ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами. Метод позволяет нанодиспергировать металлы и сплавы, процесс проходит внутри диэлектрической жидкости, продукты трансформации которой покрывают образующиеся наночастицы. Метод не позволяет получать частицы с узким распределением по размерам, однако это и не требуется, если проанализировать литературу по теме. Значительное влияние на свойства гальванических покрытий оказывает диспергирование в матрице покрытия наночастиц размером от 1 до 500 нм. В зависимости от условий проведения процесса электроэрозионного диспергирования, природы металла и среды диспергирования разброс частиц колеблется в интервале 2,5…20 нм, но при этом присутствуют отдельные частицы с размерами до 100 нм и более. Считается, что мелкие частицы образуются при закалке паров металла, а крупные – из расплавленных капель [Лазаренко Б.Р. Электроискровая обработка металлов. М.: Машиностроение. 1957. 226 с.].

Электроэрозионное диспергирование позволяет получить медные нанопорошки без использования химических реагентов, что существенно влияет на стоимость нанопорошка и позволяет избежать загрязнения рабочей жидкости и окружающей среды химическими веществами. Средние удельные затраты электроэнергии при производстве медного электроэрозионного нанопорошка ниже большинства известных методов. Стоимость 1 кг медного нанопорошка равна 500-м рублям (таблица 1), стоимость нанопорошков меди на рынке доходит до 35 тыс. рублей. Таким образом, наночастицы электроэрозионной меди позволят значительно удешевить покрытия.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Гальванические медные покрытия получали электроосаждением слоя меди из электролита, содержащего ионы меди. Для электроосаждения металла использовали гальваническую установку (L1-210 v2, Италия). В качестве подложки использовали сталь 30ХГСА. Для подготовки стальной поверхности использовали состав электрохимического обезжиривания (универсальный) и раствор для электрохимической активации металлов фирмы «24 КАРАТА» (Москва, Россия). В качестве электролита использовали электролит гальванического блестящего меднения фирмы «24 КАРАТА» (Москва, Россия). На сталь медное покрытие наносили после никелевого, полученного с помощью электролита никелирования подслойного фирмы «24 КАРАТА» (Москва, Россия). Технологические параметры подготовки стальной подложки, нанесения подслоя никеля и слоя меди представлены в таблице 2.

Пример

Было проведено сравнение медных покрытий, полученных различными способами:

1) без наночастиц электроэрозионной меди;

2) с наночастицами электроэрозионной меди при концентрации 0,05 г на 100 мл электролита.

Покрытия наносились с использованием электролита гальванического блестящего меднения фирмы «24 КАРАТА», температура электролита поддерживалась в пределах 18±2°С. Внешний вид полученных покрытий представлен на фигуре 1.

Методом растровой электронной и оптической микроскопии было проведено исследование микроструктуры образцов (по поперечному шлифу). Результаты исследования образца с медным покрытием приведены на фигуре 2. Результаты исследования образца с медным покрытием с добавкой электроэрозионных наночастиц меди приведены на фигуре 3. Исходя из рисунков установлено, что покрытие, полученное с добавлением наночастиц электроэрозионной меди, имеет более плотную структуру и практически не имеет пор.

Шероховатость поверхности определяли с помощью автоматизированного прецизионного контактного профилометра SURTRONIC 25. Результаты представлены на фигуре 4. Экспериментально установлены следующие параметры шероховатости медного покрытия с добавкой электроэрозионных наночастиц меди: среднее арифметическое отклонение профиля медного покрытия с добавкой электроэрозионных наночастиц меди QUOTE =0,525; высота неровностей профиля по 10 точкам QUOTE =5,55. Получены следующие параметры шероховатости медного покрытия: среднее арифметическое отклонение профиля медного покрытия QUOTE =0,434; высота неровностей профиля по 10 точкам QUOTE =4,17. Установлено, что высота неровностей профиля по 10 точкам и среднее арифметическое отклонение профиля медного покрытия с добавкой электроэрозионных наночастиц меди незначительно выше, чем у медного покрытия. Средние арифметические отклонения профилей обоих покрытий соответствуют 8 классу шероховатости деталей. Высота неровностей профиля по 10 точкам обоих покрытий соответствуют 7 классу шероховатости деталей.

Испытания твердости образца по поверхности проводили с помощью автоматической системы анализа микротвердости DM-8 по методу микро-Виккерса при нагрузке на индентор 25 г по десяти отпечаткам со свободным выбором места укола в соответствии с ГОСТом 9450-76 (Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников) (фигуры 5 и 6). Время нагружения индентора составило 15 с. Результаты измерений приведены в таблице 3.

Отмечено, что микротвердость медного покрытия с добавкой наночастиц меди на 15% выше, чем микротвердость стальной подложки и образца со стандартным медным покрытием. Таким образом, наночастицы электроэрозионной меди позволят улучшить качество гальванических покрытий.


Способ получения медных гальванических покрытий, модифицированных наночастицами электроэрозионной меди, отличающийся тем, что в сульфатный электролит меднения вводят наночастицы меди, полученные электроэрозионным диспергированием медных отходов, размерностью 2,5-100 нм в концентрации до 0,1 г на 100 мл электролита.



 

Похожие патенты:

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 гальванотехники и нанотехнологии. Электролит содержит серную кислоту, композицию «ЭКОМЕТ-А200» и порошок углеродного наноматериала «Таунит», введенный с помощью ультразвукового диспергатора, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л: серная кислота 180-220, композиция «ЭКОМЕТ-А200» 26-28, углеродный наноматериал «Таунит» от 0,005 до менее 0,03.

Изобретение относится к области нанесения гальванических покрытий на изделия из чугуна и стали. Способ включает последовательное осаждение слоев покрытия из электролита при прямой полярности тока, при этом деталь прогревают и подвергают катодной обработке при плотности катодного тока 100-150 А/дм2 и температуре 70-75°C в той же ванне при непрерывной циркуляции электролита, по окончании катодной обработки плотность тока снижают до 32 А/дм2 и продолжают хромирование до достижения толщины покрытия 8-10 мкм, далее без подачи тока проводят охлаждение электролита до температуры 45-50 °C посредством теплообменника с протоком холодной воды, а по достижении заданной температуры на деталь подают минимальный катодный ток с постепенным подъемом плотности до 45-50 А/дм2  и проводят хромирование до получения требуемой толщины покрытия.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной, электротехнической и других отраслях промышленности. Способ включает электрохимическое осаждение из дицианаргентатнороданистого электролита, содержащего ионы серебра и модифицированный наноуглерод-алмазный материал детонационного синтеза, г/л: K[Ag(CN)2] (в расчете на Ag) - 20-35; К2СО3 - 40-50; KCNS - 150-200; модифицированный 5-30%-ной азотной кислотой наноуглерод-алмазный материал - 0,2-2,0, при температуре 18-25°С и плотности тока 0,5-2,0 А/дм2.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной, электротехнической, ювелирной и других отраслях промышленности. Способ включает электрохимическое осаждение из дицианаргентатного электролита, содержащего ионы серебра и модифицированные (т.е.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения на детали, работающие под нагрузкой в агрессивных средах, для повышения надежности работы изделий.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности для повышения износостойкости режущего инструмента деталей, машин и механизмов.

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.

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).

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.

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к фармацевтике, и раскрывает способ получения нанокапсул солей металлов в агар-агаре. Способ характеризуется тем, что 100 мг соли металла (иодид калия, карбонат магния, цинка или кальция, хлорид кальция) диспергируют в суспензию 100 или 300 мг агар-агара в бензоле в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1200 об/мин, далее приливают 5 мл хлороформа, при этом мольное соотношение ядро:оболочка составляет 1:1 или 1:3, затем полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.
Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам создания наногетероструктур для фотопреобразующих и светоизлучающих устройств. Способ изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой включает выращивание на подложке GaSb газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений в потоке водорода сверхрешетки, состоящей из чередующихся слоев GaSb и InAs.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к композиции для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней, содержащей неорганические наночастицы размером 10-100 нм и размерной дисперсностью до 6% состава NaYF4, солегированные ионами иттербия (Yb) и эрбия (Er) или иттербия (Yb) и тулия (Tm), и включающей цитотоксический компонент, представленный бета-изотопом, которым является изотоп иттрия-90 (90Y), при этом наночастицы переведены в гидрофильную форму путем использования покрытия, представленного по крайней мере одним из соединений, выбранных из полималеинового ангидрида октадецена, полиэтиленимина, поли(D,L-лактида), поли(лактид-гликолида), диоксида кремния, тетраметиламмония гидроксида, при этом наночастицы связаны с гуманизированным мини-антителом scFv 4D5 или высокоаффинным пептидом неиммуноглобулиновой природы DARPin-29, которые специфичны к раковоассоциированному антигену HER-2/new.

Настоящее изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для получения стабильных водных растворов полупроводниковых квантовых точек, покрытых оболочками оксида кремния, модифицированных активной группой для биоконъюгирования и стабилизированных полиоксиэтиленом.
Изобретение относится к нанотехнологиям. Сначала получают раствор квантовых точек на основе селенида кадмия в хлороформе с их концентрацией 4⋅10-8 М и смешивают его с раствором дендримера в метаноле так, чтобы мольное соотношение квантовых точек к дендримеру составляло от 1:700 до 1:1100.

Изобретение относится к области химии, в частности к высокомолекулярным композиционным материалам на основе органических соединений. Может быть использовано для изготовления термостойких покрытий и сорбентов, применяемых в химической промышленности, авиастроении, космических технологиях, оборонной промышленности, для твердофазной микроэкстракции.

Изобретение может быть использовано в электронной и химической промышленности, медицине и оптике. Сначала получают полиакрилонитрил гомополимеризацией нитрила акриловой кислоты или его сополимеризацией с винильными сомономерами с долей сомономеров не более 20% в сополимере.
Изобретение относится к области наноразмерной технологии и может быть использовано для создания носителей информации с высокой плотностью записи, магнитных сенсоров с высокой чувствительностью и т.п., а также для применения в области медицины.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул экоцида С в альгинате натрия. Указанный способ характеризуется тем, что экоцид С по порциям добавляют в суспензию альгината натрия в гексане в присутствии 0,01 г препарата Е472с при перемешивании 1000 об/мин, затем приливают метиленхлорид, образующуюся суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка в нанокапсулах составляет 1:3, 1:1, 1:5 или 5:1.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул метронидазола в альгинате натрия. Указанный способ характеризуется тем, что в суспензию альгината натрия в гексане и 0,01 г препарата Е472с добавляют порошок метронидазола, затем добавляют ацетон, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат, при этом массовое соотношение ядро:оболочка в нанокапсулах составляет 1:3, 1:1, 1:5 или 5:1.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений и может найти применение в качестве материалов для фильтрации горячих жидких и газообразных технологических сред, разделительных мембран, а также для получения углеродных нановолокон. Описан способ получения материала на основе нановолокон из полиимида, включающий электроформование раствора полиамидокислоты в растворителе, в котором из раствора, содержащего не более 12 мас. % полиамидокислоты в апротонном растворителе, получают пленку методом формования через щелевую фильеру на подложку, которую снимают с подложки и в количестве, обеспечивающем содержание полиамидокислоты в растворе 12-20 мас. %, растворяют в смеси апротонный растворитель: бензоидный растворитель, при содержании бензоидного растворителя 20-70 об. %, раствор при комнатной температуре подают через электрод-фильеру в электрическое поле с напряжением 15-35 кВ, материал, осажденный на аноде, термообрабатывают при температуре 370-420°С в течение 60 мин, целевой продукт состоит из нановолокон ароматического полиимида диаметром 50-700 нм, имеющий температуру разложения в инертной среде выше 500°С в смеси. Технический результат: получение материала на основе нановолокон из ароматического полиимида методом электроформования полиамидокислоты при комнатной температуре. 6 ил., 5 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для модификации медных гальванических покрытий. Способ включает введение в сульфатный электролит меднения наночастиц меди, полученных электроэрозионным диспергированием медных отходов, размерностью 2,5-100 нм с концентрацией до 0,1 г на 100 мл электролита. Технический результат: повышение физико-механических характеристик медного покрытия. 3 табл., 6 ил., 1 пр.

Наверх