Композиционное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами

Изобретение относится к никелированию и представляет собой композиционное покрытие на основе никеля, содержащее ультрадисперсные алмазы, которое может быть сформировано на различных металлических деталях, работающих в условиях повышенного износа и в присутствии агрессивных сред. Композиционное химически осажденное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами содержит никель, фосфор и ультрадисперсные алмазы с размером частиц от 100 до 500 нм при следующем соотношении компонентов, мас. %: фосфор 3-6, частицы ультрадисперсных алмазов 0,4-0,8, никель - остальное. Техническим результатом при использовании предлагаемого покрытия является возможность подвергать его различным технологическим операциям, таким как штамповка, вытяжка, волочение, гибка, развальцовка и др., без риска его повреждения за счет высокой пластичности и при сохранении его высокой коррозионной и износостойкости. 3 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области композиционных покрытий на основе никеля, содержащих ультрадисперсные алмазы, которые могут быть сформированы на различных металлических деталях (алюминий, сталь, медь, титан), работающих в условиях повышенного износа и в присутствии агрессивных сред.

Известно никель-фосфорное покрытие, полученное химическим осаждением, содержащее, мас. %: фосфор - 3-7, никель - остальное (Гальванотехника: Справ. изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. - М.: Металлургия, 1987. - 736 с. - Таблица 9.8, раствор №5). Покрытие получают из раствора, содержащего, г/л: никель сернокислый - 20-30, гипофосфит натрия - 10-25, натрий уксуснокислый - 8-15, уксусная кислота - 6-10, тиомочевина - 0,001-0,002. Получаемое никель-фосфорное покрытие обладает определенными физико-механическими показателями, а именно микротвердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Недостатком химически осажденного никелевого покрытия является его хрупкость (непластичность). Покрытие не рекомендуется подвергать гибке, развальцовке, при механических воздействиях (изгибе, ударе и др.) происходит растрескивание, выкрашивание металла, это начинает проявляться при толщине, превышающей 15 мкм.

Защитные свойства данного покрытия определяются химической стойкостью покрытия, его структурой, но также наличием пор в покрытии. В тонких слоях (1-3 мкм) покрытия пористы, полностью пористость устраняется при толщине больше 15 мкм. Например, для обеспечения защиты алюминия и его сплавов при эксплуатации в легких условиях необходима толщина химического никеля 15-24 мкм. Таким образом, толщина покрытия, которая необходима для обеспечения коррозионной стойкости, приводит к потере пластичности покрытия, что и относится к причинам, препятствующим его использованию.

Данное покрытие по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ближайшим к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.

Улучшить свойства никель-фосфорного покрытия и расширить область его применения можно с помощью модифицирования покрытий частицами ультрадисперсных алмазов.

Известен способ получения металлоалмазных химических покрытий (патент на изобретение RU 2375494, МПК С23С 18/16, 10.12.2009), при реализации которого покрытие получают из раствора, содержащего, г/л: сернокислый никель - 22, гипофосфит натрия - 23, хлористый аммоний - 30, аммиак - 45, уксуснокислый натрий - 45, наноалмазы с размером частиц 0,004-0,1 мкм - 2-20. Покрытие характеризуется повышенными микротвердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Известен способ получения никель-алмазных химических покрытий (патент на изобретение RU 2357002, МПК С23С 18/36, 27.05.2009). Покрытие получают из раствора, содержащего, г/дм3: сернокислый никель - 16-27, гипофосфит натрия - 21-24, хлористый аммоний - 28-32, аммиак - 47-52, натрий лимоннокислый - 40-50, наноалмазы с размером частиц 0,004-0,450 мкм - 3-15. Характеристики покрытия отличаются повышенными микротвердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.

При реализации вышеуказанных способов введение в раствор для никелирования ультрадисперсных алмазов приводит к улучшению физико-механических свойств металлоалмазного покрытия за счет совершенствования его микроструктуры. Структура покрытия главным образом определяется химическим составом покрытия, т.е. количеством и размером частиц ультрадисперсных алмазов в покрытии. В указанных способах химический состав покрытия не определяли.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание покрытия с повышенной пластичностью за счет уменьшения его толщины, но при сохранении основных физико-механических показателей.

Техническим результатом является повышение пластичности покрытия при сохранении его высокой коррозионной и износостойкости.

Указанный технический результат достигается тем, что раствор для получения покрытия, содержащий, г/л: никель сернокислый - 20-30, гипофосфит натрия - 10-25, натрий уксуснокислый - 8-15, уксусная кислота - 6-10, тиомочевина - 0,001-0,002, дополнительно содержит частицы ультрадисперсных алмазов (далее «УДА») с размером частиц 0,1-0,5 мкм в количестве 1-5 г/л раствора. В результате получается покрытие со следующим соотношением компонентов, мас. %:

фосфор - 3-6,

частицы ультрадисперсных алмазов - 0,4-0,8,

никель - остальное.

Повышение содержания частиц УДА в растворе выше 5 г/л создает трудности при осаждении покрытия из-за «загущения» раствора. При этом также требуются дополнительные меры для поддержания определенного размера частиц в растворе.

При содержании частиц УДА в растворе ниже 1 г/л количество частиц УДА в покрытии невозможно определить из-за малой величины, и оно практически не влияет на свойства покрытия.

Для проведения сравнительных испытаний покрытий ХимН (из раствора по прототипу) и покрытия ХимНУДА (из раствора с добавлением частиц УДА) готовили раствор по указанному в прототипе составу, затем приготовленный объем делили на 2 части: одну часть использовали для получения покрытия ХимН, в другую часть вводили частицы ультрадисперсных алмазов для получения покрытия ХимНУДА. Покрытие никель-фосфор-алмаз получали из предлагаемого раствора осаждением в течение 1 ч при температуре 87-90°С и рН 4-5. Толщина покрытия составила 10-12 мкм. Содержание частиц УДА в покрытии определяли на анализаторе углерода CS-200 (фирма LECO).

Ниже приводятся примеры получения конкретных покрытий и их характеристик при различном содержании частиц УДА в растворе.

Пример 1

Покрытие получали из раствора состава-прототипа, дополнительно содержащего частицы УДА размером 0,1-0,5 мкм в количестве 1 г/л. Состав покрытия, мас. %: фосфор 4,5, частицы УДА 0,4, никель 95,1.

Пример 2

Покрытие получали из раствора состава по прототипу, дополнительно содержащего частицы УДА размером 0,1-0,5 мкм в количестве 2 г/л. Состав покрытия, мас. %: фосфор 4,5, частицы УДА 0,5, никель 95,0.

Пример 3

Покрытие получали из раствора состава по прототипу, дополнительно содержащего частицы УДА размером 0,1-0,5 мкм в количестве 5 г/л. Состав покрытия, мас. %: фосфор 4,5, углерод 0,8, никель 94,7.

Анализ морфологии поверхности покрытий с частицами УДА показал наличие полусфер размером ~250 нм (от 100 до 500 нм), что соответствует размеру частиц, распределенных в объеме раствора.

Спектр размеров частиц и доли частиц каждого размера в электролите, полученный с помощью лазерного анализатора частиц, показал, что наибольшую долю составляют частицы размером от 1 до 5 мкм.

Содержание частиц в растворе определяли также турбидиметрическим методом, исходя из известной концентрации исходной водной суспензии УДА. При отстаивании раствора с частицами УДА в течение 1-3 ч наиболее крупные частицы под действием сил гравитации оседают, а более мелкие (0,1-0,5 мкм) распределены в объеме раствора и непосредственно участвуют в осаждении покрытия.

Содержание частиц УДА в покрытиях, полученных из раствора с частицами УДА (2 г/л) после отстаивания, составило ~0,4-0,5%.

Таким образом, в процессе химического осаждения никеля участвуют частицы УДА только определенного размера от 100 до 500 нм.

Количество частиц УДА в покрытии 0,4-0,8% определяется содержанием частиц УДА в растворе для химического никелирования от 1 до 5 г/л. Данное покрытие обладает улучшенными свойствами по сравнению с покрытием ХимН (прототип) без УДА.

Микротвердость покрытий измеряли на твердомере DuraScan 20 фирмы EmcoTest. Данный твердомер выполняет измерение по Виккерсу (ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007).

Термообработку покрытий проводили при температуре 400°С. После термообработки микротвердость покрытий увеличилась, причем покрытия с содержанием частиц УДА 0,4-0,5%) почти в 2 раза.

Измерение микротвердости исследованных покрытий показало, что микротвердость композиционных покрытий увеличилась (таблица 1).

В скобках указано содержание частиц УДА в покрытии, %.

Исследования износостойкости и коэффициента трения скольжения по схеме «стержень-диск» проводили на приборе Tribometer, CSM Instr. Диаметр пятна износа контртела (материал шарика сталь 95X18) и ширину бороздки износа на образце определяли на оптическом микроскопе Axiovert 25.

Результаты измерения износостойкости и коэффициента трения приведены в таблице 2.

Уменьшение толщины покрытия приводит к снижению коэффициента трения. Покрытие с содержанием частиц УДА в покрытии 0,4-0,8% и толщиной 10 мкм обладает наиболее низким коэффициентом трения и наилучшей прирабатываемостью, т.к. при испытаниях оно дает наименьший износ покрытия и контртела.

Коррозионные свойства покрытий изучали по экспресс-методике путем снятия поляризационных кривых в 3% NaCl с помощью потенциостата IPC-Pro ЗА.

В таблице 3 представлены данные по коррозионным исследованиям покрытий ХимН и ХиМНУДА.

Потенциал коррозии покрытия ХимНУДА сдвинут в менее отрицательную область по сравнению с потенциалом коррозии покрытия ХимН, ток коррозии соответственно уменьшился.

Предлагаемое композиционное покрытие с частицами ультрадисперсных алмазов позволяет снизить толщину покрытия на основе никеля до ≤10 мкм, что приводит к повышению пластичности, при этом обеспечивается достаточно высокие показатели по коррозионной стойкости и износостойкости.

Таким образом, вся совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Композиционное химически осажденное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами, содержащее никель, фосфор и ультрадисперсные алмазы, отличающееся тем, что оно содержит ультрадисперсные алмазы с размером частиц от 100 до 500 нм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

фосфор 3-6
частицы ультрадисперсных алмазов 0,4-0,8
никель остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химического осаждения магнитомягких и магнитожестких пленок состава кобальт-фосфор, применяющихся в качестве сред для магнитной и термомагнитной записи, для создания микроэлектромагнитных механических устройств (MEMS), а также в датчиках слабых магнитных полей, в устройствах СВЧ: фильтрах, ограничителях мощности, амплитудных модуляторах, фазовых манипуляторах.
Изобретение относится к химическому никелированию и может быть использовано для металлизации алюминиевых контактных площадок перед иммерсионным золочением. Способ включает травление алюминиевых контактных площадок с последующей горячей и холодной промывкой, обработку в азотной кислоте с последующей промывкой, цинкатную обработку и химическое нанесение никелевого покрытия из гипофосфитного раствора.
Изобретение относится к формированию никель-фосфорных пленок на поверхности металлической детали. Способ включает подготовку поверхности детали, осаждение никель-фосфорной пленки из раствора электролита, содержащего ионы никеля и фосфора, и коррекцию раствора электролита до требуемых концентраций ионов никеля и фосфора, величины pH и объема электролита.

Изобретение относится к области технологии нанесения светопоглощающих покрытий на основе никель-фосфорного соединения на изделия из меди и может быть применено для чернения конструкционных деталей оптических устройств.
Изобретение может быть использовано для подготовки деталей теплообменника из алюминиевых сплавов под пайку. Удаляют окисную пленку с поверхности деталей и наносят никелевое покрытие толщиной 5-7 мкм при температуре 85-90°C из раствора следующего состава, г/л: хлорид никеля 20-25, гипофосфит натрия 15-20, тиомочевина 0,001, борная кислота 5-15, молочная кислота 35-45.

Изобретение относится к получению покрытий на металлических поверхностях. В способе на стальную поверхность наносят многослойное покрытие, в котором в качестве нечетных слоев наносят слои никель-фосфор, а в качестве четных кобальт-фосфор.
Изобретение относится к области химической металлизации поверхности металломатричных композиционных материалов, в частности металломатричного композиционного материала алюминий-карбид кремния.

Изобретение относится к способу изготовления электродов с пористым никелевым покрытием для щелочных электролизеров воды путем нанесения никелевого порошка из гальванической ванны с добавками низкомолекулярных спиртов на поверхность никелевой просечно-вытяжной сетки.
Изобретение относится к области нанесения композиционных никель-фосфорных покрытий на стальные детали методом химического осаждения. Раствор содержит, г/л: никеля дихлорид 10-15, янтарная кислота 12-15, натрия фторид 2-3, натрия гидроксид 4-6, натрия гипофосфит 17-20, интеркалированный медью полититанат калия 6-10, остальное - вода.
Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий на стальные детали методом химического осаждения и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области химического осаждения магнитомягких и магнитожестких пленок состава кобальт-фосфор, применяющихся в качестве сред для магнитной и термомагнитной записи, для создания микроэлектромагнитных механических устройств (MEMS), а также в датчиках слабых магнитных полей, в устройствах СВЧ: фильтрах, ограничителях мощности, амплитудных модуляторах, фазовых манипуляторах.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к защитным покрытиям на стали, полученным методом химического осаждения. Покрытие содержит, по меньшей мере, шесть компонентов - никель, кобальт, фосфор, химические соединения никеля с фосфором состава Ni3P, Ni5P2, Ni2P, и состоит из нескольких чередующихся слоев, при этом нечетные слои являются твердым раствором фосфора в никеле, а четные - твердым раствором фосфора в кобальте, причем взаимосвязь чередующихся слоев осуществлена за счет сращивания матрицы последующего слоя с матрицей предыдущего слоя.

Изобретение относится к получению покрытий на металлических поверхностях. В способе на стальную поверхность наносят многослойное покрытие, в котором в качестве нечетных слоев наносят слои никель-фосфор, а в качестве четных кобальт-фосфор.

Изобретение относится к области химического осаждения аморфных магнитных пленок Co-P, например, на полированное стекло и может быть использовано в вычислительной технике.
Изобретение относится к области получения покрытий из никелевых сплавов химическим путем и может быть использовано в различных областях техники для получения покрытий с высокой механической прочностью и коррозионной стойкостью.

Изобретение относится к области химического осаждения аморфных магнитных пленок, например, на такие материалы, как полированное стекло, поликор, ситалл, кварц, и может быть использовано в вычислительной технике, в головках записи и считывания информации, в датчиках магнитных полей, управляемых СВЧ-устройствах: фильтрах, амплитудных фазовых модуляторах и т.д.

Изобретение относится к установке для нанесения никелевого покрытия химическим методом на различные детали. .
Изобретение относится к прикладной химии, а именно к способам получения никелевого покрытия на материалах из углеродного волокна. .
Изобретение относится к химическому осаждению аморфных магнитных пленок Co-Р, например, на полированное стекло и может быть использовано в вычислительной технике в головках записи и считывания информации, в датчиках магнитных полей, в управляемых сверхвысокочастотных (СВЧ) устройствах: фильтрах, амплитудных и фазовых модуляторах и т.д.

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к осаждению черных никелевых покрытий на поверхность металлических изделий, и может быть использовано в различных видах гальванического производства для получения декоративных покрытий.
Изобретение относится к получению порошка карбонитрида титана. Способ включает генерирование потока термической плазмы в плазменном реакторе с ограниченным струйным течением, подачу в поток термической плазмы паров тетрахлорида титана, газообразного углеводорода и азота с обеспечением их взаимодействия, осаждение порошка карбонитрида титана на стенки реактора с температурой в диапазоне 300-700°С и последующее его удаление.

Изобретение относится к никелированию и представляет собой композиционное покрытие на основе никеля, содержащее ультрадисперсные алмазы, которое может быть сформировано на различных металлических деталях, работающих в условиях повышенного износа и в присутствии агрессивных сред. Композиционное химически осажденное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами содержит никель, фосфор и ультрадисперсные алмазы с размером частиц от 100 до 500 нм при следующем соотношении компонентов, мас. : фосфор 3-6, частицы ультрадисперсных алмазов 0,4-0,8, никель - остальное. Техническим результатом при использовании предлагаемого покрытия является возможность подвергать его различным технологическим операциям, таким как штамповка, вытяжка, волочение, гибка, развальцовка и др., без риска его повреждения за счет высокой пластичности и при сохранении его высокой коррозионной и износостойкости. 3 табл., 3 пр.

Наверх