Способ осаждения композиционного покрытия
Владельцы патента RU 2761573:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к ремонту изношенных деталей машин, и может быть использовано при получении композиционных покрытий с повышенной микротвердостью, износостойкостью. Способ включает осаждение покрытия из электролита на переменном токе, при этом покрытие осаждают на ассиметричном переменном токе с плотностью тока катодного импульса 7-15 А/дм2 с коэффициентом асимметрии 6-8 из электролита, содержащего, г/л: никель хлористый шестиводный 20-30, гипофосфит натрия одноводный 15-20, аминоуксусная кислота 12-17, ацетат натрия 8-12, сульфаниловая кислота 2-3, частицы многослойных углеродных нанотрубок 0,4-1,6 при рН=5,5, температуре 25-35°С. Технический результат: обеспечение одинакового содержания фосфора и частиц многослойных углеродных нанотрубок в никелевой матрице, т.е. обеспечение постоянства состава покрытия, с высокими микротвердостью покрытия и сцеплением с основой детали. 1 пр.
Изобретение относится к способам нанесения композиционных твердых покрытий сплавами никель-фосфор-углерод с повышенной микротвердостью и износостойкостью и может быть использовано при восстановлении в размер изношенных деталей в машиностроении гальваническими покрытиями.
Для упрочнения поверхности ремонтируемых деталей гальванопокрытиями необходим электролит, обеспечивающий высокую твердость в сочетании с высокой рассеивающей и кроющей способностью. Решение подобных задачи предлагается в изобретениях (1-3). Наиболее близким по решаемой задаче и технической сущности является способ, предлагаемый в (3), включающий электроосаждение из электролита, содержащего, г/л: сульфат никеля семиводный 120-170, аминоуксусную кислоту 12-20, хлорид ион 4-7, гипофосфит натрия одноводный 4-7, сахарин 1,5-2,5, лаурил сульфат натрия 0,05-1,0, при рН=2,2-2,6, температуре 48-53°С и катодной плотности тока 2-7 А/дм2 с применением реверса тока, при котором длительность анодных импульсов составляет 1-6 с, катодных 3-10 с, а соотношение их длительностей 0,20-0,75, причем средняя плотность тока катодных и анодных импульсов одинакова.
Недостатком прототипа является невысокая рассеивающая способность для обработки деталей сложной формы, небольшая концентрация фосфора в покрытии 4,2-6,4%, уменьшающаяся с ростом катодной плотности тока, колебания концентрации фосфора в покрытии приводят к неравномерности величины микротвердости по поверхности и толщине покрытия.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение одинакового содержания фосфора и частиц многослойных углеродных нанотрубок в никелевой матрице, а следовательно, микротвердости покрытия, повышенной коррозионной стойкости, сцепляемости покрытия с основой, рассеивающей способности электролита, маслоемкости.
Поставленная задача решается путем электроосаждения покрытия никель-фосфор-многослойные углеродные нанотрубки из электролита, содержащего, г/л: никель хлористый шестиводный 20-30, гипофосфит натрия одноводный 15-20, аминоуксусная кислота 12-17, ацетат натрия 8-12, сульфаниловая кислота 2-3, частицы многослойных нанотрубок 0,4-1,6 при рН=5,5, температуре 25-35°С, плотности асимметричного переменного тока 7-15 А/дм2 с коэффициентом асимметрии 6-8.
Покрытия никель-фосфор-многослойные углеродные нанотрубки, полученные согласно предлагаемому способу, характеризуются постоянством химического состава по фосфору и углероду в диапазоне плотностей тока 7-15 А/дм2, постоянством значений микротвердости 7,0-8,1 ГПа (измерения на микротвердомере ПМТ-3 и нагрузке на индентор 200 кгс/мм2). Применение асимметричного переменного тока является одним из преимуществ предлагаемого способа.
Пример
Электроосаждение сплава никель-фосфор-многослойные наноуглеродные частицы вели из предлагаемого выше состава электролита до толщины 20 мкм, при этом при коэффициенте асимметрии 7 и плотности катодного асимметричного тока 7 А/дм2 содержание фосфора составило 8,5%, углерода 0,85% при концентрации наноуглеродных частиц в электролите 0,4 г/л (и 1,29% при 1,6 г/л); аналогично при плотности тока 15 А/дм2 соответственно, фосфора 15%, углерода от 1,56% (до 2,12%). По данным растрового микроанализа все полученные осадки никель-фосфор наноуглеродные трубки представляют собой никель с включениями фосфора и углерода. При введении в состав никель фосфорного покрытия многослойных углеродных наночастиц заметно меняется морфология поверхности. Если на поверхности Ni-P покрытия наблюдаются скопления крупных сферолитов правильной формы размером 220-280 ангстрем, то включение частиц многослойных углеродных нанотрубок приводит к измельчению сферолитов. Анализ дифрактограмм модифицированных углеродом покрытий показал, что преимущественной кристаллографической ориентацией осадка является никель (111), т.к. относительный текстурный коэффициент составил 80%. Кристаллиты состоят из более мелких частиц размером 35-42 нанометра, что и обуславливает повышенную микротвердость. Отжиг образцов с покрытиями никель-фосфор-углерод в вакууме при 400°С в течение 1 часа приводит к повышению микротвердости из-за уменьшения размеров сферолитов до 20-25 нанометров до 9,5-10 ГПа, что сопоставимо с твердостью износостойких хромовых покрытий.
Источники информации
1. AС CCCP 1803480 (1993).
2. АС СССР 1807093 (1993).
3. Пат. РФ 2617440 (2015).
Способ электроосаждения покрытий никель-фосфор-многослойные углеродные нанотрубки, включающий осаждение покрытия из электролита на переменном токе, отличающийся тем, что покрытие осаждают на ассиметричном переменном токе с плотностью тока катодного импульса 7-15 А/дм2 с коэффициентом асимметрии 6-8 из электролита, содержащего, г/л: никель хлористый шестиводный 20-30, гипофосфит натрия одноводный 15-20, аминоуксусная кислота 12-17, ацетат натрия 8-12, сульфаниловая кислота 2-3, частицы многослойных углеродных нанотрубок 0,4-1,6 при рН=5,5, температуре 25-35°С.
