ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ НИКЕЛИРОВАНИЯ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ Российский патент 2004 года по МПК C25D3/12 

Область техники

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.

Уровень техники

Известен раствор контактного никелирования титана и его сплавов (ВТЗ-1, ВТ9) [Левинзон А.М. Электролитическое осаждение металлов подгруппы железа. - Л.: Машиностроение, 1983. - 96 с.] следующего состава, г/л:

Никель сернокислый семиводный 20-25

Аминоуксусная кислота (гликокол) 20-25

Фтористый калий 2,5-10

рН 2,8-3,2

Температура, °С 18-25

Продолжительность никелирования 5 мин

Недостатком аналога является предварительная частичная активация поверхности титана перед процессом никелирования и, связанная с этим, малая прочность сцепления никелевого осадка с титановыми сплавами, не соответствующая ГОСТ 9.302-88. Кроме того, аналог содержит в своем составе аминоуксусную кислоту, которая обладает высокой стоимостью.

Наиболее близким к предлагаемому электролиту по совокупности признаков, то есть прототипом, является следующий электролит никелирования титана и его сплавов [Плетнев Д.В., Брусенцова В.Н. Основы технологии износостойких и антифрикционных покрытий. - М.: Машиностроение, 1968. - 272 с.], г/л:

Никель сернокислый 140

Аммоний щавелевокислый 300

Аммоний хлористый 3-5

Натрий фтористый 15

Вода До 1 литра

рН 7-10

Температура, °С 80-85

Катодная плотность тока, А/дм² 10-20

Недостатком прототипа является малая прочность сцепления никелевого осадка с основой из титана и его сплавов, не соответствующая ГОСТу 9.302-88. Кроме того, этот электролит из-за высокой концентрации аммония щавелевокислого и никеля сернокислого не может работать при низких температурах, сложен в приготовлении и дорог.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в разработке электролита никелирования титана и его сплавов, обеспечивающего прочное сцепление никелевых покрытий с титаном и его сплавами без предварительного формирования гидридной пленки или контактного никелирования титана, а также в снижении его стоимости.

Поставленная задача решена путем создания электролита никелирования титана и его сплавов, включающего никель сернокислый, аммоний щавелевокислый, натрий фтористый и воду, который дополнительно содержит натрий уксуснокислый и натрий бромистый при следующем соотношении компонентов, г/л:

Никель сернокислый 10-30

Аммоний щавелевокислый 40-90

Натрий фтористый 3-15

Натрий уксуснокислый 3-20

Натрий бромистый 1 -2

Вода До 1 литра

рН 4-8

Температура, °С 20-60

Катодная плотность тока, А/дм² 1-20

Таким образом, заявляемый электролит электрохимического никелирования титана и его сплавов отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит натрий уксуснокислый и натрий бромистый.

Никель сернокислый, 7-водный, ГОСТ 4465-74, ч, химическая формула NiSO₄·7H₂O, плотность 1,948 г/см³, растворимость 101 г при температуре 20°С и 375 г при температуре 100°С.

Аммоний щавелевокислый, 1-водный, аммоний оксалат, ГОСТ 5712-78, чда, химическая формула (NH₄)₂C₂O₄·H₂O, плотность 1,50 г/см³, растворимость 2,6 г в 100 г холодной воды и 11,8 г в 100 г горячей воды.

Натрий фтористый, ГОСТ 4463-76, ч, химическая формула NaF, плотность 2,558 г/см³, растворимость 4,28 г в 100 г воды при температуре 20°С и 4,96 г в 100 г воды при температуре 94°С.

Натрий уксуснокислый, ГОСТ 199-78, ч, химическая формула NаС₂Н₃O₂·3Н₂O, плотность 1,45 г/см³, растворимость 79 г в 100 г воды при температуре 0°С и 304 г в 100 г воды при температуре 50°С.

Натрий бромистый, химическая формула NaBr·2H₂O, плотность 2,176 г/см³, растворимость 191 г в 100 г воды при температуре 25°С и 290 г в 100 г воды при температуре 100°С [Справочник химика, II том. - Л.: Химия, 1964. - 1168 с.]

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. Для приготовления 1 л электролита 40 г аммония щавелевокислого растворяли в воде при температуре 60°С. К раствору добавляли 10 г никеля сернокислого при перемешивании. Натрий уксуснокислый, натрий фтористый и натрий бромистый растворяли каждый (3 г, 3 г и 1 г соответственно) отдельно в 100 г воды при 60°С, затем вводили при перемешивании в раствор никеля сернокислого и аммония щавелевокислого. Затем объем полученного раствора доводили до 1 л водой и охлаждали до комнатной температуры. Требуемое значение рН 7 устанавливали при помощи серной кислоты или 25% раствора аммиака. Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л:

Обезжиривание титановых образцов проводили в растворе следующего состава (г/л): натр едкий 15; тринатрийфосфат 35; сода кальцинированная 25; синтанол ДС-10 4; температура 60-80°С; время 10 минут. Травление проводили в растворе следующего состава (г/л): серная кислота 180-200; натрий фтористый 45-50; температура 50-70°С; время 2 минуты.

Примеры с другими значениями заявляемого способа приведены в таблице.

Осаждали никелевые покрытия в приготовленных электролитах. Полученные никелевые покрытия испытывали на прочность сцепления с титаном и его сплавами. При определении диапазона рабочей плотности тока устанавливали верхнюю и нижнюю границы катодной плотности тока. Для их определения на образцы из титана наносили никелевое покрытие толщиной до 6 мкм. Полученные покрытия по внешнему виду соответствуют требованиям (ГОСТ 9.301-86), а по сцеплению с основным металлом (ГОСТ 9.302-88).

Количественные испытания прочности сцепления покрытий с основой из титана проводили методом отрыва с использованием разрывной машины 2063 Р-0.05. Величину сцепления выражали в кДж/м². При всех испытаниях характеристик получаемого никелевого покрытия проводили не менее 4-5 параллельных опытов и брали среднеарифметическое значение величин. Результаты испытаний представлены в таблице. Из таблицы видно, что предлагаемый электролит (примеры 1-3) позволяет: получать никелевые покрытия, имеющие прочность сцепления в среднем в 50 раз большую, чем у прототипа, имеет более широкий диапазон рабочих температур, а также в электролите снижены концентрации основных компонентов, поэтому он прост в приготовлении и имеет более низкую стоимость.

Другим преимуществом заявляемого электролита является то, что электролит обладает более высокой буферной емкостью, в силу чего требуется менее частая корректировка рН в процессе работы.

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. Электролит содержит, г/л: никель сернокислый 10-30, аммоний щавелевокислый 0-90, натрий фтористый 3-15, натрий уксуснокислый 3-20, натрий бромистый 1-2, вода до 1 литра. Технический результат: обеспечение прочного сцепления никелевого покрытия с титаном или его сплавом без предварительного формирования гидридной пленки или контактного никелирования титана, а также снижение стоимости электролита. 1 табл.

Электролит для никелирования титана и его сплавов, содержащий никель сернокислый, аммоний щавелевокислый, натрий фтористый и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натрий уксуснокислый и натрий бромистый при следующем соотношении компонентов, г/л:

Никель сернокислый 10-30

Аммоний щавелевокислый 40-90

Натрий фтористый 3-15

Натрий уксуснокислый 3-20

Натрий бромистый 1-2

Вода До 1 л