РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО НИКЕЛИРОВАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК C23C18/36 

Изобретение относится к области химического нанесения покрытий, в частности химического никелирования металлов и сплавов, и может быть применено во многих отраслях приборостроения и машиностроения.

Известен раствор химического никелирования алюминия и его сплавов, содержащий никель сернокислый, натрий фосфорноватистокислый, натрий уксуснокислый, натрий фтористый, тиомочевину, кислоту уксусную (ОСТ 107.46 0092.001-86. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Типовые технологические процессы, с.110, карта 15, состав 4).

Недостатками этого раствора являются необходимость каждые 30 минут производить корректировку рН добавлением 4 мл/л 10% раствора едкого натра, избегая попадания щелочи на детали, что весьма проблематично, а также невысокая скорость покрытия (12 мкм/ч), большая остаточная концентрация никеля в отработанном растворе. Использование сернокислого никеля приводит к накоплению сульфат ионов, тормозящих восстановление никеля. Кроме того, тиомочевина не является эффективной стабилизирующей добавкой.

Известен также раствор химического никелирования алюминия и его сплавов, содержащий никель сернокислый, натрий фосфорноватистокислый, натрий уксуснокислый, тиомочевину, кислоту уксусную (ГОСТ 9.305-84. Карта 42, состав 5).

Недостатками этого раствора являются невысокая скорость покрытия (10 мкм/ч), трудность поддержания высокой температуры, большая остаточная концентрация никеля в отработанном растворе, отсутствие эффективной стабилизирующей добавки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является кислый раствор для химического никелирования алюминия и его сплавов (Авторское свидетельство СССР №130760), содержащий 2 компонента: никель уксуснокислый, гипофосфит кальция. Никелирование ведут с одноразовым использованием раствора до полного его истощения при t=96-98°C и рН в пределах 4,1-4,3.

Недостатком этого раствора является узкий интервал высоких температур, поддержание которого сопряжено с большими трудностями. Превышение заданной температуры ведет к самопроизвольному образованию никеля в объеме раствора, кроме того, низкая буферная емкость раствора ведет к быстрому снижению рН (при рН=3,5 процесс практически не идет), что снижает скорость покрытия и ограничивает работоспособность раствора. Для этого раствора также характерна высокая концентрация никеля в отработанном растворе. Кроме того, образующиеся в растворе фосфиты кальция тормозят процесс выделения никеля.

Задачей изобретения является создание простого по составу раствора для химического никелирования таких металлов, как алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, сталь, позволяющего работать в более низком диапазоне температур и обеспечивающего хорошую скорость процесса и возможность корректировки раствора при организации длительного рабочего цикла, а также снижение остаточного содержания никеля в отработанном растворе.

Указанный технический результат достигается тем, что раствор для химического никелирования, содержащий уксуснокислый никель, дополнительно содержит гипофосфит натрия и уксусную кислоту, при следующем соотношении компонентов:

никель уксуснокислый, г/л19-21гипофосфит натрия, г/л15-17уксусная кислота, (ρ=1,05 г/см³) мл/л12-14

Заявляемый раствор прост по составу и обеспечивает возможность увеличения буферной емкости изменением содержания никеля уксуснокислого и уксусной кислоты при молярном соотношении соли никеля к гипофосфиту, равном 0,4-0,6, и корректировку раствора по рН и гипофосфиту натрия, т.к. изменение концентрации соли никеля мало отражается на скорости процесса. При этом обеспечивается длительный стабильный режим работы раствора до 6-7 часов при более низких температурах (83±2°С), достаточной скорости покрытия (до 18 мкм/ч) и достижении толщины покрытия до 55-57 мкм. Корректировка раствора производится после 4 часа работы один раз за 6-7 часовой цикл. Остаточная концентрация никеля в отработанном растворе составляет 18,4%.

Изобретение поясняется таблицами, где в таблице 1 приведены конкретные составы (1-3) растворов в пределах указанного диапазона значений, в таблице 2 показано как изменяется рН раствора, толщина покрытия, остаток никеля и гипофосфита в растворе в течение 7 часов; в таблице 3 приведена зависимость скорости осаждения никеля от продолжительности никелирования; в таблице 4 представлены данные, характеризующие качество покрытий.

Раствор для никелирования приготавливается следующим образом: нагреваем воду до температуры 70°С и растворяем никель уксуснокислый (ТУ 6-09-3848-75) 19-21 г и уксусную кислоту (ρ=1,05 г/л) 12-14 мл и добавляем воду до 1 литра.

Нагреваем полученный раствор до рабочей температуры 83±2°С и вводим 15-17 г гипофосфита натрия (ГОСТ 200-76). Раствор имеет рН=4,1-4,3. Затем опускаем предварительно подготовленную пластинку из алюминия, его сплава, меди, ее сплава или стали. О начале реакции свидетельствует выделение пузырьков водорода на пластинке.

В таблице 1 приведены конкретные составы (1-3) растворов в пределах указанного диапазона значений, обеспечивающие хорошее качество покрытия. Увеличение концентрации никеля уксуснокислого более 21 г/л приводит к уменьшению толщины покрытия из-за уменьшения растворимости никеля уксуснокислого, а уменьшение его концентрации менее 19 г/л приводит также к уменьшению толщины покрытия из-за недостатка ионов никеля. При увеличении концентрации гипофосфита натрия более 17 г/л или уменьшении менее 15 г/л, при увеличении концентрации уксусной кислоты свыше 14 мл/л или уменьшении менее 12 мл/л также наблюдается уменьшение толщины покрытия.

Процесс химического никелирования проводился на пластинах из чистого алюминия (толщиной 0,5 и 1,0 мм), а также на деталях из алюминиевых сплавов - Д-16 и Ал-2 и на деталях из меди и ее сплавов - латунь Л63 и ЛС59 и стали. Подготовка поверхности указанных материалов производилась в соответствии с требованиями типового технологического процесса (ОСТ 107.460092.001-86). Электролит для химического никелирования готовился из реактивов марки "х.ч." на дистиллированной воде. Эксперименты проводились в стаканах из термостойкого стекла объемом 250 и 500 мл. Необходимая температура поддерживалась с помощью термостата водяного 1ТЖ-0-03. Скорость набора толщины никелевого покрытия, а также расход никеля определялись металлографическим методом на микротвердомере ПМТ-3 с погрешностью измерения ±0,1 мкм. При корректировке электролита расход никеля определялся по результатам анализа на содержание никеля (ОСТ 107.460092.01-86, книга вторая, с.187-188). Расход гипофосфита определялся по результатам анализа на содержание гипофосфита натрия также по ОСТ 107.460092.01-86. Контроль величины рН осуществлялся с помощью рН-метра-милливольтметра рН - 150 М. Пористость никелевого покрытия определялась методом паст по ГОСТ-9.302-88. Пасту наносили на поверхность детали, выдерживали в течение одного часа. Подсчет пор производился невооруженным глазом. Результаты считаются удовлетворительными, если среднее число пор на 1 см² не превышает трех (ГОСТ 9.301-86). Проверка прочности сцепления покрытия с основным металлом производилась методом изменения температур (термоудара) в электропечи при температуре 200°С в течение 30 минут и погружением в воду с температурой 15-25°С. Сцепление покрытия с металлом считается хорошим, если не происходит отслаивания или вздутия покрытия.

Данные, характеризующие процесс химического никелирования алюминия, меди, стали, приведены в таблице 2, где показано как изменяется рН раствора, толщина покрытия, остаток никеля и гипофосфита в растворе в течение 7 часов. Из таблицы 2 видно, что процесс никелирования идет стабильно и с большим приростом толщины покрытия до 4 часов и далее требуется корректировка раствора, после которой процесс стабилен в течение 2 часов, т.е. общее время эффективной работы раствора составляет 6 часов. Корректировка раствора проводится добавлением 0,1 н раствора едкого натра и расчетного количества гипофосфита натрия. Зависимость скорости осаждения никеля от продолжительности никелирования приведена в таблице 3.

Прочность сцепления никеля с основным металлом, а также пористость покрытия испытывались на деталях из алюминия и его сплавов (Д-16, АЛ-2), меди, ее сплавов (латунь Л63 и ЛС59) и стали. Качество покрытия оказалось хорошим (отслоения покрытия не наблюдалось) и соответствующим требованиям ГОСТа 9.302-88 и ГОСТ 9.301-86. Данные представлены в таблице 4.

Таким образом, заявляемый раствор для никелирования прост по составу, обеспечивает хорошее качество покрытия при более низких температурах, возможность организации 6 часового рабочего цикла при достижении толщины покрытия 55-57 мкм и скорости до 18 мкм/ч.

Таблица 1
Раствор для химического никелированияНаименование компонентовСодержание компонентов в составе:123Никель уксуснокислый, г/л192021Гипофосфит натрия, г/л171615Уксусная кислота, мл/л141312Таблица 2Время, чpHAlCuСтальσ, мкмОстаток Ni, %Остаток , %σ, мкмОстаток Ni, %Остаток , %σ, мкмОстаток Ni, %Остаток , %14,101886,092,81686,792,41685,192,324,003079,579,02778,379,02778,778,833,903763,267,13560,666,83461,966,743,854156,546,44054,147,54054,847,954,155037,492,25038,093,74937,693,263,955523,088,65522,588,85423,187,473,855718,483,95818,784,15619,084,2

Таблица 3
Раствор для химического никелированияВремя, чV, мкм/чAlCuСталь1181616212111137,08,07,044,05,06,059,0109,065,05,05,072,03,02,0Таблица 4МаркаВремя, часТолщина, мкмПористостьКачество покрытия^*Алюминий1180Отслоения нетАДН-1,02300Отслоения нет113913370Отслоения нет 4410Отслоения нет 5500Отслоения нет 6550Отслоения нет 7570Отслоения нетД-161160Отслоения нетАЛ-2 (литье)1190Отслоения нетСталь-101160Отслоения нетМедь M11170Отслоения нетЛатунь Л631160Отслоения нетЛатунь ЛС591160Отслоения нет

Изобретение относится к области химического никелирования металлов и сплавов, в частности алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, стали, и может быть применено во многих отраслях приборостроения и машиностроения. Раствор содержит уксуснокислый никель, гипофосфит натрия, уксусную кислоту и воду, при следующем соотношении компонентов: никель уксуснокислый 19-21 г/л; гипофосфит натрия 15-17 г/л; уксусная кислота (ρ=1,05 г/см³) 12-14 мл/л. Технический результат: создание простого по составу раствора для химического никелирования таких металлов, как алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, сталь, позволяющего работать в более низком диапазоне температур и обеспечивающего хорошую скорость процесса; возможность корректировки раствора при организации длительного рабочего цикла; снижение остаточного содержания никеля в отработанном растворе. 4 табл.

Раствор для химического никелирования, содержащий уксуснокислый никель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гипофосфит натрия и уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов:

Никель уксуснокислый, г/л19-21Гипофосфит натрия, г/л15-17Уксусная кислота, мл/л12-14