ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НИКЕЛЬ-ФТОРОПЛАСТ Российский патент 2007 года по МПК C25D15/00 

Изобретение относится к области гальванотехнике, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-фторопласт, с целью применения их в различных отраслях промышленности в качестве износостойких покрытий. Чем выше эти характеристики, тем выше надежность и долговечность изделий и шире область их применения.

Известны электролиты для нанесения сплавов и композиционных покрытий на основе никеля с целью получения покрытий с повышенной износостойкостью следующего состава, г/л:

1. сульфат или сульфамат никеля или кобальта 100-250, хлорид никеля 15-20, борная кислота 15-20, соль анионного полиэдрического бората общей формулой M_zC_nВ_mН_х (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12) 0,03-0,45 (а.с. СССР №1129974, 1981);

2. хлорид никеля или кобальта 10-20, сульфамат никеля или кобальта 50-200, борная кислота 25-30, алкилпроизводное бората общей формулой C₂B₉H₁₂NH_nR_m (где R - алкил, n=0, 1, 2, 3, m=1, 2, 3, 4) 0,5-4,0 (а.с. СССР №527488,1974);

3. хлорид никеля 60, сульфат никеля 300, борная кислота 30, Cr₂O₃ 100 (TiO₂ 25, TiC 50) (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия, 1977. - 272 с.);

4. хлорид никеля 200-300, борная кислота 20-30, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на C₂B₉H₁₂ ^2-, В₁₀Н₁₀ ^2-, В₁₂Н₁₂ ^2-) 0,5-1,0, спирты ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 0,2-0,9, соляная кислота или гидрокись аммония (35%) до рН 1-5 (Гальванические покрытия сплавом никель-бор взамен хрома. Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Сысоев Г.Н., Балакай В.И. // Теоретические основы технологии нанесения химических покрытий из металлов и сплавов: Тез. докл. Укр. республ. конф. - К., 1988. - С.34-35.).

Однако покрытия, осажденные из данных электролитов, имеют недостаточную износостойкость.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава никель-бор-фторопласт, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, соль анионного полиэдрического бората и фторопластовую эмульсию при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля200-300борная кислота20-30соль анионного полиэдрического бората  (в пересчете на С_{2 В9}Н₁₂^2-, В₁₀Н₁₀^2-, B₁₂H₁₂^2-)0,5-1,0фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э5-30

Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 23-27°С, катодная плотность тока 4-10 А/дм² (патент №2213812 РФ, МКИ C25D 15/00. Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-фторопласт / В.И.Балакай (РФ). - №2002113832/02; Заявл. 27.05.2002; Опубл. 10.10.2003; Бюл. №28. - 4 с.).

Покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточную износостойкость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости.

Поставленная задача достигается тем, что электролит, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э, хлорамин Б, отличается тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л:

хлорид никеля150-350борная кислота25-40хлорамин Б1,5-4,5фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э (ТУ 6-05-041-508-79)7-35

Режимы электролиза: рН 1,1-5,5, температура 18-40°С, катодная плотность тока 0,5-14,0 А/дм² при перемешивании.

Наличие фторопластовой эмульсии в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-фторопласт с высокой износостойкостью.

Никель является хорошим конструкционным материалом, и поэтому большое значение имеет разработка на его основе покрытий, обладающих высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения. В связи с этим был разработан материал на основе никеля в виде сплава никель-бор, который обладает высокой твердостью и износостойкостью (получено авторское свидетельство №1387528). С целью увеличения износостойкости сплава никель-бор было предложено дополнительно вводить в покрытие фторопласт (так называемый самосмазывающий материал), который образует на поверхности композиционного покрытия никель-бор-фторопласт тонкую пленку из фторопласта в результате трения двух поверхностей друг о друга и раздавливания фторопласта, находящегося в покрытии (получены патенты №2213812, 2213813). Однако из-за того, что покрытие обычно не имеет идеально гладкую поверхностью, более твердое покрытие в последнем случае своими выступами должно разрушать самосмазывающий материал, который образуется на поверхности покрытий в виде фторопласта с большей скоростью и тем самым снижает износостойкость покрытий и их коэффициент трения. Поэтому было предложено с целью увеличения износостойкости покрытий и снижения коэффициента трения наносить на трущиеся изделия не композиционное покрытие никель-бор-фторопласт, а композиционное покрытие никель-фторопласт. В настоящее время износостойкие и самосмазываемые покрытия представляют определенный практический интерес.

Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли 25 г/л борной кислоты, 1,5 г/л хлорамина Б и 150 г/л хлорида никеля, после того как довели уровень электролита до необходимого объема, вводили 7 г/л фторопластовой эмульсии Ф-4Д-Э. рН электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л). Износостойкость покрытия, осажденного из данного электролита, равна 0,74 мкм/ч.

Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике, описанной выше. Значения износостойкости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2 соответственно.

Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства композиционных покрытий никель-фторопласт и сплава никель-бор-фторопласт, осажденных при температуре (18-40°С) из предлагаемого электролита и из прототипа никель-бор-фторопласт, приведены в табл.2.

Таблица 1
Составы электролитов и режимы электролизаСостав электролитов и режимы электролизаКонцентрация компонентов, г/л12345протХлорид никеля130150250350370250Борная кислота202532404530Хлорамин Б1,01,53,04,55,0-Соль анионного полиэдрического бората общей формулой формулой M_zС_nВ_mН_х (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12)-----3,0Фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э5720353820рН электролита5,75,53,01,11,03,0Температура, °С161830404521Катодная плотность тока, А/дм²46914136

Граничные концентрации компонентов электролита выбраны по следующим соображениям:

1) увеличение содержания никеля в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно, что связано с предельной растворимостью хлорида никеля, уменьшением рассеивающей способности и стабильности электролита, ухудшением качества покрытий, увеличением расхода никеля за счет уноса электролита вместе с деталями;

2) уменьшение содержания никеля в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению скорости процесса, снижению выхода по току и ухудшению качества осаждаемого покрытия;

3) увеличение содержания борной кислоты в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно. Это связано с пределом растворимости борной кислоты и ухудшением качества покрытий;

4) уменьшение содержания борной кислоты ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к уменьшению буферной емкости электролита, снижению выхода по току, интервалов работы электролита, ухудшению качества покрытий;

5) увеличение содержания хлорамина Б выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;

6) уменьшение содержания хлорамина Б ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений;

7) увеличение содержания фторопластовой эмульсии выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;

8) уменьшение содержания фторопластовой эмульсии ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.

Таблица 2
Физико-механические свойства покрытийХарактеристики электролита и сплава никель-бор и композиционного покрытия никель-бор-фторопластЭлектролиты12345протИзносостойкость в условиях граничного трения со сталью Ст 45 при нагрузке 20-30 кгс/см², мкм/ч0,520,480,420,400,380,56Микротвердость, ГПа3,84,24,64,95,08,6Внутренние напряжения, МПа58,359,061,264,469,364,8Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см²011242Сцепление с основой из стали, меди и ее сплавовУдовлетворяет ГОСТ 9.302-84Содержание бора, мас.%-----1,3Содержание фторопласта, мас.%0,91,22,94,64,92,1Скорость осаждения, мкм/ч36617513814760Рассеивющая способность (по Херингу и Блюму), %101011131714Стабильность, %100100100100100100

Как видно из табл.2, износостойкость композиционного покрытия никель-фторопласт, осажденного из заявляемого электролита, превышает износостойкость сплава никель-бор-фторопласт, осажденного из прототипа в 1,2-1,3, раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.

Это позволяет расширить область применения композиционного покрытия никель-фторопласт в качестве износостойкого покрытия в машиностроении.

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к электрохимическому нанесению композиционного покрытия никель-фторопласт. Электролит содержит, г/л: хлорид никеля 150-350, борную кислоту 25-40, хлорамин Б 1,5-4,5, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э 7-35. Технический результат: повышение износостойкости покрытий. 2 табл.

Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-фторопласт, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э, хлорамин Б и воду, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л:

Хлорид никеля150-350Борная кислота25-40Хлорамин б1,5-4,5Фторопластовая эмульсия ф-4д-э7-35