СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ СПЛАВА НИКЕЛЬ-МЕДЬ-ФОСФОР Российский патент 2009 года по МПК C23C18/50 

Изобретение относится к химическому нанесению металлических покрытий, в частности из сплавов на основе никеля, и может найти применение в машино- и приборостроении.

Известен способ химического нанесения покрытия из сплава никель-медь-фосфор при температуре 60-80°С с использованием раствора с рН 9,0-9,2, который содержит (в г/л): сернокислый никель - 11-13; сернокислую медь - 2,5-3,5; гипофосфит натрия - 18-22; пирофосфат калия - 48-52; фосфорнокислый натрий, двухзамещенный 12-16; лаурилсульфат натрия 0,005-0,01. (SU 377444, С23С 18/50, опубл. 1973.01.01).

Известный способ характеризуется малыми скоростями осаждения покрытия (4-5 мкм/час) и низкими плотностями загрузки ванны (2-4 дм²/л). Покрытия, полученные известным способом, пористы и содержат до 40 мас.% меди. Низколегированные медью покрытия получить данным способом невозможно. Способ можно использовать для нанесения покрытий на изделия (детали) из металлов и неэлектропроводных материалов, однако применение его для нанесения защитно-декоративных покрытий ввиду низкой скорости процесса неэффективно.

Известен способ химического нанесения покрытия из сплава никель-медь-фосфор при температуре 80-90°С с использованием раствора с рН 8,8-9,0, который содержит (в г/л): сернокислый никель - 17-22; сернокислую медь - 0,8-1,2; гипофосфит натрия - 17-22; лимонно-кислый натрий, трехзамещенный - 45-55; хлористый аммоний - 35-45; аммиак (25%-ный) - 33-36 мл/л. (SU 196512, С23С 18/50, опубл. 1967.01.01).

Данный известный способ также характеризуется низкими скоростями нанесения покрытия (7-9 мкм/час) и низкими плотностями загрузки ванны (2 дм²/л). Полученные покрытия достаточно пористы и содержат 8-12 мас.% меди и 6-9 мас.% фосфора. Низкая скорость нанесения покрытия при малых плотностях загрузки не позволяют интенсифицировать процесс. Состав покрытия нестабилен, поэтому нестабильны и его коррозионные свойства: так, при выдержке в течение 720 часов в 3%-ном растворе хлорида натрия, подкисленном до рН 3, скорость коррозии составляет 0,05-0,08 г/м²·час. Кроме того, получаемые покрытия матовые или полублестящие, что ограничивает их использование в качестве защитно-декоративных.

Задачей изобретения и его техническим результатом является получение химических покрытий из сплава никель-медь-фосфор с низким содержанием меди (не более 2 мас.%) и стабильным составом, а также увеличение скорости нанесения покрытия, повышение плотности загрузки ванны, повышение коррозионной стойкости и декоративности покрытий.

Сущностью изобретения является способ химического нанесения покрытия из сплава никель-медь-фосфор в водном растворе, содержащем соли никеля и меди, гипофосфит натрия и добавки органических веществ, причем нанесение ведут при температуре 87-96°С в растворе с рН 6,3-7,0, который дополнительно содержит соль свинца, а в качестве органических веществ содержит малоновую, янтарную и аминоуксусную кислоты при следующем соотношении компонентов, моль/л: соль никеля 0,075-0,125; соль меди 0,0008-0,0016; гипофосфит натрия 0,28-0,40; малоновая кислота 0,10-0,20; янтарная кислота 0,08-0,12; аминоуксусная кислота 0,07-0,25; соль свинца (0,6-1,2)·10^-5. Кроме того, что в качестве соли никеля раствор содержит соль, выбранную из группы: сульфат, хлорид, ацетат никеля; в качестве соли меди раствор содержит соль, выбранную из группы: сульфат, хлорид, ацетат меди; в качестве соли свинца раствор содержит нитрат или ацетат свинца, а нанесение покрытия ведут на изделия, выполненные из металлов, пластмасс, тканевых и нетканевых материалов.

Покрытия, полученные способом по изобретению, содержат малое количество меди (0,5-1,6%) и 7-9% фосфора, обладают повышенной коррозионной стойкостью и декоративностью (блеском) и могут использоваться в качестве как защитных, так и защитно-декоративных. Скорость нанесения покрытий при температуре 96°С достигает 40 мкм/час. Допустимая плотность загрузки от 0,5 до 30 дм²/л позволяет наносить покрытия как на крупногабаритные детали, так и на мелкие детали насыпью, а также волокнистые, тканевые и нетканевые материалы.

Приготовление раствора осуществляют последовательным растворением в деионизированной воде органических кислот, затем неорганических солей и доведением рН до необходимой величины растворами щелочей.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. Химическое нанесение покрытия из сплава никель-медь-фосфор вели в растворе, содержащем 0,075 моль/л (21,1 г/л) семиводного сульфата никеля, 0,0008 моль/л (0,2 г/л) пятиводного сульфата меди, 0,28 моль/л (30 г/л) гипофосфита натрия, 0,1 моль/л (10,4 г/л) малоновой кислоты, 0,08 моль/л (9,4 г/л) янтарной кислоты, 0,07 моль/л (5 г/л) аминоуксусной кислоты, 0,6·10^-5 моль/л (2 мг/л) нитрата свинца, который доводили раствором щелочи (гидроксид калия) до рН 6,3 и нагревали до температуры 90°С. Обезжиренные и активированные в растворе соляной кислоты (150 г/л) детали (изделия) из стали (ст.3) завешивали в ванну с раствором, исходя из плотности загрузки 2,56 дм²/л. Через 60 мин детали вынимали, промывали и сушили. Полученные блестящие покрытия имели толщину 20,4 мкм и содержали 0,6% меди, 7,61% фосфора, 0,03% свинца, остальное - никель. Скорость нанесения составила 20,4 мкм/час. Коррозионную стойкость покрытий исследовали погружением деталей в 3%-ный раствор хлорида натрия, подкисленный до рН 3. Через 720 часов убыль массы детали составила 375 мг/дм² покрытия, видимых признаков коррозии не наблюдали. Скорость коррозии составила 0,03 г/м²·час.

Пример 2. Химическое нанесение вели в растворе, содержащего 0,1 моль/л семиводного сульфата никеля, 0,0012 моль/л пятиводного сульфата меди, 0,33 моль/л гипофосфита натрия, 0,15 моль/л малоновой кислоты, 0,1 моль/л янтарной кислоты, 0,13 моль/л аминоуксусной кислоты, 0,9·10^-5 моль/л нитрата свинца, с рН 6,6 при температуре 90°С. Плотность загрузки деталей из ст.3 составила 2,56 дм²/л, время нанесения - 60 мин. Полученные блестящие покрытия имели толщину 23,3 мкм и содержали 1,4% меди, 7,28% фосфора, 0,03% свинца, остальное - никель. Скорость нанесения составила 23,3 мкм/час. Убыль массы деталей через 720 часов коррозионных испытаний составила 390 мг/дм² покрытия, видимых признаков коррозии не наблюдали. Скорость коррозии составила 0,03 г/м²·час.

Пример 3. Использовали раствор, содержащий 0,125 моль/л семиводного сульфата никеля, 0,0016 моль/л пятиводного сульфата меди, 0,40 моль/л гипофосфита натрия, 0,20 моль/л малоновой кислоты, 0,12 моль/л янтарной кислоты, 0,25 моль/л аминоуксусной кислоты, 1,2·10^-5 моль/л нитрата свинца, с рН 7,0 при температуре 90°С. Плотность загрузки деталей из ст.3 составила 2,56 дм²/л, время нанесения - 60 мин. Полученные блестящие покрытия имели толщину 29,6 мкм и содержали 1,6% меди, 8,50% фосфора, 0,03% свинца, остальное - никель. Скорость нанесения составила 29,6 мкм/час. Убыль массы деталей через 720 часов коррозионных испытаний составила 400 мг/дм² покрытия, видимых признаков коррозии не наблюдали. Скорость коррозии составила 0,03 г/м²·час.

Пример 4. Использовали раствор, содержащий 0,1 моль/л шестиводного хлорида никеля, 0,0012 моль/л двухводного хлорида меди, 0,33 моль/л гипофосфита натрия, 0,15 моль/л малоновой кислоты, 0,1 моль/л янтарной кислоты, 0,13 моль/л аминоуксусной кислоты, 0,9·10^-5 моль/л ацетата свинца, с рН 6,6 при температуре 90°С. Плотности загрузки деталей из ст.3 составила 2,56 дм²/л, время нанесения - 60 мин. Полученные блестящие покрытия имели толщину 25,4 мкм и содержали 1,3% меди, 7,58% фосфора, 0,03% свинца, остальное - никель. Скорость нанесения составила 25,4 мкм/час. Убыль массы деталей через 720 часов коррозионных испытаний составила 400 мг/дм² покрытия, видимых признаков коррозии не наблюдали. Скорость коррозии составила 0,03 г/м²/час.

Пример 5. Использовали раствор, содержащий 0,1 моль/л ацетата никеля, 0,0012 моль/л одноводного ацетата меди, 0,33 моль/л гипофосфита натрия, 0,15 моль/л малоновой кислоты, 0,1 моль/л янтарной кислоты, 0,13 моль/л аминоуксусной кислоты, 0,9·10^-5 моль/л ацетата свинца, с рН 6,6 при температуре 90°С. Плотность загрузки деталей из ст.3 составила 2,56 дм²/л, время нанесения - 60 мин. Полученные блестящие покрытия имели толщину 22,8 мкм и содержали 1,2% меди, 7,38% фосфора, 0,03% свинца, остальное - никель. Скорость нанесения составила 22,8 мкм/час. Убыль массы деталей через 720 часов коррозионных испытаний составила 380 мг/дм² покрытия, видимых признаков коррозии не наблюдали. Скорость коррозии составила 0,03 г/м²/час.

Пример 6. Использовали раствор, содержащий 0,12 моль/л семиводного сульфата никеля, 0,0016 моль/л пятиводного сульфата меди, 0,37 моль/л гипофосфита натрия, 0,18 моль/л малоновой кислоты, 0,1 моль/л янтарной кислоты, 0,13 моль/л аминоуксусной кислоты, 0,9·10^-5 моль/л нитрата свинца, с рН 7,0 при температуре 96°С. Обезжиренные изделия из алюминия АД1 подвергали предварительной цинкатной обработке в растворе, содержащем 100 г/л оксида цинка и 500 г/л гидроксида натрия, в течение 30 секунд, затем завешивали в ванну. Плотность загрузки составила 0,64 дм²/л, время нанесения - 30 мин. Полученные блестящие беспористые покрытия имели толщину 20,4 мкм и содержали 0,7% меди, 7,16% фосфора, 0,03% свинца, остальное - никель. Скорость нанесения составила 40,8 мкм/час.

Пример 7. Использовали раствор, содержащий 0,12 моль/л семиводного сульфата никеля, 0,0016 моль/л пятиводного сульфата меди, 0,37 моль/л гипофосфита натрия, 0,18 моль/л малоновой кислоты, 0,1 моль/л янтарной кислоты, 0,13 моль/л аминоуксусной кислоты, 0,9·10^-5 моль/л нитрата свинца, с рН 6,8 при температуре 93°С. Плотность загрузки изделий из меди составила 4,48 дм²/л, время нанесения - 75 мин. Полученные покрытия имели толщину 17,6 мкм и содержали 0,7% меди, 7,4% фосфора, 0,03% свинца, остальное - никель. Скорость нанесения составила 14,1 мкм/час.

Пример 8. Использовали раствор, содержащий 0,12 моль/л семиводного сульфата никеля, 0,0016 моль/л пятиводного сульфата меди, 0,37 моль/л гипофосфита натрия, 0,18 моль/л малоновой кислоты, 0,1 моль/л янтарной кислоты, 0,13 моль/л аминоуксусной кислоты, 0,9·10^-5 моль/л нитрата свинца, при рН 7,0 и температуре 87°С. Изделие из ткани, выполненное из углеродных волокон, обезжиривали и обрабатывали в течение 10 мин в растворе, содержащем 0,1 г/л хлорида палладия, затем в течение 10 мин в растворе, содержащем 10 г/л гипофосфита натрия, и после промывки завешивали в ванну с раствором, исходя из плотности загрузки 15 дм²/л. Время нанесения составило 90 мин. Полученные покрытия имели толщину 6 мкм и содержали 0,7% меди, 7,7% фосфора, 0,03% свинца, остальное - никель. Скорость нанесения составила 4 мкм/час.

Приведенные примеры показывают, что способ по изобретению позволяет обеспечить технический результат: наносить на различные материалы защитные или защитно-декоративные блестящие покрытия из сплава никель-фосфор-медь в широком интервале плотностей загрузки с высокой скоростью. Получаемые покрытия беспористы при толщине 8-10 мкм, имеют стабильный состав (0,6-1,6% меди, 7,2-8,7% фосфора) и стабильно высокие показатели коррозионной стойкости.

Изобретение относится к химическому нанесению металлических покрытий, в частности из сплавов на основе никеля, и может найти применение в машино- и приборостроении. Способ включает химическое нанесение покрытия из сплава никель-медь-фосфор из водного раствора, содержащего, моль/л: соль никеля 0,075-0,125, соль меди 0,0008-0,0016, гипофосфит натрия 0,28-0,40, малоновую кислоту 0,10-0,20, янтарную кислоту 0,08-0,12, аминоуксусную кислоту 0,07-0,25, соль свинца (0,6-1,2)·10^-5. Полученные химические покрытия из сплава никель-медь-фосфор имеют низкое содержание меди (не более 2 мас.%) и стабильный состав, а способ позволяет увеличить скорость нанесения покрытия, повысить плотность загрузки ванны, повысить коррозионную стойкость декоративных покрытий. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ химического нанесения покрытия из сплава никель-медь-фосфор на изделия в водном растворе, содержащем соли никеля и меди, гипофосфит натрия и добавки органических веществ, отличающийся тем, что нанесение ведут при температуре 87-96°С в растворе с рН 6,3-7,0, который дополнительно содержит соль свинца, а в качестве органических веществ содержит малоновую, янтарную и аминоуксусную кислоты при следующем соотношении компонентов, моль/л:

соль никеля0,075-0,125соль меди0,0008-0,0016гипофосфит натрия0,28-0,40малоновая кислота0,10-0,20янтарная кислота0,08-0,12аминоуксусная кислота0,07-0,25соль свинца(0,6-1,2)·10^-5