ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТ-ФТОРОПЛАСТ Российский патент 2009 года по МПК C25D15/00 

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-кобальт-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) хлорид никеля 60, сульфат никеля 300, борная кислота 30, Cr₂О₃ 100 (TiO₂ 25, TiC 50) (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М: Химия, 1977. - 272 с);

2) хлорид никеля 200-300, борная кислота 20-30, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на С₂В₉Н₁₂ ^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.).

3) хлорид никеля 200-300, борная кислота 25-35, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на С₂В₉Н₁₂ ^2-, В₁₀Н₁₀ ^2-, В₁₂Н₁₂ ^2-) 0,5-6,0, фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э 5-30 (1. Балакай В.И. Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-фторопласт. Пат. 2213812 Рос. Федерация, МПК 7 С25Д 15/00. - №2002113832/02; заявл. 27.05.2002; опубл. 10.10.2003, Бюл. №28. - 4 с).

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

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

хлорид никеля 150-350, борная кислота 25-40, хлорамин Б 1,5-4,5, фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э 5-35.

Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 20-40°С, катодная плотность тока 6-14 А/дм² (Балакай В.И., Балакай И.В., Герасименко Ю.Я Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-фторопласт. Пат. РФ 2297476, МПК 7 C25D 15/00. - №2005130886/02(034622); - заявл. 05.10.2005; опубл. 20.04.2007; Бюл. №11. - 3 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, хлорид кобальта при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля 200-350, хлорид кобальта 2-10, борная кислота 25-40, хлорамин Б 1,5-4,5, фторопластовая 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 1,0-12,0 А/дм² при перемешивании.

Наличие кобальта в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-кобальт-фторопласт с высокой износостойкостью.

Никель является хорошим конструкционным материалом, 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 композиционных покрытий никель-бор-фторопласт и никель-фторопласт тонкую пленку из фторопласта в результате трения двух поверхностей друг о друге и раздавливания фторопласта, находящегося в покрытии (получены патенты №2213812, 2213813, 2297476). Однако из-за того, что покрытие обычно не имеет идеально гладкую поверхностью, то 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 снижать 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 и никель-фторопласт, а композиционное покрытие никель-кобальт-фторопласт, т.к. покрытия при введении в электролит хлорида кобальта получаются более мелкокристаллическими и равномерными. В настоящее время износостойкие и самосмазываемые покрытия представляют определенный практический интерес.

Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до ³/₄ необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли 25 г/л борной кислоты, 1,5 г/л хлорамина Б, 200 г/л хлорида никеля и 2 г/л хлорид кобальта, 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). Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике, описанной выше. А значения износостойкости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2 соответственно.

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

Таблица 1 Составы электролитов и режимы электролиза Состав электролитов и режимы электролиза Концентрация компонентов, г/л 1 2 3 4 5 прот Хлорид никеля 150 200 275 350 370 250 Хлорид кобальта 1 2 6 10 15 - Борная кислота 20 25 32 40 45 30 Хлорамин Б 1,0 1,5 3,0 4,5 5,0 3,0 Фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э 5 7 20 35 38 20 рН электролита 5,7 5,5 3,0 1,1 1,0 3,0 Температура,°С 16 18 30 40 45 21 Катодная плотность тока, А/дм² 4 6 9 14 13 6

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 кобальта в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений;

4) уменьшение содержания кобальта в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, снижению износостойкости покрытий;

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

6) 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;

7) 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;

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

9) 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;

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

Таблица 2 Физико-механические свойства покрытий Характеристики электролитов и композиционных покрытий никель-кобальт-фторопласт и никель-фторопласт Электролиты 1 2 3 4 5 Прот. Износостойкость в условиях граничного трения со сталью Ст 45 при нагрузке 20-30 кгс/см², мкм/ч 0,45 0,37 0,32 0,30 0,31 0,42 Микротвердость, ГПа 5,2 5,8 6,4 6,9 7,2 4,6 Внутренние напряжения, МПа 63,7 64,8 67,2 70,5 84,6 61,2 Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см² 0 1 1 1 2 1 Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавов Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84 Содержание кобальта, мас.% 0,6 1,7 4,6 7,1 9,3 - Содержание фторопласта, мас.% 0,7 1,1 2,5 3,9 4,4 2,9 Скорость осаждения, мкм/ч 36 61 75 138 147 75 Рассеивющая способность (по Херингу и Блюму), % 9 11 13 15 18 11 Стабильность, % 100 100 100 100 100 100

Как видно из табл.2, износостойкость композиционного покрытия никель-кобальт-фторопласт, осажденного из заявляемого электролита, превышает износостойкость композиционного покрытия никель-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-кобальт-фторопласт в качестве износостойкого покрытия в машиностроении.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности, где необходимо применение износостойких покрытий. Электролит содержит, г/л: хлорид никеля 200-350, хлорид кобальта 2-10, борную кислоту 25-40, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э 7-35, хлорамин Б 1,5-4,5 и воду. Технический результат: повышение износостойкости. 2 табл.

Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-кобальт-фторопласт, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э, хлорамин Б и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид кобальта при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля 200-350 хлорид кобальта 2-10 борная кислота 25-40 фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э 7-35 хлорамин Б 1,5-4,5