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

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз, с целью применения их в различных отраслях промышленности в качестве покрытий, обладающих высокой микротвердостью. Чем выше микротвердость, 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 микротвердостью 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 формулы M_zC_nВ_mH_х (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, х=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 формулы 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, Сr₂О₃ 100 (ТiO₂ 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-, В₁₀H₁₀ ^2-, В₁₂H₁₂ ^2-) 0,5-1,0, спирты ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 0,2-0,9, соляная кислота или гидрокись аммония (35%) до pH 1-5 (Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Кудимов Ю.И., Сысоев Г.И., Свицын Р.А., Балакай В.И. Электролит для осаждения покрытий сплавом никель-бор - А.с. 1387528 СССР, МКИ С25D 3/56. - №4001609/31-02; заявл. 02.01.86; опубл. 08.12.87).

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

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава никель-бор-алмаз следующего состава, г/л:

хлорид никеля шестиводный 200-300 борная кислота 20-25 аммоний сернокислый 10-40 сахарин 0,6-1,5 декагидродекаборан натрия   (ТУ 6-02-01-513-86) 0,3-3,6 ультрадисперсная алмазная суспензия   (УДА-В ТУ 84.1124-87) 0,05-1,2.

Катодная плотность тока 1-5 А/дм², pH 1,0-4,5, температура 18-25°С (Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Г.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ С22С 19/03, 26/00, С25D 15/00. - № 5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. № 32. - 3 с.).

Покрытия, осажденные из данного электролита имеют недостаточную микротвердость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение микротвердости.

Поставленная задача достигается тем, что в состав электролита, содержащего хлорид никеля, ультрадисперсную алмазную суспензию, борную кислоту, хлорамин Б дополнительно вводят сульфат кобальта при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля шестиводный 200-350 сульфат кобальта семиводный 8-12 борная кислота 25-40 хлорамин Б 1,5-4,5 ультрадисперсная алмазная суспензия   (УДА-В ТУ 84.1124-87) 0,1-2,3.

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

Наличие сульфата кобальта в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-кобальт-алмаз с высокой микротвердостью.

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, 150 г/л хлорида никеля шестиводного и 8 г/л сульфата кобальта семиводного, после того как довели уровень электролита до необходимого объема, вводили 7 г/л ультрадисперсной алмазной суспензии. pH 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 микротвердости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2, соответственно.

Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства композиционных покрытий никель-кобальт-алмаз и никель-бор-алмаз приведены в табл.2.

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;

Таблица 1 Составы электролитов и режимы электролиза Состав электролитов и режимы электролиза Концентрация компонентов, г/л 1 2 3 4 5 прототип Хлорид никеля шестиводный 150 200 280 350 370 250 Сульфат кобальта семиводный 6 8 10 12 15 - Борная кислота 20 25 32 40 45 30 Хлорамин Б 1,0 1,5 3,0 4,5 5,0 - Сахарин - - - - - 1 Аммоний сернокислый - - - - - 25 Декагидродекаборан натрия (ТУ 6-02-01-513-86) - - - - - 1,9 Ультрадисперсная алмазная суспензия (УДА-В ТУ 84.1124-87) 0,05 0,1 1,7 2,3 2,5 0,6 рH электролита 5,7 5,5 3,0 1,1 1,0 2,7 Температура, °С 16 18 30 40 45 21 Катодная плотность тока, А/дм² 4 6 9 14 13 3

Таблица 2 Физико-механические свойства покрытий Характеристики электролита и композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз и никель-бор-алмаз Электролиты 1 2 3 4 5 прототип Микротвердость, ГПа 22 25 29 27 23 23 Внутренние напряжения, МПа 58,3 59,0 61,2 64,4 69,3 - Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см² 0 1 1 2 4 - Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавов Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84 Содержание бора, мас.% - - - - - 1,6 Содержание кобальта, мас.% 1, 2,1 5,7 7,3 7,6 - Содержание ультрадисперсного алмазного порошка, мас.% 0,1 0,4 1,8 3,2 3,6 1,3 Стабильность, % 100 100 100 100 100 100

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 уменьшению износостойкости покрытий;

4. уменьшение содержания никеля в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению 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 и уменьшения износостойкости 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 и уменьшению износостойкости 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 ультрадисперсной алмазной суспензии выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий и уменьшению износостойкости покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;

10. уменьшение содержания ультрадисперсной алмазной суспензии ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.

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

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности. Электролит содержит, г/л: хлорид никеля 200-350, сульфат кобальта 8-12, борную кислоту 25-40, хлорамин Б 1,5-4,5, ультрадисперсную алмазную суспензию 0,1-2,3. Технический результат - повышение микротвердости покрытий. 2 табл.

Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, ультрадисперсную алмазную суспензию и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сульфат кобальта и хлорамин Б при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля шестиводный 200-350 сульфат кобальта семиводный 8-12 борная кислота 25-40 хлорамин Б 1,5-4,5 ультрадисперсная алмазная суспензия 0,1-2,3