ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ Российский патент 2011 года по МПК C25D15/00 

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности с целью увеличения срока службы деталей в узлах машин, механизмов, а также пресс-форм, обладающих повышенной микротвердостью.

В промышленности появилась необходимость увеличения микротвердости различных материалов на основе никеля.

Увеличение микротвердости материалов на основе никеля можно достигнуть за счет легирования их металлами и (или) неметаллами.

Известны композиционные материалы на основе никеля с С, Si, SiC, TiC, TaC, ZrC, WC, SiO₂, TiO₂, BeO, ZrO₂, Cr₂O₃, MoS₂, MoSi₂ и т.д. (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия, 1977. - 272 с.), а также с В (Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Кудимов Ю.Н., Сысоев Г.Н., Свицын Р.А., Балакай В.И. Электролит для осаждения покрытий сплавом никель-бор - А.с. СССР 1387528, МКИ С25D 3/56. - №4001609/31-02; заявл. 02.01.86; опубл. 08.12.87), обладающие повышенной микротвердостью по сравнению с чисто никелевыми покрытиями.

Существенным недостатком этих композиционных материалов и сплавов является то, что микротвердость является недостаточной.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности относится композиционный материал никель-бор-алмаз следующего состава, мас.%:

бор 0,2-3,2 ультрадисперсный алмазный порошок 0,1-2,6 никель остальное

(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.).

Однако данный композиционный материал имеет недостаточную микротвердость.

Задачей настоящего изобретения является повышение микротвердости материалов на основе никеля с бором, легированных оксидом алюминия.

Указанная задача достигается получением композиционного материала никель-бор-оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид алюминия 1,4-3,9 бор 0,7-3,1 никель остальное

Наличие оксида алюминия в композиционном материале никель-бор-оксид алюминия приводит к увеличению его микротвердости.

Увеличение содержания оксида алюминия выше верхнего заявляемого предела приводит к увеличению внутренних напряжений, ухудшению качества и снижению микротвердости композиционного материала.

Уменьшение содержания оксида алюминия в композиции ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению микротвердости композиционного материала.

Для апробирования предложенного состава композиционного материала никель-бор-оксид алюминия были изготовлены композиции, химический состав которых приведен в табл.1, где 2, 3, 4 - содержание оксида алюминия на нижнем, среднем и верхнем уровнях соответственно, а 1 и 5 - содержание оксида алюминия в композиции за граничными значениями.

Композиционный материал никель-бор-оксид алюминия получали электрохимическим способом из электролита следующего состава, г/л:

хлорид никеля шестиводный 200-350 борная кислота 25-40 сахарин 0,7-1,8 оксид алюминия 15-40 декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86) 1,2-4,5

Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 18-40°С, катодная плотность тока 0,5-11 А/дм² при перемешивании.

Таблица 1 Химический состав композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототипа - никель-бор-алмаз Композиционный материал и прототип Оксид алюминия Ультрадисперсный алмазный порошок Бор Никель Предложенный 1 0,9 - 0,2 98,9 2 1,4 - 0,7 97,9 3 2,7 - 1,8 95,5 4 3,9 - 3,1 93,0 5 4,5 - 3,6 91,9 Прототип - 1,3 1,7 97,0

Пример 1. Композиционный материал химического состава, мас.%:

оксид алюминия 0,9, бор 0,2, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 150, оксид алюминия 10, борная кислота 20, сахарин 0,5, декагидродекаборат натрия 0,7 при рН 5,5, температуре 16°С и катодной плотности тока 2 А/дм². Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли борную кислоту, сахарин и хлорид никеля, после того как довели уровень электролита до необходимого объема вводили декагидродекаборат натрия и оксид алюминия. рН электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).

Пример 2. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 1,4, бор 0,7, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200, оксид алюминия 15, борная кислота 25, сахарин 0,7, декагидродекаборат натрия 1,2 при рН 5,0, температуре 18°С и катодной плотности тока 3 А/дм². Электролит готовили по методике, описанной выше.

Пример 3. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 2,7, бор 1,8, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 280, оксид алюминия 25, борная кислота 32, сахарин 1,2, декагидродекаборат натрия 2,5 при рН 3,0, температуре 30°С и катодной плотности тока 5 А/дм². Электролит готовили по методике, описанной выше.

Пример 4. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 3,9, бор 3,1, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 350, оксид алюминия 40, борная кислота 40, сахарин 1,8, декагидродекаборат натрия 4,5 при рН 1,5, температуре 40°С и катодной плотности тока 11 А/дм². Электролит готовили по методике, описанной выше.

Пример 5. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 4,5, бор 3,6, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 370, оксид алюминия 50, борная кислота 40, сахарин 2,0, декагидродекаборат натрия 5,0 при рН 1,1, температуре 45°С и катодной плотности тока 12 А/дм². Электролит готовили по методике, описанной выше.

Прототип осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200-300, борная кислота 20-25, аммоний сернокислый 10-40, сахарин 0,6-1,5, декагидродекаборат 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, рН 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.).

В табл.2 приведены физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототипа никель-бор-алмаз.

Таблица 2 Физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототип никель-бор-алмаз. Физико-механические свойства композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототип никель-бор-алмаз Предложенный состав композиции Прототип 1 3 2 4 5 Микротвердость, ГПа 24 30 32 31 28 23 Внутренние напряжения, МПа 58,8 59,0 61,2 64,4 69,3 64,8

Как видно из табл.2, микротвердость композиционного материала никель-бор-оксид алюминия превышает микротвердость никель-бор-алмаз (прототипа) в 1,3-1,4.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности для увеличения срока службы деталей в узлах машин, механизмов, а также пресс-форм, обладающих повышенной микротвердостью. Гальванический материал содержит, мас.%: оксид алюминия 1,4-3,9; бор 0,7-3,1; никель - остальное. Технический результат: повышение микротвердости. 2 табл.

Композиционное электрохимическое покрытие на основе никеля, содержащее бор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид алюминия 1,4-3,9 бор 0,7-3,1 никель остальное