ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТ-ОКСИД КРЕМНИЯ-ФТОРОПЛАСТ Российский патент 2013 года по МПК C25D15/00 

Изобретение относится к области гальванотехнике, 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 200-300, борная кислота 20-30, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на C₂B₉H₁₂B₁₀H₁₀ ^2-, B₁₂H₁₂ ^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.).

2. хлорид никеля 200-300, борная кислота 25-35, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на C₂B₉H₁₂ В₁₀Н₁₀ B_]2H_I2 ^2-) 0,5-6,0, фторопластовая эмульсия Ф-4Д 5-30 (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.).

3. хлорид никеля 150-350, борная кислота 25-40, хлорамин Б 1,5-4,5, фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э 5-35 (Балакай В.И., Балакай И.В., Герасименко Ю.Я Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-фторопласт. Пат. 2297476 Рос. Федерация, МПК 7 C25D 15/00. - №2005130886/02; - заявл. 05.10.2005; опубл. 20.04.2007; Бюл. №11.)

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

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

хлорид никеля 200-350, хлорид кобальта 2-10, борная кислота 25-40, хлорамин Б 1,5-45 фторопластовая эмульсия Ф-4Д 7-35.

Режимы электролиза: рН 1,1-5,5, температура 18-40°С, катодная плотность тока 1,0-12,0 А/дм² при перемешивании.

(Балакай В.И., Арзуманова А.В., Курнакова Н.Ю., Балакай И.В., Балакай К.В. Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-кобальт-фторопласт Пат.2352694 Рос. Федерация, МПК С25Д 15/00. - №2008110630/02; заявл. 19.03.2008; опубл. 20.04.2009, Бюл. №. 11.)

Покрытия осажденные из данного электролита имеют недостаточную износостойкость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости микротвердости.

Поставленная задача достигается тем, что электролит, содержащий хлорид никеля, хлорид кобальта, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э, хлорамин Б вводили оксид кремния, при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля 200-350, хлорид кобальта 2-10, борная кислота 25-40, хлорамин Б 1,5-3,0, оксид кремния 1-30, фторопластовая эмульсия Ф-4Д 7-35.

Режимы электролиза: рН 1,5-5,5, температура 18-40°С, катодная плотность тока 1,0-11,0 А/дм² при перемешивании механической мешалкой (50-100 об/мин).

Наличие оксида кремния в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-кобальт-оксид кремния-фторопласт с высокой износостойкостью.

Сплав никель-кобальт является хорошим конструкционным материалом, и поэтому большое значение имеет разработка на его основе покрытий обладающих высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения. С целью увеличения износостойкости сплава никель-кобальт было предложено дополнительно вводить в покрытие фторопласт (так называемый самосмазывающий материал), который образует на поверхности композиционных покрытий никель-кобальт-фторопласт тонкую пленку из фторопласта в результате трения двух поверхностей друг о друге и раздавливанию фторопласта находящегося в покрытии (получены патенты №2352693, 2352694). Однако из-за того, что покрытие обычно не имеют 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. Кроме того основа должна иметь более высокую микротвердость. Поэтому было предложено с целью увеличения износостойкости покрытий и снижения коэффициента трения наносить на трущиеся изделия не композиционное покрытие никель-кобальт-фторопласт, а композиционное покрытие никель-кобальт-оксид кремния-фторопласт, т.к. покрытия при введении в электролит оксида кремния получаются более мелкокристаллическими, равномерными и имеют более высокую микротвердость. В настоящее время из носостойкие и самосмазываемые покрытия представляют определенный практический интерес.

Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до ¾ 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 1 г/л оксида кремния, 7 г/л фторопластовой эмульсии Ф-4Д. 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-оксид кремния-фторопласт, осажденных при температуре (18-40°С) из предлагаемого электролита и из прототипа никель-кобальт-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 6 Борная кислота 20 25 32 40 45 30 Хлорамин Б 1,0 1,5 2,2 3,0 3,5 3,0 Оксид кремния 0,8 1 15 30 40 - Фторопластовая эмульсия Ф-4Д (ТУ 6-05-041-508-79) 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 5 7 11 11 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 оксида кремния 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 оксида кремния ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.

11. 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.

Таблица 2 Физико-механические свойства покрытий Характеристики электролитов и композиционных покрытий никель-кобальт-оксид кремния-фторопласт и никель-кобальт-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 0,34 0,29 0,25 0,22 0,24 0,33 Микротвердость, ГПа 7,1 7,9 8,4 8,8 9,1 6,4 Внутренние напряжения, МПа 64,4 65,4 67,8 71,3 85,3 67,2 Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавов Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84 Содержание кобальта, мас.% 0,5 1,6 4,4 6,9 9,1 - Содержание оксида кремния, мас.% 0,4 0,8 1,5 2,2 2,7 - Содержание фторопласта, мас.% 0,5 1,0 2,3 3,7 4,3 2,9 Стабильность, % 100 100 100 100 100 100

12. Уменьшение содержания фторопластовой эмульсии ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.

Как видно из табл.2, износостойкость композиционного покрытия никель-кобальт-оксид кремния-фторопласт, осажденного из заявляемого электролита, превышает износостойкость композиционного покрытия никель-кобальт-фторопласт, осажденного из прототипа в 1,3-1,4 раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.

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

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Электролит содержит, г/л: хлорид никеля 200-350, хлорид кобальта 2-10, борную кислоту 25-40, хлорамин Б 1,5-3,0, оксид кремния 1-30, фторопластовую эмульсию Ф-4Д 7-35. Технический результат: получение мелкокристаллических, равномерных, самосмазывающихся покрытий с высокой износостойкостью и микротвердостью. 2 табл.

Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-кобальт-оксид кремния-фторопласт, содержащий хлорид никеля, хлорид кобальта, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д, хлорамин Б, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид кремния при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля 200-350 хлорид кобальта 2-10 борная кислота 25-40 хлорамин Б 1,5-3,0 оксид кремния 1-30 фторопластовая эмульсия Ф-4Д 7-35