РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2014 года по МПК C23C18/36 B82B1/00 

Описание патента на изобретение RU2509176C1

Изобретение относится к области нанесения композиционных покрытий методом химического осаждения с целью повышения износостойкости стальных изделий и может найти применение в машиностроении, химической промышленности.

Известен состав электролита для получения гальванического покрытия, содержащий, 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 (патент РФ №2362843, опубл. 19.06.2008 г.).

Недостатком является неравномерность по толщине нанесения покрытия на сталях и сравнительно низкие трибологические свойства.

Наиболее близким по технической сущности известен состав раствора (патент РФ №2357002, опубл. 25.07.2007 г.) для химического осаждения покрытия на изделия, состоящий из следующих компонентов, г/л: сернокислый никель 16-27, гипофосфит натрия 21-24, хлористый аммоний 28-32, аммиак 47-52, натрий лимоннокислый 40-50, наноалмазы 3-15 (размер частиц от 0,004 до 0,450 мкм).

Недостатками данной композиции являются сравнительно низкие триботехнические свойства полученного покрытия, сравнительно низкая микротвердость.

Перед авторами стояла задача повышения триботехнических свойств и микротвердости покрытия при повышенных температурах.

Эта задача решена тем, что в раствор, содержащий соль никеля, натриевую соль органической кислоты (натрий уксуснокислый), гипофосфит натрия, порошок наноалмазов, дополнительно введены азотнокислое серебро, 5% водный раствор поливинилового спирта, суспензия фторопласта Ф-4Д и компоненты взяты в следующем соотношении, г/л:

Никель хлористый - 15-25;

Гипофосфит натрия - 15-25;

Натрий уксуснокислый - 8-15;

Порошок наноалмазов (размер частиц 0,004 до 0,450 мкм) - 1-20;

Азотнокислое серебро - 0,5-2;

5-ный водный раствор поливинилового спирта - 0,5-2;

Суспензия фторопласта Ф-4Д - 2-30;

Дистиллированная вода - до 1 литра.

Наночастицы алмаза представляют собой ультрадисперсный порошок синтезированных детонационных наноалмазов с размером частиц от 0,004 до 0,450 мкм. Введение наноалмазов существенно повышает износостойкость покрытия и микротвердость.

Азотнокислое серебро представляет собой бесцветные прозрачные кристаллы в виде пластинок или белых кристаллических палочек без запаха. Очень легко растворим в воде. Введение порошка способствует снижению коэффициента трения.

Поливиниловый спирт представляет собой синтетический, водорастворимый, термопластичный полимер с химической формулой [-СН2СН(ОН)СН2СН(ОН)-]n. Для стабилизации раствора, а также для поддержания в растворе частиц наноалмазов во взвешенном состоянии в течение всего процесса осаждения покрытия используют 5%-ный водный раствор поливинилового спирта.

Суспензия фторопласта Ф-4Д представляет собой взвесь частиц, выпускаемую по ТУ 6-05-1246-81. Введение суспензии фторопласта Ф-4Д способствует снижению коэффициента трения.

Равномерность распределения частиц порошка наноалмазов в покрытии достигалась тщательным перемешиванием всех компонентов раствора.

Состав и количество всех компонентов, входящих в раствор для химического осаждения композиционного покрытия, подбирали экспериментально в соответствии с методами химического наноконструирования.

Пример получения покрытия химическим осаждением.

Раствор для химического осаждения покрытия готовят следующим образом: в дистиллированную воду, нагретую до 55-60°С, при тщательном перемешивании (до полного растворения компонентов) последовательно вводят расчетное количество никеля хлористого, натрия уксуснокислого, порошка наноалмазов, азотнокислого серебра, 5%-ного водного раствора поливинилового спирта, приготовленного заранее, и суспензии фторопласта Ф-4Д. Полученный раствор подвергают ультразвуковой обработке и затем его нагревают до 80-85°С и добавляют в него расчетное количество гипофосфита натрия. Перед загрузкой деталей в ванну температуру раствора для химического осаждения композиционного покрытия доводят до 90-92°С. Процесс химического осаждения композиционного покрытия проводят при температуре раствора 90-92°С и рН 4,8-5.

Перемешивание осуществляют с помощью магнитной мешалки с числом оборотов 10-40 об/мин.

Для подтверждения работоспособности и эффективности предлагаемого раствора были подготовлены шесть растворов для химического осаждения композиционного покрытия (см. таблицу). Осаждение металлопокрытия велось на образцах из стали 40Х.

Подготовка поверхности стальных образцов перед осаждением композиционного покрытия стальных образцов осуществлялась следующим образом: обезжиривание венской известью, травление в 10-20%-ном растворе соляной кислоты при температуре 25-30°С в течение 30-60 секунд и промывка проточной водой.

Термообработка композиционного покрытий проводилась при температуре 360°С в течение 1 часа.

Испытание трибологических свойств полученного композиционного покрытия и покрытия, полученного из раствора прототипа, проводилось на возвратно-поступательной машине трения, скорость перемещения V=0,04 м/с, Р=5 МПа при температуре +23°С±2° и 100°С±2°. Смазочная среда масло МП-601. В качестве контртела использовались образцы из стали ШХ15.

Количественный состав и физико-механические свойства испытуемых композиций приведены в таблице.

Состав раствора (г/л) и физико-механические свойства Заявленный раствор Прототип 1 2 3 4 5 6 Никель хлористый 15 20 20 25 21 15 Натрия гипофосфит 15 20 15 25 25 15 Натрий уксуснокислый 8 8 10 15 15 10 Наноалмазы 1 7 10 15 15 20 3-15 Азотнокислое серебро 0,5 2 1 1,5 1,5 Поливиниловый спирт 0,5 2 1,5 2 2 1,5 Суспензия фторированного полимера 2 10 15 30 20 25 рН раствора 4,8-5 4,8-5 4,8-5 4,8-5 4,8-5 4,8-5 8,0-9,0 Температура раствора,°С 90-92 90-92 90-92 90-92 90-92 90-92 90-92 Коэффициент трения при+23°С±2° 0,1 0,12 0,11 0,090 0,1 0,09 0,14 Износ, мг/час при+23°С±2° 0,1 0,2 0,1 0,15 0,1 0,15 0,4 Коэффициент трения при+100°С±2° 0,09 0,11 0,1 0,08 0,09 0,08 0,13 Износ, мг/час при+100°C±2° 0,14 0,2 0,17 0,14 0,08 0,15 0,36 Микротвердость, кгс/мм2 720 860 980 1020 1050 1120 460-792

Как видно из результатов, представленных в таблице, композиционное покрытие, полученное путем химического осаждения из разработанного нами раствора, обладает более низким коэффициентом трения, повышенной износостойкостью и высокой микротвердостью, что, следовательно, увеличивает ресурс работы изделий при работе в условиях повышенных температур.

Изделия с покрытием, полученным метод химического осаждения из разработанного нами раствора, испытаны на опытном производстве ФГУП ОКТБ «ОРИОН».

На основании вышеизложенного, а также с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанный нами «Раствор для получения композиционного покрытия» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость, и может быть защищен патентом Российской Федерации.

Похожие патенты RU2509176C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЬ-АЛМАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 2007
  • Ларионова Ирина Семеновна
  • Фролов Александр Валериевич
  • Беляев Вячеслав Николаевич
  • Бычин Николай Валерьевич
RU2357002C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЬ-АЛМАЗНОГО ПОКРЫТИЯ 2016
  • Федотов Сергей Александрович
  • Федотова Наталья Сергеевна
  • Рябчикова Людмила Петровна
  • Демаков Александр Геннадьевич
RU2639411C2
КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ С УЛЬТРАДИСПЕРСНЫМИ АЛМАЗАМИ 2016
  • Федотов Сергей Александрович
  • Федотова Наталья Сергеевна
  • Рябчикова Людмила Петровна
  • Демаков Александр Геннадьевич
RU2638480C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОАЛМАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 2007
  • Ларионова Ирина Семеновна
  • Беляев Вячеслав Николаевич
  • Фролов Александр Валериевич
  • Ильиных Константин Федорович
RU2375494C2
РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ 2012
  • Щербаков Игорь Николаевич
  • Трофимов Геннадий Еремеевич
  • Дерлугян Петр Дмитриевич
  • Логинов Владимир Тихонович
  • Иванов Валерий Владимирович
  • Мурзенко Ксения Владимировна
RU2491370C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО КОМПОЗИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛИ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ 2013
  • Фукс Софья Лейвиковна
  • Хитрин Сергей Владимирович
  • Зыкина Людмила Николаевна
  • Михалицына Юлия Сайтжановна
RU2544334C1
РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ 2011
  • Трофимов Геннадий Еремеевич
  • Щербаков Игорь Николаевич
  • Шевченко Максим Юрьевич
  • Логинов Владимир Тихонович
  • Дерлугян Петр Дмитриевич
  • Дерлугян Федор Петрович
  • Иванов Валерий Владимирович
RU2451113C1
Композиционное металл-алмазное покрытие, способ его получения, дисперсная система для осаждения композиционного металл-алмазного покрытия и способ ее получения 2019
  • Есаулов Сергей Константинович
  • Кукушкин Сергей Сергеевич
  • Рыжов Евгений Васильевич
  • Светлов Геннадий Валентинович
RU2706931C1
Композиционное металл-алмазное покрытие, способ его получения, алмазосодержащая добавка электролита и способ ее получения 2018
  • Есаулов Сергей Константинович
  • Кукушкин Сергей Сергеевич
  • Рыжов Евгений Васильевич
RU2699699C1
РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ 2011
  • Сафонов Валентин Владимирович
  • Шишурин Сергей Александрович
  • Сёмочкин Владимир Сергеевич
RU2465374C1

Реферат патента 2014 года РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к области нанесения композиционных покрытий методом химического осаждения с целью повышения износостойкости стальных изделий и может найти применение в машиностроении, химической промышленности. Раствор для химического осаждения композиционного покрытия содержит компоненты при следующем соотношении, г/л: хлористый никель 15-25, гипофосфит натрия 15-25, натрий уксуснокислый 8-15, порошок наноалмазов с размером частиц от 0,004 до 0,450 мкм 1-20, азотнокислое серебро 0,5-2, 5 %-ный водный раствор поливинилового спирта 0,5-2, суспензия фторопласта Ф-4Д 2-30 и дистиллированная вода до 1 литра. Изобретение обеспечивает повышение трибологических свойств и микротвердости покрытия. 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 509 176 C1

Раствор для химического осаждения композиционного покрытия, содержащий соль никеля, натриевую соль органической кислоты, гипофосфит натрия и порошок наноалмазов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит азотнокислое серебро, 5 %-ный водный раствор поливинилового спирта, суспензию фторопласта Ф-4Д, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, г/л:
никель хлористый 15-25 гипофосфит натрия 15-25 натрий уксуснокислый 8-15 порошок наноалмазов с размером частиц от 0,004 до 0,450 мкм 1-20 азотнокислое серебро 0,5-2 5 %-ный водный раствор поливинилового спирта 0,5-2 суспензия фторопласта Ф-4Д 2-30 дистиллированная вода до 1 литра

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2509176C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЬ-АЛМАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 2007
  • Ларионова Ирина Семеновна
  • Фролов Александр Валериевич
  • Беляев Вячеслав Николаевич
  • Бычин Николай Валерьевич
RU2357002C1
РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ 2011
  • Трофимов Геннадий Еремеевич
  • Щербаков Игорь Николаевич
  • Шевченко Максим Юрьевич
  • Логинов Владимир Тихонович
  • Дерлугян Петр Дмитриевич
  • Дерлугян Федор Петрович
  • Иванов Валерий Владимирович
RU2451113C1
РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ХИМИЧЕСКИМ ОСАЖДЕНИЕМ 2005
  • Данюшина Галина Алексеевна
  • Логинов Владимир Тихонович
  • Левинцев Валерий Анатольевич
  • Дерлугян Петр Дмитриевич
  • Игнатенко Наталья Львовна
  • Отыч Наталья Александровна
RU2287612C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОАЛМАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 2007
  • Ларионова Ирина Семеновна
  • Беляев Вячеслав Николаевич
  • Фролов Александр Валериевич
  • Ильиных Константин Федорович
RU2375494C2
CN 101275223 A, 01.10.2008.

RU 2 509 176 C1

Авторы

Щербаков Игорь Николаевич

Трофимов Геннадий Еремеевич

Дерлугян Петр Дмитриевич

Логинов Владимир Тихонович

Иванов Валерий Владимирович

Даты

2014-03-10Публикация

2012-12-21Подача