ЭЛЕКТРОЛИТ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ НИКЕЛИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ, АЛЮМИНИЯ, ТИТАНА, МЕДИ И ИХ СПЛАВОВ Российский патент 2015 года по МПК C25D3/12 

Изобретение относится к электрохимии, в частности к созданию электролита на водной основе для получения никелевых покрытий на стали, алюминии, титане, меди и их сплавах, и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении и судостроении с целью увеличения коррозионной стойкости и износостойкости деталей, узлов элементов систем управления, комбинированных конструкций в сочетании титан-алюминий, а также для пайки.

Известны электролиты для никелирования изделий из алюминия и его сплавов (Ажогин Ф.Ф. Гальванотехника. Справочник. М., Металлургия, 1987. 736 с.), состоящие из, г/л:

1) сульфат никеля 140-200 хлорид никеля 30-40 борная кислота 25-40 сульфат натрия 60-80 2) сульфат никеля 150-200 натрия хлорид 10-15 борная кислота 25-30 натрия сульфат 40-50 магния сульфат 50-60 3) сульфат никеля 400 борная кислота 25-40 фторид натрия 2-3

Недостатком известных электролитов для никелирования изделий из алюминия и его сплавов является невозможность нанесения покрытия непосредственно на деталь без предварительной цинкатной обработки, сущность которой заключается в обработке изделия в растворе гидроксида натрия и оксида цинка для образования тонкой контактной пленки цинка на его поверхности, что является длительным и трудоемким процессом.

Известен также электролит для никелирования изделий из алюминия и его сплавов для антикоррозионной защиты, в котором не используется предварительная цинкатная обработка (патент РФ №2259429), состоящий из, г/л:

никель сульфаминовокислый 300-350 кислота борная 25-35 натрий фтористый 1,5-2,5 алкилсульфаты 0,05-1,0

Недостатком данного электролита является невозможность нанесения покрытия на изделия из стали, титана, меди и их сплавов.

Известен электролит для никелирования изделий из титана и его сплавов (Левинзон A.M. Электролитическое осаждение металлов подгруппы железа. Л.: Машиностроение, 1983. 96 с.), состоящий из, г/л:

никель сернокислый семиводный 20-25 аминоуксусная кислота (гликокол) 20-25 фтористый калий 2,5-10

Недостатком данного электролита никелирования изделий из титана и его сплавов является невозможность нанесения покрытия непосредственно на деталь без предварительной гидридной обработки, которая является длительным и трудоемким процессом, сущность которой заключается в травлении титана в активном состоянии при интенсивном выделении водорода, который в атомарном состоянии диффундирует в титановую основу и насыщает ее до образования гидридов.

Известен также электролит для никелирования изделий титана и его сплавов, в котором не используется предварительная гидридная обработка (патент РФ 2230138), состоящий из, г/л:

никель сернокислый 10-30 аммоний щавелевокислый 40-90 натрий фтористый 3-15 натрий уксуснокислый 3-20 натрий бромистый 1-2 вода до 1 л

Недостатком данного электролита является невозможность нанесения покрытия на изделия из стали, алюминия, меди и их сплавов.

Известен также электролит для никелирования изделий из сталей, меди и медных сплавов (патент РФ №2089675), взятый в качестве прототипа, состоящий из, г/л:

никель сернокислый 250-300 ацетат натрия 10-15 уксусная кислота 25-40 сахарин 0,7-1,1 1,4-бутиндиол (35%-ный раствор) 0,3-0,7 мл/л

Недостатком данного электролита является невозможность нанесения покрытия на изделия из алюминия, титана и их сплавов, а также долгое (более суток) время приготовления.

Техническим результатом изобретения является создание универсального электролита для никелирования изделий из стали, алюминия, титана, меди и их сплавов для получения никелевого покрытия непосредственно на детали без предварительной цинкатной (для алюминия) и гидридной (для титана) обработок.

Технический результат достигается тем, что электролит на водной основе для никелирования изделий из стали, алюминия, титана, меди и их сплавов, содержащий никель сернокислый, ацетат натрия и уксусную кислоту, согласно изобретению он дополнительно содержит натрий лаурилсульфат при следующем соотношении компонентов, г/л:

никель сернокислый 35,0-55,0 ацетат натрия 25,0-30,0 уксусная кислота 4,5-5,0 мл/л натрий лаурилсульфат 0,1-1,0

Ацетат натрия и уксусная кислота создают ацетатный буфер, что позволяет эффективно поддерживать pH электролита и предотвращать образование в процессе нанесения покрытия гидроксидов никеля даже при высоких плотностях тока. Кроме того, уксусная кислота играет роль активирующего агента и освобождает поверхность алюминиевых и титановых изделий от природных оксидных пленок в процессе осаждения. Благодаря этому, при следующем режиме обработки: плотность тока - 1,0-3,0 А/дм², температура - 60-70°C, никель осаждается непосредственно на ювенильную поверхность стали, алюминия, титана, меди или их сплавов, что способствует высокой адгезии покрытия без предварительной гидридной (для титана) или цинкатной (для алюминия) обработки.

Нижняя граница концентрации никеля сернокислого обусловлена тем, что при этом электролит работает без значительных диффузионных затруднений. При меньшей концентрации выход по току никеля неудовлетворителен, что приводит к высоким внутренним напряжениям в металле. Превышение верхней границы приводит к образованию крупнокристаллического покрытия, что способствует снижению микротвердости. Количество ацетата натрия определяется необходимостью добиться ювенильной поверхности при погружении металла в электролит. При содержании в электролите ацетата натрия менее 25,0 г/л невозможно достичь ювенильной поверхности на титане, содержание данного компонента свыше верхней границы приводит к нецелесообразному использованию ресурсов. Указанная концентрация уксусной кислоты в паре с ацетатом натрия служит для обеспечения стабильности pH и обеспечивает ювенильную поверхность металла. Натрий лаурилсульфат служит для смачиваемости поверхности образца. При содержании данного компонента менее 0,1 г/л снижается качество поверхности и образуется водородный питтинг, содержание более 1,0 г/л является необоснованным с экономической точки зрения.

Пример

Проведено нанесение никелевого покрытия на алюминиевую подложку по следующей технологии:

1. Подготовка поверхности образца:

  Титан ВТ1-0 Алюминий Медь Сталь Обезжиривание спиртом + + + + Промывка в теплой проточной воде + + + + Травление в водном растворе HF - 20 г/л, HNO₃ - 200 г/л NaOH - 50 г/л H₂SO₄ - 200 г/л - Промывка в проточной воде + + + + Промывка в дистиллированной воде + + + +

2. Нанесение никелевого покрытия из электролитов, г/л:

  I II Никель сернокислый 35,0 55,0 Ацетат натрия 25,0 30,0 Уксусная кислота 4,5 4,0 Натрий лаурилсульфат 0,1 1,0 pH электролита 4,2 Температура,°C 65 Плотность тока, А/дм² 1 Время, мин 10

3. Промывка в теплой проточной воде.

4. Сушка.

5. Результаты

  Титан ВТ1-0 Алюминий Медь Сталь Предлагаемый электролит Внешний вид Ровные, сплошные, без питтингов, без вздутий, без отслаиваний Адгезия, ГПа 3,0-3,5 4,5-5,4 4,6-5,3 3,2-3,8 Микротвердость, ГПа 2,2 2,7 2,4 2,7 Толщина, мкм 5,6 5,3 6 6 Прототип Внешний вид Покрытие наносится неравномерно, отшелушивание, непригодно для использования Ровные, сплошные, без питтингов, без вздутий, без отслаиваний Адгезия, ГПа 4,7-5,1 3,2-3,7 Микротвердость, ГПа 2,1 2,8 Толщина, мкм 6 6

Внешний вид покрытий представлен на фиг.1-8 соответственно.

Технико-экономическое преимущество изобретения по сравнению с прототипом выражается в том, что предлагаемый электролит можно использовать для никелирования деталей из указанных материалов в одной ванне и, следовательно, сократить количество гальванических линий в цехе и трудоемкость их обслуживания.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении и судостроении для увеличения коррозионной стойкости, паяемости и износостойкости деталей и узлов элементов систем управления, комбинированных конструкций из титана и алюминия. Электролит на водной основе содержит, г/л: никель сернокислый 35,0-55,0; ацетат натрия 25,0-30,0; уксусную кислоту 4,5-5,0 мл/л; натрий лаурилсульфат 0,1-1,0. В результате использования электролита получены высокотехнологичные сплошные никелевые покрытия на стали, алюминии, титане, меди и их сплавах с высокой адгезией, микротвердостью и коррозионной стойкостью покрытия без предварительной цинкатной - для алюминия или гидридной - для титана обработки. 3 табл., 8 ил., 1 пр.

Электролит на водной основе для никелирования изделий из стали, алюминия, титана, меди и их сплавов, содержащий никель сернокислый, уксусную кислоту и ацетат натрия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натрий лаурилсульфат при следующем соотношении компонентов, г/л:
никель сернокислый 35,0-55,0 ацетат натрия 25,0-30,0 уксусная кислота, мл/л 4,5-5,0 натрий лаурилсульфат 0,1-1,0