Кислый электролит для нанесения антифрикционного покрытия сплавом свинец-олово-медь Российский патент 2020 года по МПК C25D3/56 

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно: к электроосаждению антифрикционных покрытий сплавом свинец-олово-медь и может быть использовано в машиностроении, судостроении, сельском хозяйстве, атомной промышленности и др. отраслях промышленности.

Известен кислый электролит для осаждения блестящих покрытий сплавом олово-свинец, содержащий свободную кислоту, соль двухвалентного олова, соль двухвалентного свинца, неоногенное ПАВ, формалин в виде 37%-ного водного раствора формальдегида и блескообразующую композицию, при следующем соотношении компонентов электролита, г/л: соль двухвалентного олова (по металлу) - 12-40, соль двухвалентного свинца (по металлу) - 6-25, свободная кислота, выбранная из группы, включающей HBF₄, HClO₄, H₂SiF₆, C₂HCl₃O₂-100-300, неиногенное ПАВ - 10-30, формалин в виде 37%-ного водного раствора формальдегида, мл/л - 5-30, блескообразующая композиция - 2-15, при этом в качестве блескообразующей композиции он содержит смесь веществ, г/л: α,β-ненасыщенный альдегид - 0,12-3,7, высокомолекулярный, или ненасыщенный, или многоосновный спирт - 0,03-7,0, низкомолекулярный спирт - 1,85 - 14, в качестве свободной кислоты HBF₄ он дополнительно содержит ортоборную кислоту. (см. патент РФ №2113555, C25D3/60).

Недостатком данного электролита являются низкие антифрикционные свойства, текучесть при высоких ударных нагрузках, склонность к схватыванию в условиях сухого трения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электролит для нанесения трехкомпонентного антифрикционного покрытия, содержащий, г/л: медь борфтористоводородная 4-5 (в пересчете на металл); свинец борфтористоводородный 35-55 (в пересчете на металл); олово борфтористоводородное 4-6 (в пересчете на металл); кислота борфтористоводородная 140-160; желатин 0,4-0,6; резорцин 6-8; борная кислота 40-50 (см. патент РФ №2166568, C25D3/56).

Недостатком данного электролита является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения осаждаемых покрытий, получаемых из-за нестабильности состава данного электролита.

Технической задачей изобретения является разработка универсального электролита, позволяющего получать в процессе длительной интенсивной эксплуатации, заданный постоянный состав сплава свинец-олово-медь, с расширением интервала допустимых катодных плотностей тока, с увеличением рассеивающей способности электролита, с повышенной скоростью осаждения.

Техническим результатом является повышение износостойкости и снижение коэффициента трения покрытий за счет стабильного состава электролита в течение длительной интенсивной эксплуатации при высоких катодных плотностях тока, с высокой рассеивающей способностью

Технический результат достигается в кислом электролите для нанесения антифрикционного покрытия на основе свинец-олово-медь, содержащий свободную кислоту, соль двухвалентного свинца, соль двухвалентного олова, соль двухвалентной меди, аммоний борфтористый, аммоний фтористый, антиокислитель, поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов электролита, в г/л: соль двухвалентного свинца (в пересчете на Pb⁺²) - 60÷130, соль двухвалентного олова (в пересчете на Sn⁺²) - 9,0÷31, соль двухвалентной меди (в пересчете на Cu⁺²) - 5,5÷8,0, свободная кислота - 170÷220, аммоний борфтористый - 25÷35, аммоний фтористый - 25÷35, борная кислота - 100÷200, антиокислитель - 9÷15, поверхностно-активное вещество - 0,8÷12, при этом в качестве свободной кислоты используют кислоту выбранную из группы, включающей HBF4, H2SiF6, C2HCl3O2, в качестве антиокислителя используют по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей: резорцин, пирокатехин, гидрохинон, β-нафтол, формалин, а в качестве поверхностно активного вещества используют по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей: желатин, пентон, крезол, препарат ОС-20, синтанол АЛМ-10, синтанол ДС-10.

Соль двухвалентного свинца, соль двухвалентного олова, соль двухвалентной меди являются основными компонентами электролита, из которых в процессе электроосаждения образуется сплав свинец-олово-медь.

Наличие в электролите свободной кислоты, выбранной из группы, включающей HBF₄, H₂SiF₆, C₂HCl₃O₂, обеспечивает поддержание на заданном уровне значение кислотности (рН) электролита. Аммоний борфтористый и аммоний фтористый вводятся в электролит для повышения электропроводности и для уменьшения скорости контактного осаждения меди.

Борная кислота, благодаря своим буферным свойствам, способствует получению стабильного состава сплава свинец-олово-медь.

Антиокислители: резорцин, пирокатехин, гидрохинон, β-нафтол, формалин препятствуют процессу окисления двухвалентного олова (Sn⁺²) в четырехвалентное олово (Sn⁺⁴), за счет чего обеспечивается стабильность состава электролита в процессе длительной эксплуатации.

Поверхностно-активные вещества: желатин, пентон, крезол, препарат ОС-20, синтанол АЛМ-10, синтанол ДС-10, в процессе осаждения гальванического сплава свинец-олово-медь предотвращают появление поверхностных дефектов (дендриты, набросы, шероховатость) на поверхности сплава.

Пример.

В гальваническую ванну с дистиллированной водой вводят 195 г/л борфтористой кислоты. Затем добавляют борную кислоту в количестве 150 г/л (до насыщения). В полученный раствор борфтористой и борной кислот последовательно добавляют: свинец (II) борфтористый 145 г/л (в пересчете на металл), олово (II) борфтористое 20 г/л (в пересчете на металл), медь (II) борфтористая 7,0 г/л (в пересчете на металл). Затем в раствор вводят аммоний борфтористый 20 г/л и аммоний фтористый 20 г/л. В полученный раствор кислот и солей последовательно добавляют резорцин 10 г/л, а в качестве поверхностно активного вещества используют желатин 0,8 г/л. В случае использования двух или более антиокислителей их суммарное количество не должно превышать 15 г/л, а двух или более поверхностно активных веществ - 12 г/л.

Для экспериментальной проверки характеристик кислого электролита для нанесения антифрикционного покрытия на основе свинец-олово-медь было приготовлено 7 растворов электролитов, в том числе 2 раствора прототипа.

В таблице приведены примеры составов электролита и результаты эксплуатационных характеристик.

Предложенный кислый электролит для нанесения антифрикционного покрытия сплавом свинец-олово-медь обеспечивает стабильность заданного состава покрытия в течение интенсивной эксплуатации (0,64÷0,68 А-час/дм²), в то время, как этот показатель, у электролита, взятого за прототип составляет (≤0,25 А-час/дм²), может эксплуатироваться при повышенных плотностях тока с высокими характеристиками (рассеивающая способность 74÷78%, скорость осаждения 1,6÷2,0 мкм/мин). Полученное антифрикционное покрытие обеспечивает высокую износостойкость трущихся пар, имея коэффициент сухого трения 0,042÷0,045 и коэффициент трения со смазкой 0,025÷0,026.

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электроосаждению антифрикционных покрытий сплавом свинец-олово-медь и может быть использовано в машиностроении, судостроении, сельском хозяйстве, атомной промышленности и др. отраслях промышленности. Электролит содержит свободную кислоту, соль двухвалентного свинца, соль двухвалентного олова, соль двухвалентной меди, аммоний борфтористый, аммоний фтористый, антиокислитель, поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, г/л: соль двухвалентного свинца (в пересчете на Pb⁺²) - 60÷130, соль двухвалентного олова (в пересчете на Sn⁺²) - 9,0÷31, соль двухвалентной меди (в пересчете на Cu⁺²) - 5,5÷8,0, свободная кислота - 170÷220, аммоний борфтористый - 25÷35, аммоний фтористый - 25÷35, борная кислота - 100÷200, антиокислитель - 9÷15, поверхностно-активное вещество - 0,8÷12, при этом в качестве свободной кислоты используют свободную кислоту, выбранную из группы, включающей HBF₄, H₂SiF₆, C₂HCl₃O₂, в качестве антиокислителя используют по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей: резорцин, пирокатехин, гидрохинон, β-нафтол, формалин, а в качестве поверхностно-активного вещества используют по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей: желатин, пентон, крезол, препарат ОС-20, синтанол АЛМ-10, синтанол ДС-10. Техническим результатом является повышение износостойкости и снижение коэффициента трения покрытий за счет стабильного состава электролита в течение длительной интенсивной эксплуатации при высоких катодных плотностях тока, с высокой рассеивающей способностью. 1 табл., 1 пр.

Кислый электролит для нанесения антифрикционного покрытия сплавом свинец-олово-медь, содержащий соль двухвалентного свинца, соль двухвалентного олова, соль двухвалентной меди, свободную кислоту, аммоний борфтористый, аммоний фтористый, борную кислоту, антиокислитель и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов электролита, г/л:

Соль двухвалентного свинца (в пересчете на Pb⁺²) 60÷130 Соль двухвалентного олова (в пересчете на Sn⁺²) 9,0÷31 Соль двухвалентной меди (в пересчете на Cu⁺²) 5,5÷8,0 Свободная кислота 170÷220 Аммоний борфтористый 25÷35 Аммоний фтористый 25÷35 Борная кислота 100÷200 Антиокислитель 9÷15 Поверхностно-активное вещество 0,8÷12

при этом в качестве свободной кислоты он содержит свободную кислоту, выбранную из группы, включающей HBF₄, H₂SiF₆, C₂HCl₃O₂, в качестве антиокислителя - по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей: резорцин, пирокатехин, гидрохинон, β-нафтол, формалин, а в качестве поверхностно-активного вещества - по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей: желатин, пентон, крезол, препарат ОС-20, синтанол АЛМ-10, синтанол ДС-10.