Способ химико-каталитического нанесения кобальт-фосфорного покрытия на деталь из стали, меди или латуни Российский патент 2024 года по МПК C23C18/32 C23C18/34 

Изобретение относится к области химической металлизации поверхности металлов и может быть использовано для нанесения покрытий Сo-P на изделия из стали, меди или латуни.

Известен способ химического никелирования с целью получения износостойких, коррозионно-стойких и декоративных покрытий состава Co-P на сталь, медь и другие металлы[1]. Отличительной особенностью способа является нанесение покрытий без источника тока, то есть процесс роста покрытий протекает везде, где есть металл, а также подогрев раствора для химического никелирования. Известен широкий спектр составов для химического кобальтирования при повышенных температурах от 75 до 95°С. Составов для осуществления процесса при комнатной температуре значительно меньше. Также скорость нанесения покрытий при комнатной температуре относительно невелика и составляет не более 1,5 мкм/ч [2].

Впервые метод был открыт Бренером и Ридделом в 1946 г. [3]. Известны различные варианты способа химического никелирования и электролиты для его осуществления.

Известны различные варианты способа химического кобальтирования и электролиты для его осуществления. Так, например, известен состав раствора для химического кобальтирования [1,4] при относительно высокой температуре 92°С, которая является характерной для большинства растворов химического осаждения:

CoCl₂*6H₂O 30 NaH₂PO₂*H₂O 20 Na₃C₆H₅O₇*5.5H₂O 100 NH₄Cl 50 pH 9-10 t 90-95°C

Составов для осуществления процесса при комнатной температуре значительно меньше [5,6]. Также скорость нанесения покрытий при комнатной температуре относительно невелика и реально составляет не более 1,5 мкм/ч.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ химического нанесения металлических покрытий при комнатной температуре [2].

Положительным решением заявленного изобретения является расширение возможностей способа, а именно экономии электроэнергии, расходуемой на подогрев раствора для химико-каталитической обработки, а также увеличение размера обрабатываемых деталей, образцов до неограниченных размеров, что будет лимитироваться только размерами ванны никелирования. Важным преимуществом предлагаемого способа является расширение диапазона составов для химического нанесения Сo-P при комнатной температуре. Предлагаемый способ позволяет также существенно увеличить скорость нанесения покрытий по сравнению с известными составами для химического кобальтирования при комнатной температуре. Известные способы позволяют наносить химические покрытия со скоростью не более 1,5 мкм/ч, а предлагаемый способ позволяет наносить покрытия со скоростью не менее 3 мкм/ч (3÷5 мкм/ч).

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является устранение недостатков прототипа и создание способа, обеспечивающего повышение скорости нанесения покрытия при пониженных температурах процесса химического кобальтирования и расширение диапазона составов для химического нанесения Co-P при комнатной температуре.

Техническим результатом является снижение температуры процесса химического кобальтирования и расширение диапазона составов для химического нанесения Co-P, при одновременном повышении скорости нанесения покрытия.

Технический результат достигается тем, что способ химико-каталитического нанесения кобальт-фосфорного покрытия на деталь из стали, меди или латуни включает осаждение указанного покрытия из кобальт-фосфорного раствора для химико-каталитической обработки содержащего CoCl₂⋅6H₂O и NaH₂PO₂, отличающийся тем, что соединяют обрабатываемую деталь с пластиной из магниевого сплава с помощью медного стержня и погружают в указанный раствор, в котором осуществляется осаждение кобальт-фосфорного покрытия при температуре 15-30°С.

Соединение обрабатываемой детали с пластиной из магниевого сплава осуществляют с помощью медного стержня посредством резьбового соединения или пайки, или развальцовки.

При этом предпочтительно чтобы соотношение площадей пластины из магниевого сплава и покрываемой поверхности детали составляло не более 1:10.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется дальнейшим описанием и примерами.

Осуществление заявленного способа можно описать следующей последовательностью операций:

1) Проводят стандартную подготовку обрабатываемой детали, заключающуюся в травлении, промывке и сушке.

2) Подготавливают пластину из магниевого сплава путем обезжиривания в смеси этанола и хлороформа 1:1.

3) Соединяют обрабатываемую деталь и пластину из магниевого сплава с помощью медного стержня, имеющего резьбу на концах, путем ввинчивания его в тело пластины из магниевого сплава и обрабатываемой детали. Возможны другие решения для осуществления надежного контакта путем пайки, развальцовки и т.п.

4) Помещают обрабатываемую деталь и пластину из магниевого сплава, соединенные с помощью медного стержня, в гальваническую ванну и заполняют раствором для химико-каталитической обработки. При химическом кобальтировании внутренней поверхности детали полой формы возможно помещение пластины из магниевого сплава непосредственно внутрь детали и ее последующее заполнение раствором для химико-каталитической обработки.

Нанесение покрытия может быть реализовано как на внешней поверхности отдельной детали внутри футерованной емкости, так и на внутренних поверхностях емкостей или деталей.

Для примера был выбран раствор для химико-каталитической обработки согласно ГОСТ 9.305-84 [4], предназначенный для осуществления химического кобальтирования при повышенной температуре 92°С в диапазоне РН от 9 до 10. Следует отдельно отметить, что процесс химического осаждения в данных растворах при комнатных температурах не идет.

Расширение диапазона составов достигается за счет обеспечения возможности использования при комнатной температуре растворов для химико-каталитической обработки, предназначенных для осуществления химического кобальтирования при повышенных температурах 75-95°С.

Анализ химического состава покрытий, полученных в растворах для химико-каталитической обработки при повышенных (90°С и выше) и комнатной температурах показал незначительные отличия по содержанию элементов. Например, полученное при 92°С покрытие состоит из кобальта (95,8%), фосфора (3,9%), кислорода (0,3%). В том же растворе при комнатной температуре (с магниевым сплавом) состав покрытия следующий: кобальт (94,4%), фосфор (5,3%), кислород (0,2%), магний (0,1%).

Диапазон температуры осаждения составляет от 15 до 30°С. При более низкой температуре существенно падает скорость осаждения до 1-2 мкм час, при температуре существенно выше 30°С происходит растворение магниевого сплава.

Сквозная пористость покрытий, полученных при комнатной температуре, меньше на 10-15%, чем в аналогичных растворах при повышенных температурах (90°С). Как известно, сквозная пористость катодных покрытий будет определять коррозионную стойкость детали с покрытием.

Осуществление способа можно проиллюстрировать на примере.

Пример 1

Была использована пластина из меди в форме прямоугольника толщиной 3 мм и общей площадью 100 см² в качестве обрабатываемой детали, соединенная с пластиной из магниевого сплава МЛ-10 толщиной 4 мм и площадью 10 см². В обеих пластинах на одном уровне были просверлены отверстия диаметром 3,5 мм и в них была нарезана резьба М4.

Для обеспечения надежного контакта был использован медный стержень толщиной 4 мм с резьбой на концах.

Данная конструкция была погружена в стеклянный стакан и заполнена раствором для осаждения сплава кобальт-фосфор (г/л):

CoCl₂*6H₂O 30 NaH₂PO₂*H₂O 20 Na₃C₆H₅O₇*5.5H₂O 100 NH₄Cl 50 pH 9-10

Процесс начинается сразу при температуре 20°С, что видно по пузырькам выделяющегося водорода. На обрабатываемой пластине было получено качественное, блестящее кобальт-фосфорное покрытие толщиной 4 мкм в течение 60 минут, плотно сцепленное с основой.

Литература

1. Горбунова К.М., Никифорова А.А., Садаков Г.А., Моисеев В.П., Иванов М.В. Физико-химические основы процесса химического кобальтирования. Москва: Издательство «Наука», 1974. - 220 с.

2. Саранов Е.И., Соловьева Г.В., Булатов Н.К., Лундин А.Б. Химическое никелирование при комнатной температуре. Защитаметаллов. 1975, т.11, №3, с.367-369.

3. Brenner A., Riddell G.E., Nickel plating on steell by chemical reduction // J. Res. Natl. Bur. Stand., 1946, vol. 37, p.31.

4. ГОСТ 9.305-84.

5. Свиридов В.В., Воробьева Т.Н., Гаевская Т.В., Степанова Л.И. Химическое осаждение металлов из водных растворов. Минск: Издательство «Университетское», 1987. - 272 с.

6. Шалкаускас М.И., Вашкялис А.Ю. Химическая металлизация пластмасс. Ленинград: Издательство «Химия», 1985. - 144 с.

Изобретение относится к способу химико-каталитического нанесения кобальт-фосфорного покрытия на деталь из стали, меди или латуни. Проводят осаждение указанного покрытия из кобальт-фосфорного раствора для химико-каталитической обработки, содержащего CoCl₂⋅6H₂O и NaH₂PO₂. Соединяют обрабатываемую деталь с пластиной из магниевого сплава с помощью медного стержня и погружают в указанный раствор, в котором осуществляется осаждение кобальт-фосфорного покрытия при температуре 15-30°С. Обеспечивается повышение скорости нанесения покрытия при пониженных температурах и расширение диапазона составов для химического нанесения Co-P при комнатной температуре. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ химико-каталитического нанесения кобальт-фосфорного покрытия на деталь из стали, меди или латуни, включающий осаждение указанного покрытия из кобальт-фосфорного раствора для химико-каталитической обработки, содержащего CoCl₂⋅6H₂O и NaH₂PO₂, отличающийся тем, что соединяют обрабатываемую деталь с пластиной из магниевого сплава с помощью медного стержня и погружают в указанный раствор, в котором осуществляется осаждение кобальт-фосфорного покрытия при температуре 15-30°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединяют обрабатываемую деталь с пластиной из магниевого сплава с помощью медного стержня посредством резьбового соединения, или пайки, или развальцовки.