Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий Советский патент 1993 года по МПК C23C18/36 

iOO

О оо

00

00

Изобретение относится к химическому осаждению никелевых композиционных покрытий из раствора, содержащего никель хлористый, гипофосфит натрия, аминоук- сусную кислоту, цистеин, катионоактивную добавку - лаурилбензилдиметиламмоний хлористый или смесь бензолсульфонатов метилдиэтиламинометильных производных полиэтиленгликолевых жиров алкилфено- лов выравнитель А и тонкодисперсный по- рошок нитрида кремния с удельной поверхностью (S) 35 м2/г. Покрытия отличаются твердостью, небольшими внутренними напряжениями и хорошей химической устойчивостью, в особенности при повышенных температурах. 1 табл. С

Изобретение относится к осаждению металлов, в частности к нанесению никелевых композиционных химических покрытий (КХП) и может быть использовано в машиностроении, инструментальной, химической и др. областях промышленности для производства износостойких деталей сложной конфигурации или инструментов, работающих при повышенных температурах.

Целью изобретения является повышение пластичности и термостойкости композиционных химических никелевых покрытий.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного предлагаемый раствор в качестве ускорителя соосаждения частиц содержит азотосодержащие соединения лаурилбензилдиметиламмоний хлористый или смесь бензолсульфонатов метилдиэтиламинометильных производных полиэтиленгликолиевых эфиров алкилфено- дов(выравниватель А), а в качестве неметаллических частиц тонкодисперсный порошок нитрида кремния с удельной поверхностью (S) . 35 м2/г при следующем содержании всех компонентов, в г/л:

Никель хлористый

(гидрат)22-28

Гипофосфит натрия

(гидрат)24-26

Аминоуксусная кислота (глицин)25-30

Цистеин0,001-0,003

Добавка катионноактивная

(ускоритель)0,01-0,06

Нитрид кремния,

тонкодисперсный

порошок (5)35м2/г 20-22

Температура

раствора, °С90 ±1

рН раствора5

Хлорид меди, входящий в состав раствора прототипа, выполняет функции блеско- образователя. Установлено, что эта добавка не оказывает существенного влияния на степень блеска получаемых КХП из предлагаемого раствора поэтому хлорид меди исключен из состава раствора.

Раствор химического никелирования готовят следующим образом.

Необходимое количество соли никеля, гипофосфита, глицина и цистеина растворяют в дистиллированной воде и тщательно перемешивают. Добавляют 5 н. раствор гидроокиси натрия до получения рН 5. ПолО 1

ученный раствор фильтр посуду взвешивают необ во порошка нитрида кре чивают небольшим ко

5 приготовленного раство кашеобразную массу вв личество катионноактивн 0,1%-ного водного раст перемешивают, Затем р

10 виде кашицы переносят все перемешивают до о родной суспензии.

Перемешивание сус осаждения осуществл

15 плунжерной мешалки. С вания 70 раз/мин. Осажд дут при температуре ра плотности загрузки 1,0-1 осаждения КХП из раст

20 составляет около 17 мкм тивными добавками 19-2 ное покрытие является п слабо матовым. Осадки шим сцеплением со стал

25

лем и др.

Синтез лаурилбензи хлористого был произвед мии и химической техноло 30 демии наук следующим о

Синтез лаурилдимет хлористого состоит из д ние лаурилдиметиламин лаурилдиметиламина бен

C12H25NH2+HCOOH-rHCt ,2H25N(CHy)2-t-CO t

Н

Н

C17H2BN(CH3 tC6H5CH2C1-b.C17H75N(CH 2CH2C6H5 ci

Синтез лаурилдиметиламина осуществляется следующим образом.

В круглодонную колбу, вместимостью 1 л, снабженную обратным холодильником, мешалкой и термометром помещают 92,5 г (0,5 г- моль) лауриламина, и при охлаждении колбы льдом прибавляют 120 мл 80%-ной муравьиной кислоты и 35 г 30%-ного формальдегида. Смесь нагревают на водяной бане до прекращения выделения диоксида углерода ( 12 ч). По окончании реакции подкисляют раствор концентрированной соляной кислотой и упаривают в вакууме досуха на водяной бане. Сухой остаток растворяют в воде, основание выделяют при подщела- чивании 20%-ным водным раствором гидроокиси натрия и экстрагируют эфиром. Эфирную вытяжку высушивают над гидроученный раствор фильтруют. В отдельную посуду взвешивают необходимое количество порошка нитрида кремния, который смачивают небольшим количеством ранее

приготовленного раствора. В полученную кашеобразную массу вводят требуемое количество катионноактивной добавки в виде 0,1%-ного водного раствора и тщательно перемешивают, Затем раствор и частицы в

виде кашицы переносят в ванну, где опять все перемешивают до образования однородной суспензии.

Перемешивание суспензии в процессе осаждения осуществляют при помощи

плунжерной мешалки. Скорость перемешивания 70 раз/мин. Осаждение покрытий ведут при температуре раствора 90 ±1°С и плотности загрузки 1,0-1,3 дм2/л. Скорость осаждения КХП из растворов без добавок

составляет около 17 мкм/ч, с катионноак- тивными добавками 19-22 мкм/ч. Осажденное покрытие является полублестящим или слабо матовым. Осадки отличаются хорошим сцеплением со сталыо-3, медью, нике

лем и др.

Синтез лаурилбензилдиметиламмония хлористого был произведен в Институте химии и химической технологии Литовской Ака- демии наук следующим образом.

Синтез лаурилдиметилбензиламмония хлористого состоит из двух стадий:- получение лаурилдиметиламина; кватернизация лаурилдиметиламина бензилхлоридом

окиси калия, отгоняют эфир, а остаток перегоняют в вакууме. Получают 74,7 г лаурилди- метиламина. Выход 70,0% от теоретического.

Кватернизация лаурилдиметиламина

бензилхлоридом осуществляется следующим образом.

53,3 г (0,25 г- моль) лаурилдиметиламина и 45 г (О ,35 г моль) бензихлорида раство- ряют в 200 мл ацетонитрила, Раствор

нагревают на водяной бане 5 ч и оставляют для охлаждения, Выпавшую четвертичную соль отфильтровывают, фильтрат концентрируют в вакууме на водяной бане до появления осадков и снова отфильтровывают.

Осадки объединяют и перекристаллизовы- вают из смеси этилацетата-эти ового спирта. Получают 55,6 г лаурилдиметилбенэиламмоний хлористого. Выход 64,5%. Элементарный анализ соответствует составу C21H38NCI, найдено в %: С 74,16; 74,31; Н 11,20; 11,29; N 4,10; 4,25; CI 10,25; 10,51. Вычислено в %: С 79,14; Н 11,26; N4,12; CI 10,43.

Смесь бензолсульфонатов метилдиэти- ламинометильных производных полиэти- ленгликолевых эфиров алкилфенолов выпускается химической промышленно- стью СССР согласно требованиям ГОСТа 9600-78 под условным названием Выравниватель А. Был использован выравни- тель А марки V заводского изготовления.

Для иллюстрации эффективности пред- ложечного раствора по сравнению с извест ным было приготовлено 8 примеров различных составов растворов, первый из которых относится к известному раствору, а 2-8 к разным значениям концентраций предлагаемого раствора (см. таблицу).

Как видно из таблицы, заявляемый стабильный глициновый раствор, содержащий тонкодисперсные частицы нитрида кремния и вышеупомянутые ускорители - кати- онноактивные добавки, дает возможность получить КХП, которые в оптимальном варианте по сравнению с КХП, полученным из раствора прототипа отличаются более высокой пластичностью и термостойкостью. Кро- ме того, эти покрытия являются достаточно твердыми, с небольшими внутренними напряжениями и хорошей химической устойчивостью в особенности при повышенных температурах.

Увеличение концентраций катионноак- тивных добавок, указанных в.таблице, способствует появлению пены на поверхности раствора, хотя суспензия остается стабиль

ной. Вспенивание раствора является не приемлемым для процесса осаждения покрытий, поэтому дальнейшее увели.чение количества катионноактивных добавок в растворе химического никелирования нецелесообразно.

Формула изобретения Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий, содержащий хлористый никель, гипофосфит натрия, аминоуксусную кислоту, цистеин, неметаллические тонкодисперсные частицы и ускоритель соосаждения этих частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и термостойкости покрытий, раствор в качестве неметаллических тонкодисперсных частиц содержит порошок нитрида кремния с удельной поверхностью (S)--35 м2/г, а в качестве ускорителя соосаждения этих частиц - лаурил- бензилдиметиламмоний хлористый или смесь бензол-сульфонатов метилдиэтила- минометильных производных полиэтиленг- ликолевых эфиров алкилфенолов (выравниватель А), при следующем соотношении компонентов, г/л:

Хлористый никель22-28 Гипофосфит натрия 24-26 Аминоуксусная

кислота25-30 Цистеин 0,001-0,003 Порошок нитрида кремния с удельной поверхностью

(3)35м2/г20-22 Лаурилбензилдиме- тиламмоний хлористый или указанный выравниватель А 0,01-0,06