CS271843B1

CS271843B1 - Electrolyte for cathodic nickel-phosphorus alloy coating from aqueous solution

Info

Publication number: CS271843B1
Application number: CS891125A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Holpuch
Original assignee: Vladimir Holpuch
Priority date: 1989-02-21
Filing date: 1989-02-21
Publication date: 1990-11-14
Also published as: CS112589A1

Abstract

The microhardness of alloyed nickel-phosphorus coatings is high and comparable to hard chromium. The electrolyte for the cathodic deposition thereof consists of a water solution with a concentration per 1,000 g of water of 50 to 400 g of nickel salts, 10 to 60 g of sodium hypophosphite, ammonium hypophosphite or nickel hypophosphite, 80 to 200 g of magnesium salt and 1 to 50 g of halogenides, mainly sodium bromide, potassium bromide or nickel bromide and wetting agent. This alloyed coating is suitable mainly for metal deposition of turbo-compressor blades, for increasing the durability of working machines, renovation of worn-out rotary parts, etc.

Description

Vynález se týká elektrolytu pro katodické vylučování slitiny nikl-fosfor z vodného roztoku.The invention relates to an electrolyte for cathodic deposition of a nickel-phosphorus alloy from an aqueous solution.

Slitinové povlaky nik] -fosfor nacházejí uplatnění v mnoha oblastech průmyslového využití. Tyto slitiny po dodatečném tepelném zpracování mají vysokou mikrotvr-dost, srovnatelnou s tvrdým chromém. Při tepelném zpracování na teplotu 400 °C dosahují maximální mikrotvrdosti, na rozdíl od tvrdého chrómu, jehož tvrdost se při této teplotě snižuje o 50 %.Nickel-phosphorus alloy coatings find application in many industrial applications. These alloys after heat treatment have a high micro-hardness comparable to hard chromium. At heat treatment to 400 ° C, they achieve maximum microhardness, as opposed to hard chromium, whose hardness decreases by 50% at that temperature.

Ve většině případů se vylučují slitinové povlaky nikl-fosfor redukčním způsobem při teplotě 90 °C. Tento způsob sice umožňuje rovnoměrné vylučování povlaků nezávisle na geometrii pokovovaného předmětu, je však energeticky náročný a snadno citlivý na přítomnost kovových nečistot. Další nevýhodou procesu je poměrně nízká vylučovací rychlost. Proto se věnuje stále větší pozornost elektrolytickému vylučování slitinového povlaku. Takto vyloučené povlaky mají nízký obsah fosforu ve slitině, 1 až 3 % hmotnosti, a vysoké vnitřní pnutí. Nejčastěji je používáno elektrolytů obsahujících mimo soli niklu a kyselinu fosforitou také organické karbonové kyseliny, například kyselinu citrónovou. V některých případech je uváděna také kyselina sulfosalicylová. Tato kyselina umožňuje vylučovat povlaky s nízkým obsahem fosforu. Elektrolyty na bázi sulfosalicylanů, obsahující fosfor ve formě fosfaranu sodného, umožňují vylučovat povlaky s vysokým obsahem fosforu a nízkým vnitřním pnutím. Tyto elektrolyty jsou sice značně stabilní, ale jejich nevýhodou je značná toxicita a poměrně obtížná příprava, stejně jako nesnadná likvidace odpadních vod.In most cases, nickel-phosphorus alloy coatings are deposited in a reduction manner at 90 ° C. Although this method allows uniform deposition of coatings irrespective of the geometry of the metal-plated object, it is energy-intensive and easily sensitive to the presence of metallic impurities. Another disadvantage of the process is the relatively low elimination rate. Therefore, more and more attention is paid to the electrolytic deposition of the alloy coating. The coatings thus eliminated have a low phosphorus content in the alloy, 1 to 3% by weight, and a high internal stress. Electrolytes containing, in addition to nickel salts and phosphorous acid, also organic carbon acids, such as citric acid, are most commonly used. In some cases, sulfosalicylic acid is also reported. This acid makes it possible to deposit coatings with a low phosphorus content. Sulfosalicylate-based electrolytes, containing phosphorus in the form of sodium phospharan, make it possible to deposit coatings with a high phosphorus content and low internal stresses. Although these electrolytes are quite stable, they have the disadvantage of considerable toxicity and relatively difficult preparation, as well as difficult disposal of wastewater.

Tyto nevýhody odstraňuje elektrolyt pro katodické vylučování slitiny nikl-fosfor z vodného roztoku, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává z vodného roztoku nikelnaté soli o koncentraci 50 až 400 g na 1 000 g vody, z fosfornanu sodného, amonného nebo nikelnatáho v koncentraci 10 až 60 g na 1 000 g vody, hořečnaté soli v koncentraci 80 200 g na 1 000 g vody a halogenidů v koncentraci 1 až 50 g na 1 000 g vody. Nikelnatou solí může být síran, fluoroboritan, sulfamát nebo sulfosalicylan. Jako hořečnaté soli můře být použito síranu, sulfosalicylanu, sulfamátu nebo chromatropanu v koncentraci 80 až 200 g na 1 000 g vody, Z halogenidů je vhodný bromid draselný, bromid sodný, bromid nikelnatý, chlorid sodný, chlorid draselný nebo chlorid nikelnatý. Ionogenním smáčedlem je sulfojantaran sodný v koncentraci 0,01 a 1 g na 1 000 g vody.The electrolyte for cathodic deposition of the nickel-phosphorus alloy from the aqueous solution according to the invention, which consists of an aqueous solution of 50 to 400 g of nickel salt per 1000 g of water, of sodium, ammonium or nickel hypophosphite in concentration 10 to 60 g per 1000 g water, magnesium salt at a concentration of 80 200 g per 1000 g water, and halides at a concentration of 1 to 50 g per 1000 g water. The nickel salt may be sulfate, fluoroborate, sulfamate or sulfosalicylan. The magnesium salts used may be sulphate, sulphosalicylan, sulphamate or chromatropane in a concentration of 80 to 200g per 1000g of water. Among the halides, potassium bromide, sodium bromide, nickel bromide, sodium chloride, potassium chloride or nickel chloride are suitable. The ionic surfactant is sodium sulfosuccinate at a concentration of 0.01 and 1 g per 1000 g of water.

Výhody elektrolytu podle vynálezu spočívají hlavně v tom, že umožňuje vylučovat slitinové povlaky s vysokým obsahem fosforu ve slitině, do 12 % hmotnosti , s nízkým vnitřním pnutím a vysokou mikrotvrdosti. Nízké vnitřní pnutí napomáhá vylučovat tlusté povlaky n rozšiřuje tak oblast použití této slitiny. Elektrolyt'..má vysokou stabilitu a není toxický.The advantage of the electrolyte according to the invention is mainly that it makes it possible to deposit alloy coatings with a high phosphorus content in the alloy, up to 12% by weight, with low internal stress and high microhardness. The low internal stress helps to eliminate thick coatings and thus extends the field of application of this alloy. The electrolyte has high stability and is non-toxic.

Dále uvádíme z více možných použití pět konkrétních příkladů aplikace elektrolytu podle vynálezu pro katodické vylučování slitiny nikl-fosfor z vodného roztoku:The following are, from several possible uses, five specific examples of the application of the electrolyte of the invention for cathodic deposition of a nickel-phosphorus alloy from an aqueous solution:

Příklad 1. Složení elektrolytu: \Example 1. Electrolyte composition: \

000 g vody000 g of water

200 g síranu nikelnatáho 80 g sulfosalicylanu horečnatého 10 g bromidu draselného 20 g fosfornanu sodného pH 2,4 až 4,1200 g nickel sulfate 80 g magnesium sulfosalicylan 10 g potassium bromide 20 g sodium hypophosphite pH 2,4 to 4,1

Teplota elektrolytu 40 až 60 °C oElectrolyte temperature 40 to 60 ° C o

Katodová proudová hustota: 1 až 4 A/dm Katodový proudový výtěžek: 85 až 90 %Cathode current density: 1 to 4 A / dm Cathode current yield: 85 to 90%

Hmotnostní obsah fosforu ve slitině: 8 až 11 %Phosphorus content in alloy: 8 to 11%

Mikrotvrdost 750 až 800 VickerseMicrohardness 750 to 800 Vickers

Po tepelném zpracování se mikrotvrdost zvýší na 1 200 VickerseAfter heat treatment, the microhardness is increased to 1200 Vickers

CS 271 843 BlCS 271 843 Bl

Příklad 2. Složení elektrolytu:Example 2. Electrolyte composition:

OOO g vodyOOO g of water

300 g sulfamátu nikelnatého 5 g chloridu nikelnatého300 g nickel sulfamate 5 g nickel chloride

100 g síranu hořečnatého 30 g fosfornanu sodného pK 2,5 až 3,0100 g magnesium sulfate 30 g sodium hypophosphite pK 2.5 to 3.0

Teplota elektrolytu: 40 až 60 °C _F Katodová proudová hustota: 1 až 3 A/dmElectrolyte temperature: 40 to 60 ° C _F Cathode current density: 1 to 3 A / dm

Hmotnostní obsah fosforu v povlaku: 6 %Phosphorus content by weight in coating: 6%

Mikrotvrdost: 600 až 700 VickerseMicrohardness: 600 to 700 Vickers

- Po tepelném zpracování při teplotě 300 °C se zvýší na 850 až 900 Vickerse.- Increases to 850 to 900 Vickers after heat treatment at 300 ° C.

Příklad 3. Složení elektrolytu:Example 3. Electrolyte composition:

000 g vody000 g of water

200 g síranu nikelnatého200 g nickel sulphate

200 g hořečnaté soli kyseliny chromotropové 20 g bromidu nikelnatého 15 g fosfornanu sodného pH 2,6 až 3,10200 g of magnesium chromotropic salt 20 g of nickel bromide 15 g of sodium hypophosphite pH 2,6 to 3,10

Teplota elektrolytu: 40 až 50 °CElectrolyte temperature: 40 to 50 ° C

Katodová proudové hustota: 1 až 5 A/dm Katodový proudový výtěžek: 80 až 85 %Cathode current density: 1 to 5 A / dm Cathode current yield: 80 to 85%

Hmotnostní obsah fosforu ve slitině: 6 ^ci Mikrotvrdost: 750 až 800 VickerseWeight of phosphorus in alloy: 6 ^c i Microhardness: 750 to 800 Vickers

Po tepelném zpracování na 200 °C se mikrotvrdost zvýší na 1 000 až 1 100 Vickerse.After heat treatment to 200 ° C, the microhardness is increased to 1,000 to 1,100 Vickers.

Příklad 4. Složení elektrolytu:Example 4. Electrolyte composition:

000 g vody000 g of water

300 g sulfamátu nikelnatého 150 g sulfamátu hořečnatého g bromidu draselného 15 g fosfornanu nikelnatého pH 2,9 až 3,8300 g nickel sulfamate 150 g magnesium sulfamate g potassium bromide 15 g nickel hypophosphite pH 2.9 to 3.8

Teplota elektrolytu: 40 až 50 °C * 2Electrolyte temperature: 40 to 50 ° C * 2

Katodová proudová hustota: 1 až 5 A/dm Katodový proudový výtěžek: 78 až 85 % „ Hmotnostní obsah fosforu ve slitině: 4 až 8 %Cathode current density: 1 to 5 A / dm Cathode current yield: 78 to 85% "Phosphorus content in alloy: 4 to 8%

Mikrotvrdost: 650 až 750 VickerseMicrohardness: 650 to 750 Vickers

Fo tepelném zpracování na 300 °C se mikrotvrdost zvýší na 900 Vickerse.After heat treatment to 300 ° C the microhardness is increased to 900 Vickers.

Příklad 5. Složení elektrolytu:Example 5. Electrolyte composition:

000 g vody000 g of water

180 g síranu nikelnatého180 g of nickel sulphate

120 g hořečnaté soli kyseliny chromotropové ' 10 g bromidu draselného g fosfornanu sodného120 g of chromotropic acid magnesium salt 10 g of potassium bromide g sodium hypophosphite

0,1 g sulfojantaranu sodného pH 2,8 až 3,20.1 g of sodium sulfosuccinate pH 2.8 to 3.2

Teplota elektrolytu: 60 až 70 °CElectrolyte temperature: 60 to 70 ° C

CS 271 843 BlCS 271 843 Bl

Hmotnostní obsah fosforu ve slitině: 9,5 %Phosphorus content in alloy: 9.5%

Mikrotvrdost: 780 až 850 VickerseMicrohardness: 780 to 850 Vickers

Po tepelném zpracování na 300 °C se mikrotvrdost zvýší na 1 000 a 1 100 Vi ckerse.After heat treatment to 300 ° C, the microhardness is increased to 1000 and 1100 V ckers.

Použitím elektrolytu podle vynálezu pro katodické vylučování slitiny nikl-fosfor z příslušného vodného roztoku je zvláště výhodné pro pokovování lopatek turbokompresoru, pro zvýšení životnosti obráběcích nástrojů a renovaci opotřebovaných rotačních dílů.The use of the electrolyte according to the invention for cathodic deposition of a nickel-phosphorus alloy from a respective aqueous solution is particularly advantageous for metallization of turbocompressor blades, for increasing tool life and for restoring worn rotating parts.

Claims

An electrolyte for cathodic deposition of a nickel-phosphorus alloy from an aqueous solution, characterized in that it consists of an aqueous solution of nickel salt having a concentration of 50 to 400 g per

1000 g of water, from sodium, ammonium or nickel hypophosphite at a concentration of 10 to 60 g per 1 000 g of water, magnesium salt at a concentration of 80 to 200 g per 1 000 g of water and halides at a concentration of 1 to 50 g per 1 000 g of water .

2. The electrolyte of claim 1, wherein the nickel salt is sulfate, fluoroborate, sulfamate, or sulfosalicylan.

3. The electrolyte of claim 1, wherein the magnesium salt is sulfate, sulfosalicylan, sulfamate or chromotropane.

4. The electrolyte of claim 1, wherein the halides are potassium bromide, sodium bromide, nickel bromide, sodium chloride, potassium chloride or nickel chloride.

5. The electrolyte of claims 1 to 4 comprising an ionic surfactant, such as sodium sulfosuccinate, at a concentration of 0.01 and 1 g per 1000 g of water.