PL214615B1 - Nanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozję - Google Patents
Nanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozjęInfo
- Publication number
- PL214615B1 PL214615B1 PL390003A PL39000309A PL214615B1 PL 214615 B1 PL214615 B1 PL 214615B1 PL 390003 A PL390003 A PL 390003A PL 39000309 A PL39000309 A PL 39000309A PL 214615 B1 PL214615 B1 PL 214615B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- coating
- nickel
- particles
- corrosion
- size
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 63
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 49
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 20
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims description 17
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 56
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims 1
- 229910002650 Ni-SiC Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- -1 tungsten carbides Chemical class 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018098 Ni-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical class [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018529 Ni—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002180 anti-stress Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Description
(21) Numer zgłoszenia: 390003 (51) Int.Cl.
C25D 3/12 (2006.01) C25D 15/00 (2006.01)
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 22.12.2009 (54) Nanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozję
| (73) Uprawniony z patentu: | |
| INSTYTUT MECHANIKI PRECYZYJNEJ, | |
| (43) Zgłoszenie ogłoszono: | Warszawa, PL |
| 04.07.2011 BUP 14/11 | (72) Twórca(y) wynalazku: |
| BENIGNA SZEPTYCKA, Warszawa, PL | |
| (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: | |
| 30.08.2013 WUP 08/13 | (74) Pełnomocnik: |
| rzecz. pat. Lech Foremski |
PL 214 615 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest nanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozję przeznaczona na powierzchnie wyrobów metalowych i niemetalowych.
Znane kąpiele do elektroosadzania kompozytowych powłok niklowych zawierają w roztworze wodnym sole niklu(II), sole przewodzące, związki buforujące, przeciwnaprężeniowe i zwilżające oraz cząstki ceramiczne takie jak węgliki krzemu, boru, wolframu, tlenki glinu, tytanu, krzemu, azotki boru.
Znana jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 5660704 metoda osadzania niehomogenicznych powłok kompozytowych Ni-SiC, w której podkreśla się, że dzięki mniejszej zawartości SiC w powłoce osadzanej na powierzchni detalu osiąga się lepszą adhezję a dzięki wzrostowi zawartości SiC w górnej warstwie podwyższa się właściwości tribologiczne.
Znana jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 5647967 metoda elektroosadzania powłok Ni-SiC o zawartości 2,5% wagowych SiC w powłoce z kąpieli niklowej zawierającej jony sodu w ilości 2 do 3,5 g na litr kąpieli i jony fosforu w ilości takiej, że w powłoce jego zawartość będzie pomiędzy 0,5 a 1% wagowo. Takie powłoki kompozytowe mają dobrą przyczepność, dużą mikrotwardość pomiędzy 554 a 724 HV0,1 i chropowatość Rz pomiędzy 7,5 a 50 μm.
Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 202435 chemicznie nakładana niklowa powłoka kompozytowa o właściwościach przeciwzużyciowych zawierająca jako osnowę pierwiastki niklu i fosforu z wbudowanymi w nią cząstkami tlenku glinu o rozmiarach od 2 nm do 4 nm, odznaczająca się dwukrotnie lepszymi właściwościami przeciwzużyciowymi w porównaniu ze znaną ww chemiczną powłoką bez tlenku glinu.
Znane są też, na przykład z opisu patentowego JP2040059A, JP52088549A czy opisu patentowego DE 3545826 A1 powłoki zawierające w osnowie niklowej rozproszone cząstki super twarde takie jak węgliki metali, węgliki boru lub krzemu, czy też azotki krzemu, boru lub glinu, przy czym ich zawartość w powłoce wynosi powyżej 3% a nawet do 35%. Rozmiary cząstek super twardych w tych powłokach wynoszą co najmniej 2 μm i więcej nawet do 20 μm. Sama zawartość tych cząstek super twardych w osnowie niklowej wpływa na wzrost ich odporności na zużycie ścierne ale nie ma istotnego wpływu na wzrost odporności powłoki na korozję.
Celem wynalazku było opracowanie galwanicznej powłoki kompozytowej o istotnie większej odporności na zużycie ścierne oraz na korozję niż znane niklowe powłoki kompozytowe i ekonomicznej bo nie wymagającej dalszego ulepszania poprzez wygrzewanie lub osadzanie następnych warstw.
Istota powłoki według wynalazku zawierającej w osnowie niklowej takie cząstki super twarde jak węgliki, azotki lub tlenki wolframu i/lub molibdenu, i/lub boru, i/lub glinu, i/lub tytanu i/lub krzemu, i/lub cyrkonu, i/lub pierwiastki z grupy chromowców korzystnie molibden, i/lub wolfram, i/lub takie pierwiastki jak bor, i/lub krzem, i/lub super twarde cząstki szklane o rozmiarach od 20 nm do 50 μm, polega na tym, że zawartość wymienionych cząstek super twardych w powłoce wynosi od 0,3 do 1,2%wag. a jako resztę powłoka zawiera osnowę niklową o rozmiarach krystalitów od 10 do 60 nm i udziale orientacji preferowanej P111 w powłoce w zakresie od 0,5 do 2,5.
Okazało się, że znaczny wzrost odporności na zużycie ścierne powłoki kompozytowej można uzyskać poprzez zmniejszenie rozmiarów krystalitów niklu w osnowie niklowej, dzięki czemu wzrasta mikrotwardość powłoki nawet do 8 GPa. Okazało się również, że powłoki kompozytowe mają największą odporność na korozję tylko w pewnym przedziale zawartości wbudowanych cząstek dyspersyjnych. Znaczące podwyższenie odporności powłoki na zużycie ścierne i korozję uzyskano dzięki zawartości wbudowanych super twardych cząstek dyspersyjnych i wytworzenie osnowy niklowej, która będzie miała rozmiary krystalitów oraz przy orientacji preferowanej P111 powłok w wyżej wymienionych zakresach.
Przedmiot wynalazku uwidoczniono bliżej w poniższych przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zależność wzrostu mikrotwardości HV powłok Ni-SiC i Ni-B od rozmiarów D krystalitów niklu, fig. 2 - zależność między odpornością P powłok Ni-SiC i Ni-B na korozję a zawartością Cp w tych powłokach cząstek dyspersyjnych a fig.3 - zależność między odpornością P na korozję powłoki Ni-SiC a rozmiarami D krystalitów osnowy niklowej i udziałem orientacji preferowanej P111 w osadzanej powłoce kompozytowej.
P r z y k ł a d I.
Powłokę kompozytową Ni-SiC odporną na zużycie ścierne i korozyjne wytworzono metodą elektrolityczną na podłożu ze stali 40H. Proces otrzymywania powłoki kompozytowej Ni-SiC polegał na wytworzeniu dyspersji cząstek węglika krzemu SiC o rozmiarach 1 μm i dodaniu jej do kąpieli niklowej
PL 214 615 B1 w ilości 10 g/l kąpieli. Po 0,5-godzinnym mieszaniu galwanicznie nałożono powłokę kompozytową na odtłuszczone i zdekapowane podłoże stalowe. Szybkość osadzania powłoki wynosiła 0,8 μm na minu2 tę przy gęstości prądu 4 A/dm2. Zawartość Cp wbudowanych cząstek SiC wynosiła 1,0% wagowych. Grubość osadzonej warstwy wynosiła 30 μm. Wytworzona powłoka Ni-SiC miała rozmiary D krystalitów niklu 17,6 nm, mikrotwardość HV - 7,1 GPa oraz preferowaną orientację P111 - 1,48. Zużycie wagowe tej powłoki w procesie tarcia ślizgowego ze smarowaniem wynosiło po 3 godzinach 0,00095 g, podczas gdy powłoka niklowa osadzona z roztworu kąpieli bez cząstek dyspersyjnych o rozmiarach krystalitów niklu 20,4 nm, mikrotwardości HV - 6,9 GPa i orientacji preferowanej P111 - 1,15 miała zużycie w tych samych warunkach 0,0045 g. Otrzymana powłoka kompozytowa według wynalazku miała więc prawie pięciokrotnie większą odporność na zużycie ścierne w porównaniu z powłoką niklową. Odporność korozyjna powłoki Ni-SiC w roztworze chlorku sodu o stężeniu 0,5 M była o 81% większa od odporności powłoki niklowej.
P r z y k ł a d II.
Wytwarzanie powłoki Ni-B przeprowadzono w podobny sposób jak powłoki Ni-SiC z tym, że do kąpieli dodano dyspersję cząsteczek boru o rozmiarach 0,34 μm w ilości 5 g/l kąpieli. Zawartość Cp wbudowanych cząstek boru wynosiła 0,5% wagowych. Grubość osadzonej powłoki wyniosła 30 μm. Wytworzona znanym sposobem powłoka miała rozmiary D krystalitów niklu 19,9 nm, mikrotwardość HV - 7,1 GPa i orientację preferowaną P111 - 1,42. W warunkach tarcia ślizgowego ze smarowaniem wytworzona powłoka Ni-B miała pięciokrotnie mniejsze zużycie w porównaniu z powłoką niklową. Odporność korozyjna powłoki Ni-B w roztworze chlorku sodu o stężeniu 0,5 M była o 80% większa od odporności powłoki niklowej.
Odporność powłoki na korozję P jako procentowe zmniejszenie szybkości korozji powłoki kompozytowej wyliczano z zależności:
P = Oęor^O-Ocor χθθ
Ocor.O gdzie:
rkor,0 z- szybkość korozji powłoki niklowej [mm/rok], rkor - szybkość korozji powłoki kompozytowej [mm/rok].
Wzrost mikrotwardości HV powłok Ni-SiC oraz Ni-B od rozmiarów D krystalitów niklu wyliczano z równania regresji nieliniowej:
a
HV= —
Fd
Odporność P powłoki na korozję wyliczano z równania regresji wielokrotnej:
P= aP111 + bD gdzie:
D - przeciętny rozmiar krystalitów niklu w powłoce kompozytowej, a, b - współczynniki regresji,
P111 - orientacja preferowana powłoki w kierunku 111.
Claims (1)
- Zastrzeżenie patentoweNanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozję zawierająca w osnowie niklowej jako składniki o dużej odporności na zużycie ścierne takie cząstki super twarde jak węgliki, azotki lub tlenki wolframu i/lub molibdenu, i/lub boru, i/lub glinu, i/lub tytanu i/lub krzemu, i/lub cyrkonu, i/lub pierwiastki z grupy chromowców korzystnie molibden, i/lub wolfram, i/lub takie pierwiastki jak bor, i/lub krzem, i/lub super twarde cząstki szklane o rozmiarach od 20 nm do 50 μm, znamienna tym, że zawartość wymienionych cząstek super twardych w powłoce wynosi od 0,3 do 1,2% wag. a jako resztę powłoka zawiera osnowę niklową o rozmiarach krystalitów od 10 do 60 nm i udziale orientacji preferowanej P111 w powłoce w zakresie od 0,5 do 2,5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL390003A PL214615B1 (pl) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Nanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozję |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL390003A PL214615B1 (pl) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Nanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozję |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL390003A1 PL390003A1 (pl) | 2011-07-04 |
| PL214615B1 true PL214615B1 (pl) | 2013-08-30 |
Family
ID=44357235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL390003A PL214615B1 (pl) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Nanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozję |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL214615B1 (pl) |
-
2009
- 2009-12-22 PL PL390003A patent/PL214615B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL390003A1 (pl) | 2011-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20240410073A1 (en) | Articles including surface coatings on external surfaces, internal surfaces or both | |
| Saini et al. | A review on mechanical behaviour of electrodeposited Ni-composite coatings | |
| CN102933398B (zh) | 刮刀 | |
| WO2012145750A2 (en) | Electroplated lubricant-hard-ductile nanocomposite coatings and their applications | |
| JP7502375B2 (ja) | 少なくとも１つの基板上にクロム層またはクロム合金層を堆積するための制御された方法 | |
| Torkamani et al. | Electrodeposition of Nickel matrix composite coatings via various Boride particles: A review | |
| US20110226144A1 (en) | Diamond-coated doctor blade | |
| US20080196625A1 (en) | Non-Galvanically Applied Nickel Alloy | |
| PL214615B1 (pl) | Nanostrukturalna powłoka kompozytowa odporna na zużycie ścierne i korozję | |
| CA2676438A1 (en) | Electrocomposite coatings for hard chrome replacement | |
| US9044927B2 (en) | Doctor blade | |
| HUP0102519A2 (hu) | Nikkel- és bórtartalmú bevonókészítmények | |
| US5494565A (en) | Method of producing workpieces of non-corrosion-resistant metals with wear-resistant coatings and articles | |
| US20260125817A1 (en) | Articles with decorative surface coatings | |
| US20260125816A1 (en) | Tools and fasteners including surface coatings | |
| US20260126255A1 (en) | Weapons and weapon components including surface coatings | |
| WO2024130229A1 (en) | Articles with decorative surface coatings | |
| JPS59123793A (ja) | 複合メツキ被膜 | |
| PL213917B1 (pl) | Hybrydowa, nanostrukturalna kompozytowa powłoka o małym współczynniku tarcia, odporna na zużycie ścierne i korozję | |
| WO2024130227A1 (en) | Tools and fasteners including surface coatings | |
| Shanmugam et al. | Pulse Reverse Electrodeposition of Ni-Nano SiC Coatings on AISI 1018 Mild Steel: A Study of Hardness, Wear and Corrosion Resistance | |
| PL241498B1 (pl) | Sposób otrzymywania nanokompozytowej powłoki na osnowie metalicznej | |
| WO2024130228A1 (en) | Weapons and weapon components including surface coatings | |
| JPH0649687A (ja) | 耐摩耗性表面被覆材 | |
| CN118019879A (zh) | 具有含有颗粒的磨损保护层的活塞环、制造方法和用途 |