PL239005B1

PL239005B1 - Kąpiel do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Ni-P oraz sposób otrzymywania powłok stopowych Ni-P na trudno spajalnych podłożach przewodzących

Info

Publication number: PL239005B1
Application number: PL427186A
Authority: PL
Inventors: Ireneusz Ciepacz; Zbigniew Mirski; Tomasz Wojdat; Jacek Grzegorz Chęcmanowski; Łukasz Porażka
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2021-10-25
Also published as: PL427186A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest kąpiel do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Ni-P, stanowiąca wodny kwaśny roztwór siarczanu niklu II, kwasu NMTF i kwasu cytrynowego charakteryzuje się tym, że zawiera sól niklu w postaci siarczanu w przeliczeniu na metal 15 ÷ 18 g/dm3, fosfor w postaci kwasu NTMF o wzorze 1 w ilości 100 g/dm3 i kwasu cytrynowego w ilości 10 g/dm3. Przedmiotem zgłoszenia jest również sposób otrzymywania powłoki stopowej Ni-P na podłożach trudno spajalnych, polegający na jej galwanicznym osadzaniu z kąpieli stanowiących wodny roztwór soli niklu, kwasu NTMF i kwasu cytrynowego charakteryzujący się tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się z kąpieli stanowiącej sól niklu w postaci siarczanu niklu II w przeliczeniu na metal 65 ÷ 85 g/dm3, fosfor w postaci kwasu NTMF (N-tris-metylenofosfonowego) o wzorze 1, w ilości 80 ÷ 100 g/dm3 oraz kwas cytrynowy w ilości 1% wag. odpowiednią mieszaninę tych preparatów dla pH zawartego w granicach 1,5 - 7,5; przy gęstości prądu w zakresie 1,0 ÷ 5,5 A/dm2 przez okres minimum 5 minut.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kąpiel do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Ni-P oraz sposób otrzymywania powłoki stopowej Ni-P na trudno spajalnych podłożach przewodzących, a w szczególności na podłożach z tytanu i jego stopów, stopów aluminium i magnezu oraz materiałach kom pozytowych na bazie grafitu.

Stop Ni-P, otrzymywany sposobem według wynalazku, ma zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu. Może być zastosowany w galwanotechnice, jako powłoka techniczna niklowo-fosforowa o bardzo dobrych właściwościach antykorozyjnych i dużej odporności na ścieranie oraz w procesach budowy maszyn jako warstwa pośrednia w procesach lutowania miękkiego i twardego materiałów trudno spajalnych, takich jak: kompozyty grafitowe, stopy aluminium, tytanu i magnezu.

Dotychczas w literaturze opisane są kąpiele i sposoby chemicznego oraz elektrochemicznego osadzania powłok ze stopu nikiel-fosfor. Chemiczne niklowanie można przeprowadzać zarówno w kąpielach kwaśnych jak i alkalicznych z tym, że przemysłowe zastosowanie mają tylko kąpiele kwaśne. Kąpiele alkaliczne wykorzystywane są w niskotemperaturowych procesach metalizacji tworzyw sztucznych. Proces niklowania chemicznego jest procesem katalitycznym polegającym na redukcji niklu wodorem in statu nascendi. W procesach chemicznego niklowania otrzymuje się powłoki niklowe z różną zawartością fosforu. W procesie niklowania niskofosforowego otrzymuje się powłoki o zawartości 2-5% fosforu. Przy średniofosforowym niklowaniu zawartość fosforu wynosi od 5 do 9%, a przy niklowaniu wysokofosforowym wartość ta wynosi od 9 do 15% fosforu. Im większa zawartość fosforu tym lepsze własności mechaniczne i antykorozyjne powłoki.

Otrzymywanie powłok stopowych Ni-P w procesie niklowania chemicznego jest szeroko opisane w literaturze branżowej. W opisie wynalazku PL 46726, opublikowanym 25 marca 1963 r., przedstawiono sposób nakładania powłoki Ni-P z kąpieli o składzie: NiSO4 x 7H2O - 28 g/dm³, NaH2PO2 x H2O - 25 g/dm³ i NaCOOH - 8 g/dm³. Proces należy rozpocząć w temperaturze 80°C poprzez zanurzenie detali, a następnie podwyższyć temperaturę do 90 ^ 92°C i prowadzić go w tej temperaturze przez 80 minut.

Opatentowany przez firmę Sur-Tec GmbH skład kąpieli do niklowania chemicznego tworzyw sztucznych podaje następujące ilości składników: NiSO4 7H2O - 19 g/dm³, NaH2PO2 H2O - 30 g/dm³i NaCOOH - 5 g/dm³. Proces prowadzony jest w temperaturze 29°C przy wartości pH równej 8,8 w czasie od 6 do 10 minut.

W 2008 roku pojawiły się pierwsze doniesienia dotyczące nakładania powłoki stopowej Ni-P w procesie elektrochemicznym. W 2010 roku dwie firmy niezależnie od siebie opatentowały składy kąpieli galwanicznych do nakładania powłoki Ni-P w procesie elektrochemicznym. Firma Galvanofinish s.r.l. (Włochy) opatentowała kąpiel o składzie: NiSO4 7H2O - 390 g/dm³, H3PO4 - 75 g/dm³, Na4P2O? - 50 g/dm³, H2SO4 -10 g/dm³ i kwas cytrynowy 30 g/dm³. Temperatura prowadzenia procesu 55 ^ 65°C, pH 2,5 ^ 2,7; gęstość katodowa prądu 1 ^ 5 A/dm². Otrzymano powłokę Ni-P o zawartości 12% fosforu (Pat. Nr MI2010A001417).

Firma Umicore GmbH też w 2010 r., opatentowała kąpiel o składzie: NiSO4 7H2O - 310 g/dm³, H3PO4 - 75 g/dm³, Na4P2O7 - 80 g/dm³, H2SO4 - 5 g/dm³ i kwas cytrynowy 40 g/dm³. Temperatura prowadzenia procesu 55 ^ 65°C, pH 2,6 ^ 2,8; gęstość katodowa prądu 1 ^ 4 A/dm². Otrzymano powłokę Ni-P o zawartości 13% fosforu.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest kąpiel do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Ni-P, stanowiąca wodny kwaśny roztwór siarczanu niklu II, kwasu NMTF i kwasu cytrynowego znamienna tym, że zawiera sól niklu w postaci siarczanu w przeliczeniu na metal 15 + 18 g/dm³, fosfor w postaci kwasu NTMF o wzorze 1 w ilości 100 g/dm³ i kwasu cytrynowego w ilości 10 g/dm³.

Korzystnie kąpiel zawiera NiSO4, kwas NTMF o wzorze 1 i kwas cytrynowy w ilościach wyznaczonych doświadczalnie, opisanych w istocie sposobu otrzymywania powłoki.

Istota sposobu otrzymywania powłoki stopowej Ni-P na trudno spajalnych podłożach przewodzących według wynalazku polega na przeprowadzeniu kąpieli do galwanicznego osadzania powłoki ze stopu Ni-P, która zawiera sól niklu w postaci siarczanu niklu II w przeliczeniu na metal 65 ^ 85 g/dm³, fosfor w postaci kwasu NTMF (N-tris-metylenofosfonowego) o wzorze 1, w ilości 80 ^ 100 g/dm³ oraz kwas cytrynowy w ilości 1% wag., przy czym pH roztworu zawarte jest w granicach 1,5 + 7,5, a temperatura procesu wynosi w zakresie 35 + 55°C. Elektrolizę należy prowadzić przy gęstości prądu zawartej w przedziale 1,0 ^ 5,5 A/dm², przez okres czasu 15 + 25 minut. Jako anodę stosuje się nikiel katodowy.

PL 239 005 B1

Proces elektrolizy umożliwia utworzenie powłoki stopowej Ni-P na podłożach m. in. z tytanu i jego stopów, stopów aluminium i magnezu oraz kompozytów na bazie grafitu.

Korzystnie, jest przeprowadzić elektrolizę przy pH kąpieli galwanicznej wynoszącym w granicach 1,5 ^ 3,5.

Korzystnie, gdy elektrolizę przeprowadza się w temperaturze wynoszącej w zakresie 35 ^ 55°C.

Korzystnie, jest przeprowadzić elektrolizę przy gęstości prądu zawartej w przedziale 1,0 ^ 3,0 A/dm².

Korzystnie, jest przeprowadzić proces elektrolizy z kąpieli stopowej Ni-P przez okres czasu wynoszący 10 ^ 25 minut.

Korzystnie, gdy powlekana powierzchnia przed procesem elektrolizy zostanie poddana obróbce przy użyciu plazmy niskotemperaturowej.

Po sporządzeniu kąpieli stopowej Ni-P według opisanej powyżej receptury należy przeprowadzić proces elektrolizy, w którym możliwe jest otrzymywanie powłoki na różnych materiałach przewodzących, szczególnie na podłożach ze stopów aluminium, magnezu i tytanu oraz materiałach kompozytowych, np. na bazie grafitu z miedzią. Przed procesem elektrolizy należy odpowiednio przygotować powierzchnię powlekanych materiałów poprzez obróbkę mechaniczną np. szlifowanie oraz odtłuszczanie. Zalecane jest również zastosowanie dodatkowej obróbki przy użyciu plazmy niskotemperaturowej w celu zwiększenia przyczepności powłoki do podłoża. Proces elektrolizy należy prowadzić w temperaturze wynoszącej w zakresie 35 + 55°C, przy odpowiednim pH kąpieli wynoszącym w przedziale 1,5 ^ 3,5 i gęstości prądu wynoszącej 1,0 ^ 3,0 A/dm² w zależności od rodzaju podłoża, na które nakładana jest powłoka. W zależności od przeznaczenia powłoki, możliwe jest otrzymanie powłok o różnej grubości, co uzależnione jest od czasu w jakim prowadzony jest proces elektrolizy.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest w przykładzie realizacji i na rysunku, na którym pokazano wzór fosforu w postaci kwasu NTFM.

P r z y k ł a d 1

Proces otrzymywania powłoki stopowej nikiel-fosfor na powierzchni materiałów przewodzących polega na tym, że sporządza się kąpiel przez zmieszanie NiSO4 7H2O niklu II w przeliczeniu na metal 65 + 85 g/dm³, fosfor w postaci kwasu NTMF (N-tris-metylenofosfonowego) w ilości 80 ^ 100 g/dm³ oraz kwas cytrynowy w ilości 1% wag. Po odpowiednim przygotowaniu powierzchni powlekanych materiałów, polegającym na mechanicznym lub chemicznym oczyszczeniu z tlenków i odtłuszczeniu, przeprowadza się proces elektrolizy. Elektrolizę należy prowadzić przy gęstości prądu zawartej w przedziale 1,0 + 2,5 A/dm², przez okres czasu 15 + 25 minut, przy czym pH roztworu zawarte jest w granicach 1,5 + 2,5, a temperatura procesu wynosi w przedziale 45 + 55°C. Jako anodę stosuje się nikiel katodowy. Umożliwia to otrzymanie powłoki stopowej Ni-P o zawartości 14% P na kompozycie na bazie grafitu z miedzią.

P r z y k ł a d 2

Proces otrzymywania powłoki stopowej nikiel-fosfor na powierzchni materiałów przewodzących, przebiega jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że elektrolizę prowadzi się przy gęstości prądu zawartej w przedziale 2,5 + 3,0 A/dm², przez okres czasu 15 + 25 minut, przy czym pH roztworu zawarte jest w granicach 1,5 + 2,5; a temperatura procesu wynosi w przedziale 45 + 55°C. Jako anodę stosuje się nikiel katodowy. Umożliwia to otrzymanie powłoki stopowej Ni-P o zawartości 14% P na tytanie.

P r z y k ł a d 3

Proces otrzymywania powłoki stopowej nikiel-fosfor na powierzchni materiałów przewodzących, przebiega jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że elektrolizę prowadzi się przy gęstości prądu zawartej w przedziale 2,5 + 3,5 A/dm², przez okres czasu 10 + 20 minut, przy czym pH roztworu zawarte jest w granicach 1,5 + 3,0; a temperatura procesu wynosi w przedziale 45 + 55°C. Jako anodę stosuje się nikiel katodowy. Umożliwia to otrzymanie powłoki stopowej Ni-P o zawartości 14% P na stopie aluminium 7075.

P r z y k ł a d 4

Proces otrzymywania powłoki stopowej nikiel-fosfor na powierzchni materiałów przewodzących, przebiega jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że elektrolizę prowadzi się przy gęstości prądu zawartej w przedziale 1,0 + 2,0 A/dm², przez okres czasu 5 + 10 minut, przy czym pH roztworu zawarte jest

PL 239 005 B1 w granicach 6,5 + 7,5; a temperatura procesu wynosi w przedziale 35 + 45°C. Detale zanurzane w elektrolicie przy włączonym przepływie prądu. Jako anodę stosuje się nikiel katodowy. Umożliwia to otrzymanie powłoki stopowej Ni-P o zawartości 14% P na stopie magnezu AZ31B.

P r z y k ł a d 5

Proces otrzymywania powłoki stopowej nikiel-fosfor na powierzchni materiałów przewodzących, przebiega jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że powierzchnię powlekanych materiałów poddaje się dodatkowej obróbce przy użyciu plazmy niskotemperaturowej. Umożliwia to otrzymywanie powłok o lepszej przyczepności do podłoża.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kąpiel do galwanicznego osadzania powłoki stopowej Ni-P, stanowiąca wodny kwaśny roztwór siarczanu niklu II, kwasu NMTF i kwasu cytrynowego, znamienna tym, że zawiera sól niklu w postaci siarczanu w przeliczeniu na metal 15 + 18 g/dm³, fosfor w postaci kwasu NTMF o wzorze 1 w ilości 100 g/dm³ i kwasu cytrynowego w ilości 10 g/dm³.
2. Kąpiel według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera NiSO4, kwas NTMF o wzorze 1 i kwas cytrynowy w ilościach wyznaczonych doświadczalnie, opisanych w istocie sposobu otrzymywania powłoki.
3. Sposób otrzymywania powłoki stopowej Ni-P na podłożach trudno spajalnych materiałów polegający na jej galwanicznym osadzaniu z kąpieli stanowiących wodny roztwór soli niklu, kwasu NTMF i kwasu cytrynowego, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się z kąpieli stanowiącej sól niklu w postaci siarczanu niklu II w przeliczeniu na metal 65 + 85 g/dm³, fosfor w postaci kwasu NTMF (N-tris-metylenofosfonowego) o wzorze 1, w ilości 80 + 100 g/dm³ oraz kwas cytrynowy w ilości 1% wag. odpowiednią mieszaninę tych preparatów przy gęstości prądu w zakresie 1,0 + 5,5 A/dm² przez okres minimum 5 minut.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się w zakresie temperatury 35 + 55°C.
5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się w zakresie pH, wynoszącym 1,5 + 7,5.
6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że osadzanie galwaniczne prowadzi się na podłożach kompozytowych na bazie grafitu, tytanie i jego stopach oraz stopach aluminium i magnezu.