RU2183697C1

RU2183697C1 - Method for obtaining electrodeposited metals with enhanced strength and plastic properties

Info

Publication number: RU2183697C1
Application number: RU2000126679/02A
Authority: RU
Inventors: И.М. Ковенский; С.В. Скифский; В.И. Плеханов
Original assignee: Тюменский государственный нефтегазовый университет
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-06-20

Abstract

FIELD: metal treatment processes, possibly in electroplating and electroforming for enhancing properties of electrodeposited metals. SUBSTANCE: method comprises steps of forming deposit with cellular structure by electrocrystallization at electric current density consisting 0.75-0.95 of limit value; performing subsequent heat treatment for (1.5-2) hours at temperature consisting 0.13-0.14 of melting temperature of deposited metal. EFFECT: enhanced physico-mechanical characteristics of materials due to its improved strength and plastic properties. 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам обработки деталей и может использоваться в гальваностегии и гальванопластике для улучшения свойств электроосажденных металлов. The invention relates to methods for processing parts and can be used in electroplating and electroplating to improve the properties of electrodeposited metals.

Известно [1] , что свойства электролитических металлов определяются структурой осадка, которая зависит от условий их осаждения. Изменение свойств возможно также проведением последующей термообработки, служащей, как правило, для релаксации осадков и их дегазации [2], но вызывающей снижение прочностных характеристик. Такую термообработку (отжиг) проводят при температурах: железо - 150-200^oС, никель - 200-250^oС, медь - 160-250^oС и т.д. в течение 1-3 часов.It is known [1] that the properties of electrolytic metals are determined by the structure of the precipitate, which depends on the conditions of their deposition. Changing the properties is also possible by subsequent heat treatment, which serves, as a rule, for the relaxation of sediments and their degassing [2], but which causes a decrease in strength characteristics. Such heat treatment (annealing) is carried out at temperatures: iron - 150-200 ^o C, nickel - 200-250 ^o C, copper - 160-250 ^o C, etc. within 1-3 hours.

Наиболее близким к заявляемому является способ термической обработки деталей с гальваническими никелевыми покрытиями, включающий многоступенчатый нагрев деталей до заданной температуры с изотермической выдержкой на каждой ступени [3]. Closest to the claimed is a method of heat treatment of parts with galvanic nickel coatings, including multi-stage heating of parts to a predetermined temperature with isothermal exposure at each stage [3].

Однако известный способ не предусматривает целенаправленное формирование электролизом структуры осадков, которая была бы восприимчива к последующим термическим воздействиям, обеспечивающим повышение не только пластических, но и прочностных свойств. However, the known method does not provide for the targeted formation by electrolysis of a precipitate structure that would be susceptible to subsequent thermal influences, providing an increase not only in plastic but also in strength properties.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение физико-механических характеристик материалов. The problem to which the invention is directed is to improve the physico-mechanical characteristics of materials.

Поставленную задачу можно решить за счет достижения технического результата, который заключается в одновременном повышении прочностных и пластичных свойств электроосажденных металлов. The problem can be solved by achieving a technical result, which is to simultaneously increase the strength and ductility of electrodeposited metals.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения электроосажденных металлов, включающем электрокристаллизацию и последующую термическую обработку, особенностью является то, что электролиз осуществляют при плотностях тока 0,75-0,95 предельного значения (i_np), формируя осадок с ячеистой структурой, последующую обработку которого проводят при температуре 0,13-0,14 его температуры плавления ^oC, в течение 1,5-2,0 ч.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method for producing electrodeposited metals, including electrocrystallization and subsequent heat treatment, the feature is that electrolysis is carried out at current densities of 0.75-0.95 of the limiting value (i _np ), forming a precipitate with a cellular structure the subsequent processing of which is carried out at a temperature of 0.13-0.14 of its melting point ^o C, for 1.5-2.0 hours

Установлено [4] , что электролиз при низких плотностях тока (менее 0,75 i_np) обеспечивает получение осадков со столбчатой структурой, имеющей выраженные субзеренные границы. Такая структура практически не претерпевает изменений при низкотемпературной термообработке, хотя частичная релаксация внутренних напряжений и удаление водорода повышает пластичность и несколько снижает прочностные характеристики. С другой стороны, электрокристаллизация покрытий на плотностях тока, больших 0,95 i_np приводит к получению порошкообразных осадков, ограниченно пригодных к использованию в качестве компактных слоев. Наконец, электроосажденные металлы, полученные при (0,75-0,95) i_np, имеют ячеистую структуру. Границы между ячейками, состоящими из объемов относительно свободных от дислокаций, представлены сплетениями дислокаций высокой плотности. Эти границы настолько широкие и размытые, что оказываются соизмеримыми с размерами ячеек. Ячеистая структура формируется при следующих плотностях тока, А/дм²: для никеля - 0,95-1,15; железа - 4,1-5,15; меди - 0,9-1,1; серебра - 0,85-1,0 и т.д. Эти значения входят в интервал (0,75-0,95)i_np.It was established [4] that electrolysis at low current densities (less than 0.75 i _np ) provides precipitation with a columnar structure having pronounced subgrain boundaries. Such a structure practically does not undergo changes during low-temperature heat treatment, although partial relaxation of internal stresses and hydrogen removal increases ductility and somewhat reduces strength characteristics. On the other hand, electrocrystallization of coatings at current densities greater than 0.95 i _np leads to the formation of powdery precipitates, which are limitedly suitable for use as compact layers. Finally, electrodeposited metals obtained at (0.75-0.95) i _np have a cellular structure. The boundaries between cells, consisting of volumes relatively free of dislocations, are represented by plexes of high density dislocations. These borders are so wide and blurry that they are commensurate with the size of the cells. The cellular structure is formed at the following current densities, A / dm ² : for nickel - 0.95-1.15; iron - 4.1-5.15; copper - 0.9-1.1; silver - 0.85-1.0, etc. These values are in the range (0.75-0.95) i _np .

Поддерживание катодной плотности тока в заявляемых пределах с последующей термообработкой в способе получения электроосажденных металлов позволяют достичь улучшения физико-механических характеристик материалов за счет одновременного повышения и прочностных и пластичных свойств. Maintaining the cathodic current density within the claimed limits, followed by heat treatment in the method of producing electrodeposited metals, can achieve improved physical and mechanical characteristics of materials due to a simultaneous increase in both strength and ductile properties.

Совокупность существенных признаков, характеризующих изобретение, может быть многократно использована при реализации предлагаемого способа получения электроосажденных металлов с получением указанного технического результата. The set of essential features characterizing the invention can be reused when implementing the proposed method for producing electrodeposited metals to obtain the specified technical result.

Способ получения электроосажденных металлов с повышенными прочностными и пластическими свойствами осуществляют формированием осадка на традиционно подготовленную поверхность изделия, поддерживая катодную плотность тока в указанных пределах, а затем проводят заключительную термообработку (отжиг) в температурно-временных условиях данного способа. The method of producing electrodeposited metals with increased strength and plastic properties is carried out by forming a precipitate on a traditionally prepared surface of the product, maintaining the cathode current density in the specified range, and then conduct the final heat treatment (annealing) in the temperature-time conditions of this method.

Примеры реализации способа. Examples of the method.

Металлы (никель, железо, медь) осаждали из промышленных электролитов при стационарных режимах электролиза на поверхность полированных пластин из нержавеющей стали. Никелевые осадки получали из сернокислого электролита с добавлением сахарина и 1,4-бутиндиола, t^o=40^oС, рН 2; железные - из сульфатного электролита, t^o=60^oС, рН 2,5; медные - из этилендиаминового электролита, t^o=25^oС, pH 8,0. В качестве анодов при осаждении железа использовали армко-железо, в остальных случаях - платину. Отжиг осадков производили в вакууме 10^-5 мм рт. ст. с фиксированием температурно-временных параметров. Тонкую структуру образцов контролировали в просвечивающем режиме на электронном микроскопе ЭВМ-100Л при ускоряющем напряжении 100кВ. Фольги для электронной микроскопии получали двухсторонней полировкой. Механические и микромеханические испытания проводили по стандартным методикам.Metals (nickel, iron, copper) were deposited from industrial electrolytes under stationary electrolysis conditions on the surface of polished stainless steel plates. Nickel precipitates were obtained from sulfate electrolyte with the addition of saccharin and 1,4-butynediol, t ^o = 40 ^o C, pH 2; iron - from sulfate electrolyte, t ^o = 60 ^o C, pH 2.5; copper - from ethylene diamine electrolyte, t ^o = 25 ^o C, pH 8.0. Armo-iron was used as anodes for iron deposition, in other cases, platinum. Precipitation was annealed in a vacuum of 10 ^–5 mm Hg. Art. with fixing the temperature-time parameters. The fine structure of the samples was monitored in transmission mode using an EVM-100L electron microscope at an accelerating voltage of 100 kV. Foils for electron microscopy were obtained by double-sided polishing. Mechanical and micromechanical tests were carried out according to standard methods.

Пример 1. Example 1

Никелевый осадок, полученный при катодной плотности тока 1 А/дм², подвергали, в соответствии с известным способом (прототип), отжигу по следующей схеме: 150^oС, 3 ч; 200^oС, 1 ч; 290^oС, 1 ч; 360^oС, 1 ч; 430^oС, 1 ч. Механические свойства:
после электроосаждения HV 5 ГПа, δ, %=7;
после отжига HV 2,9 ГПа, δ, %=24.The Nickel precipitate obtained at a cathodic current density of 1 A / DM ² was subjected, in accordance with the known method (prototype), annealing according to the following scheme: 150 ^o C, 3 h; 200 ^o C, 1 h; 290 ^o C, 1 h; 360 ^o C, 1 h; 430 ^o C, 1 h. Mechanical properties:
after electrodeposition HV 5 GPa, δ,% = 7;
after annealing, HV 2.9 GPa, δ,% = 24.

Примеры 2-19. Никелевые, железные и медные осадки получали при различных плотностях тока. Механические характеристики осадков измеряли после электролиза и после отжига. Условия обработки и результаты измерений приведены в таблице. Examples 2-19. Nickel, iron and copper deposits were obtained at various current densities. The mechanical characteristics of precipitation were measured after electrolysis and after annealing. Processing conditions and measurement results are shown in the table.

Примеры реализации предлагаемого способа получения электроосажденных металлов с повышенными прочностными и пластическими свойствами показывают его преимущества в сравнении с известными. Examples of the implementation of the proposed method for producing electrodeposited metals with increased strength and plastic properties show its advantages in comparison with the known ones.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано при изготовлении изделий методом гальванопластики и нанесении гальванических покрытий на деталях широкой номенклатуры. The proposed technical solution can be used in the manufacture of products by the method of electroforming and plating on parts of a wide range.

Источники информации
1. Лайнер В. И. Современная гальванотехника. М.: Металлургия, 1967, с. 15-17.Sources of information
1. Liner V. I. Modern electroplating. M .: Metallurgy, 1967, p. 15-17.

2. Садаков Г.А. Гальванопластика. - М.: Машиностроение, 1987, 288 с. 2. Sadakov G.A. Electrotype. - M.: Mechanical Engineering, 1987, 288 p.

3. А.с. 1474182 СССР, МПК 4 С 25 D 5/50, опубл. 1989 (прототип). 3. A.S. 1474182 USSR, IPC 4 C 25 D 5/50, publ. 1989 (prototype).

4. Ковенский И. М., Поветкин В.В., Матвеев Н.И. Об изменении структуры электроосажденных металлов при отжиге // Известия АН СССР. Металлы. - 1989. 2, с. 97-103. 4. Kovensky I. M., Povetkin VV, Matveev N.I. On the change in the structure of electrodeposited metals during annealing // Bulletin of the USSR Academy of Sciences. Metals - 1989.2, p. 97-103.

Claims

A method of producing electrodeposited metals with increased strength and plastic properties, including electrocrystallization and subsequent heat treatment, characterized in that the precipitation with a cellular structure is formed by electrocrystallization at current densities of 0.75-0.95 of the limiting value, and the subsequent heat treatment is carried out for 1.5 -2.0 hours at a temperature of 0.13-0.14 melting points, ^o C, metal precipitate.