RU2543584C2

RU2543584C2 - Water-based electrolyte for nickelising products from steel, aluminium, titanium, copper and their alloys

Info

Publication number: RU2543584C2
Application number: RU2013134110/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Красиков; Андрей Андреевич Ежов
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-03-10
Also published as: RU2013134110A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: water-based electrolyte contains, g/l: nickel sulphate 35.0-55.0; sodium acetate 25.0-30.0; acetic acid 4.5-5.0 ml/l; sodium laurylsulphate 0.1-1.0. Electrolyte application results in obtaining highly technological continuous nickel coatings on steel, aluminium, titanium, copper and their alloys with high adhesion, microhardness and corrosion resistance of coating without preliminary zincate - for aluminium and hydride - for titanium processing.

EFFECT: increased corrosion resistance, solderability and wear resistance of components and units of elements of control systems, combined constructions from titanium and aluminium.

3 tbl, 8 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к электрохимии, в частности к созданию электролита на водной основе для получения никелевых покрытий на стали, алюминии, титане, меди и их сплавах, и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении и судостроении с целью увеличения коррозионной стойкости и износостойкости деталей, узлов элементов систем управления, комбинированных конструкций в сочетании титан-алюминий, а также для пайки.The invention relates to electrochemistry, in particular to the creation of a water-based electrolyte for the production of nickel coatings on steel, aluminum, titanium, copper and their alloys, and can be used in the aviation industry, mechanical engineering and shipbuilding in order to increase the corrosion resistance and wear resistance of parts, assemblies elements of control systems, combined structures in combination titanium-aluminum, as well as for soldering.

Известны электролиты для никелирования изделий из алюминия и его сплавов (Ажогин Ф.Ф. Гальванотехника. Справочник. М., Металлургия, 1987. 736 с.), состоящие из, г/л:Known electrolytes for nickel plating of products from aluminum and its alloys (Azhogin F.F. Galvanotechnics. Handbook. M., Metallurgy, 1987. 736 S.), consisting of, g / l:

1) сульфат никеля1) nickel sulfate 140-200140-200 хлорид никеляnickel chloride 30-4030-40 борная кислотаboric acid 25-4025-40 сульфат натрияsodium sulfate 60-8060-80 2) сульфат никеля2) nickel sulfate 150-200150-200 натрия хлоридsodium chloride 10-1510-15 борная кислотаboric acid 25-3025-30 натрия сульфатsodium sulfate 40-5040-50 магния сульфатmagnesium sulfate 50-6050-60 3) сульфат никеля3) nickel sulfate 400400 борная кислотаboric acid 25-4025-40 фторид натрияsodium fluoride 2-32-3

Недостатком известных электролитов для никелирования изделий из алюминия и его сплавов является невозможность нанесения покрытия непосредственно на деталь без предварительной цинкатной обработки, сущность которой заключается в обработке изделия в растворе гидроксида натрия и оксида цинка для образования тонкой контактной пленки цинка на его поверхности, что является длительным и трудоемким процессом.A disadvantage of known electrolytes for nickel plating of products from aluminum and its alloys is the impossibility of coating directly on the part without preliminary zincate treatment, the essence of which is to process the product in a solution of sodium hydroxide and zinc oxide to form a thin contact film of zinc on its surface, which is long and labor-intensive process.

Известен также электролит для никелирования изделий из алюминия и его сплавов для антикоррозионной защиты, в котором не используется предварительная цинкатная обработка (патент РФ №2259429), состоящий из, г/л:Also known is an electrolyte for nickel plating of products from aluminum and its alloys for corrosion protection, which does not use preliminary zincate treatment (RF patent No. 2259429), consisting of, g / l:

никель сульфаминовокислыйnickel sulfamic acid 300-350300-350 кислота борнаяboric acid 25-3525-35 натрий фтористыйsodium fluoride 1,5-2,51.5-2.5 алкилсульфатыalkyl sulfates 0,05-1,00.05-1.0

Недостатком данного электролита является невозможность нанесения покрытия на изделия из стали, титана, меди и их сплавов.The disadvantage of this electrolyte is the inability to coat steel, titanium, copper and their alloys.

Известен электролит для никелирования изделий из титана и его сплавов (Левинзон A.M. Электролитическое осаждение металлов подгруппы железа. Л.: Машиностроение, 1983. 96 с.), состоящий из, г/л:Known electrolyte for nickel plating of products from titanium and its alloys (Levinson A.M. Electrolytic deposition of metals of the iron subgroup. L .: Mechanical engineering, 1983. 96 S.), consisting of, g / l:

никель сернокислый семиводныйnickel sulfate heptahydrate 20-2520-25 аминоуксусная кислота (гликокол)aminoacetic acid (glycol) 20-2520-25 фтористый калийpotassium fluoride 2,5-102,5-10

Недостатком данного электролита никелирования изделий из титана и его сплавов является невозможность нанесения покрытия непосредственно на деталь без предварительной гидридной обработки, которая является длительным и трудоемким процессом, сущность которой заключается в травлении титана в активном состоянии при интенсивном выделении водорода, который в атомарном состоянии диффундирует в титановую основу и насыщает ее до образования гидридов.The disadvantage of this nickel plating electrolyte of titanium products and its alloys is the impossibility of coating directly on the part without preliminary hydride treatment, which is a long and laborious process, the essence of which is the etching of titanium in the active state with the intense evolution of hydrogen, which diffuses into titanium in the atomic state base and saturates it to form hydrides.

Известен также электролит для никелирования изделий титана и его сплавов, в котором не используется предварительная гидридная обработка (патент РФ 2230138), состоящий из, г/л:Also known is an electrolyte for nickel plating of titanium products and its alloys, in which preliminary hydride treatment is not used (RF patent 2230138), consisting of, g / l:

никель сернокислыйnickel sulfate 10-3010-30 аммоний щавелевокислыйoxalic ammonium 40-9040-90 натрий фтористыйsodium fluoride 3-153-15 натрий уксуснокислыйsodium acetate 3-203-20 натрий бромистыйsodium bromide 1-21-2 водаwater до 1 лup to 1 l

Недостатком данного электролита является невозможность нанесения покрытия на изделия из стали, алюминия, меди и их сплавов.The disadvantage of this electrolyte is the inability to coat steel, aluminum, copper and their alloys.

Известен также электролит для никелирования изделий из сталей, меди и медных сплавов (патент РФ №2089675), взятый в качестве прототипа, состоящий из, г/л:Also known is an electrolyte for nickel plating of products from steels, copper and copper alloys (RF patent No. 2089675), taken as a prototype, consisting of, g / l:

никель сернокислыйnickel sulfate 250-300250-300 ацетат натрияsodium acetate 10-1510-15 уксусная кислотаacetic acid 25-4025-40 сахаринsaccharin 0,7-1,10.7-1.1 1,4-бутиндиол (35%-ный раствор)1,4-butynediol (35% solution) 0,3-0,7 мл/л0.3-0.7 ml / l

Недостатком данного электролита является невозможность нанесения покрытия на изделия из алюминия, титана и их сплавов, а также долгое (более суток) время приготовления.The disadvantage of this electrolyte is the impossibility of coating products from aluminum, titanium and their alloys, as well as a long (more than a day) cooking time.

Техническим результатом изобретения является создание универсального электролита для никелирования изделий из стали, алюминия, титана, меди и их сплавов для получения никелевого покрытия непосредственно на детали без предварительной цинкатной (для алюминия) и гидридной (для титана) обработок.The technical result of the invention is the creation of a universal electrolyte for nickel plating of steel, aluminum, titanium, copper and their alloys to obtain a nickel coating directly on the part without preliminary zincate (for aluminum) and hydride (for titanium) treatments.

Технический результат достигается тем, что электролит на водной основе для никелирования изделий из стали, алюминия, титана, меди и их сплавов, содержащий никель сернокислый, ацетат натрия и уксусную кислоту, согласно изобретению он дополнительно содержит натрий лаурилсульфат при следующем соотношении компонентов, г/л:The technical result is achieved in that a water-based electrolyte for nickel plating of steel, aluminum, titanium, copper and their alloys containing nickel sulfate, sodium acetate and acetic acid, according to the invention it additionally contains sodium lauryl sulfate in the following ratio of components, g / l :

никель сернокислыйnickel sulfate 35,0-55,035.0-55.0 ацетат натрияsodium acetate 25,0-30,025.0-30.0 уксусная кислотаacetic acid 4,5-5,0 мл/л4.5-5.0 ml / l натрий лаурилсульфатsodium lauryl sulfate 0,1-1,00.1-1.0

Ацетат натрия и уксусная кислота создают ацетатный буфер, что позволяет эффективно поддерживать pH электролита и предотвращать образование в процессе нанесения покрытия гидроксидов никеля даже при высоких плотностях тока. Кроме того, уксусная кислота играет роль активирующего агента и освобождает поверхность алюминиевых и титановых изделий от природных оксидных пленок в процессе осаждения. Благодаря этому, при следующем режиме обработки: плотность тока - 1,0-3,0 А/дм², температура - 60-70°C, никель осаждается непосредственно на ювенильную поверхность стали, алюминия, титана, меди или их сплавов, что способствует высокой адгезии покрытия без предварительной гидридной (для титана) или цинкатной (для алюминия) обработки.Sodium acetate and acetic acid create an acetate buffer, which allows you to effectively maintain the pH of the electrolyte and prevent the formation of nickel hydroxides during coating even at high current densities. In addition, acetic acid plays the role of an activating agent and frees the surface of aluminum and titanium products from natural oxide films during the deposition process. Due to this, in the following processing mode: current density - 1.0-3.0 A / dm ² , temperature - 60-70 ° C, nickel is deposited directly on the juvenile surface of steel, aluminum, titanium, copper or their alloys, which contributes to high adhesion of the coating without prior hydride (for titanium) or zincate (for aluminum) treatment.

Нижняя граница концентрации никеля сернокислого обусловлена тем, что при этом электролит работает без значительных диффузионных затруднений. При меньшей концентрации выход по току никеля неудовлетворителен, что приводит к высоким внутренним напряжениям в металле. Превышение верхней границы приводит к образованию крупнокристаллического покрытия, что способствует снижению микротвердости. Количество ацетата натрия определяется необходимостью добиться ювенильной поверхности при погружении металла в электролит. При содержании в электролите ацетата натрия менее 25,0 г/л невозможно достичь ювенильной поверхности на титане, содержание данного компонента свыше верхней границы приводит к нецелесообразному использованию ресурсов. Указанная концентрация уксусной кислоты в паре с ацетатом натрия служит для обеспечения стабильности pH и обеспечивает ювенильную поверхность металла. Натрий лаурилсульфат служит для смачиваемости поверхности образца. При содержании данного компонента менее 0,1 г/л снижается качество поверхности и образуется водородный питтинг, содержание более 1,0 г/л является необоснованным с экономической точки зрения.The lower limit of the concentration of nickel sulfate is due to the fact that the electrolyte works without significant diffusion difficulties. At a lower concentration, the current efficiency of nickel is unsatisfactory, which leads to high internal stresses in the metal. Exceeding the upper boundary leads to the formation of a coarse-grained coating, which helps to reduce microhardness. The amount of sodium acetate is determined by the need to achieve a juvenile surface when the metal is immersed in an electrolyte. When the content of sodium acetate in the electrolyte is less than 25.0 g / l, it is impossible to reach the juvenile surface on titanium, the content of this component above the upper boundary leads to inappropriate use of resources. The indicated concentration of acetic acid paired with sodium acetate serves to ensure pH stability and provides a juvenile metal surface. Sodium lauryl sulfate serves to wet the surface of the sample. When the content of this component is less than 0.1 g / l, the surface quality decreases and hydrogen pitting is formed, the content of more than 1.0 g / l is unreasonable from an economic point of view.

ПримерExample

Проведено нанесение никелевого покрытия на алюминиевую подложку по следующей технологии:Nickel coating was applied on an aluminum substrate using the following technology:

1. Подготовка поверхности образца:1. Sample surface preparation:

Титан ВТ1-0Titanium VT1-0 АлюминийAluminum МедьCopper СтальSteel Обезжиривание спиртомAlcohol degreasing ++ ++ ++ ++ Промывка в теплой проточной водеRinse in warm running water ++ ++ ++ ++ Травление в водном раствореAqueous solution pickling HF - 20 г/л, HNO₃ - 200 г/лHF - 20 g / l, HNO ₃ - 200 g / l NaOH - 50 г/лNaOH - 50 g / l H₂SO₄ - 200 г/лH ₂ SO ₄ - 200 g / l -- Промывка в проточной водеRinsing in running water ++ ++ ++ ++ Промывка в дистиллированной водеDistilled water rinse ++ ++ ++ ++

2. Нанесение никелевого покрытия из электролитов, г/л:2. Application of a nickel coating from electrolytes, g / l:

II IIII Никель сернокислыйNickel sulfate 35,035.0 55,055.0 Ацетат натрияSodium Acetate 25,025.0 30,030,0 Уксусная кислотаAcetic acid 4,54,5 4,04.0 Натрий лаурилсульфатSodium Lauryl Sulfate 0,10.1 1,01,0 pH электролитаpH of electrolyte 4,24.2 Температура,°CTemperature ° C 6565 Плотность тока, А/дм² The current density, A / DM ² 1one Время, минTime min 1010

3. Промывка в теплой проточной воде.3. Rinsing in warm running water.

4. Сушка.4. Drying.

5. Результаты5. Results

Титан ВТ1-0Titanium VT1-0 АлюминийAluminum МедьCopper СтальSteel Предлагаемый электролитSuggested Electrolyte Внешний видAppearance Ровные, сплошные, без питтингов, без вздутий, без отслаиванийSmooth, solid, no pits, no blisters, no flaking Адгезия, ГПаAdhesion, GPa 3,0-3,53.0-3.5 4,5-5,44,5-5,4 4,6-5,34.6-5.3 3,2-3,83.2-3.8 Микротвердость, ГПаMicrohardness, GPa 2,22.2 2,72.7 2,42,4 2,72.7 Толщина, мкмThickness, microns 5,65,6 5,35.3 66 66 ПрототипPrototype Внешний видAppearance Покрытие наносится неравномерно, отшелушивание, непригодно для использованияCoating is uneven, exfoliation, unsuitable for use Ровные, сплошные, без питтингов, без вздутий, без отслаиванийSmooth, solid, no pits, no blisters, no flaking Адгезия, ГПаAdhesion, GPa 4,7-5,14.7-5.1 3,2-3,73.2-3.7 Микротвердость, ГПаMicrohardness, GPa 2,12.1 2,82,8 Толщина, мкмThickness, microns 66 66

Внешний вид покрытий представлен на фиг.1-8 соответственно.The appearance of the coatings is shown in figures 1-8, respectively.

Технико-экономическое преимущество изобретения по сравнению с прототипом выражается в том, что предлагаемый электролит можно использовать для никелирования деталей из указанных материалов в одной ванне и, следовательно, сократить количество гальванических линий в цехе и трудоемкость их обслуживания.The technical and economic advantage of the invention compared to the prototype is that the proposed electrolyte can be used for nickel plating of parts of these materials in one bath and, therefore, reduce the number of galvanic lines in the workshop and the complexity of their maintenance.

Claims

Water-based electrolyte for nickel plating of steel, aluminum, titanium, copper and their alloys containing nickel sulfate, acetic acid and sodium acetate, characterized in that it additionally contains sodium lauryl sulfate in the following ratio of components, g / l:
nickel sulfate 35.0-55.0 sodium acetate 25.0-30.0 acetic acid, ml / l 4,5-5,0 sodium lauryl sulfate 0.1-1.0