RU2638480C2 - Композиционное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами - Google Patents
Композиционное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638480C2 RU2638480C2 RU2016122413A RU2016122413A RU2638480C2 RU 2638480 C2 RU2638480 C2 RU 2638480C2 RU 2016122413 A RU2016122413 A RU 2016122413A RU 2016122413 A RU2016122413 A RU 2016122413A RU 2638480 C2 RU2638480 C2 RU 2638480C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- coating
- ultra
- particles
- phosphorus
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
- C23C18/31—Coating with metals
- C23C18/32—Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
- C23C18/31—Coating with metals
- C23C18/32—Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron
- C23C18/34—Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron using reducing agents
- C23C18/36—Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron using reducing agents using hypophosphites
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
Abstract
Изобретение относится к никелированию и представляет собой композиционное покрытие на основе никеля, содержащее ультрадисперсные алмазы, которое может быть сформировано на различных металлических деталях, работающих в условиях повышенного износа и в присутствии агрессивных сред. Композиционное химически осажденное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами содержит никель, фосфор и ультрадисперсные алмазы с размером частиц от 100 до 500 нм при следующем соотношении компонентов, мас. %: фосфор 3-6, частицы ультрадисперсных алмазов 0,4-0,8, никель - остальное. Техническим результатом при использовании предлагаемого покрытия является возможность подвергать его различным технологическим операциям, таким как штамповка, вытяжка, волочение, гибка, развальцовка и др., без риска его повреждения за счет высокой пластичности и при сохранении его высокой коррозионной и износостойкости. 3 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области композиционных покрытий на основе никеля, содержащих ультрадисперсные алмазы, которые могут быть сформированы на различных металлических деталях (алюминий, сталь, медь, титан), работающих в условиях повышенного износа и в присутствии агрессивных сред.
Известно никель-фосфорное покрытие, полученное химическим осаждением, содержащее, мас. %: фосфор - 3-7, никель - остальное (Гальванотехника: Справ. изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. - М.: Металлургия, 1987. - 736 с. - Таблица 9.8, раствор №5). Покрытие получают из раствора, содержащего, г/л: никель сернокислый - 20-30, гипофосфит натрия - 10-25, натрий уксуснокислый - 8-15, уксусная кислота - 6-10, тиомочевина - 0,001-0,002. Получаемое никель-фосфорное покрытие обладает определенными физико-механическими показателями, а именно микротвердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.
Недостатком химически осажденного никелевого покрытия является его хрупкость (непластичность). Покрытие не рекомендуется подвергать гибке, развальцовке, при механических воздействиях (изгибе, ударе и др.) происходит растрескивание, выкрашивание металла, это начинает проявляться при толщине, превышающей 15 мкм.
Защитные свойства данного покрытия определяются химической стойкостью покрытия, его структурой, но также наличием пор в покрытии. В тонких слоях (1-3 мкм) покрытия пористы, полностью пористость устраняется при толщине больше 15 мкм. Например, для обеспечения защиты алюминия и его сплавов при эксплуатации в легких условиях необходима толщина химического никеля 15-24 мкм. Таким образом, толщина покрытия, которая необходима для обеспечения коррозионной стойкости, приводит к потере пластичности покрытия, что и относится к причинам, препятствующим его использованию.
Данное покрытие по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ближайшим к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.
Улучшить свойства никель-фосфорного покрытия и расширить область его применения можно с помощью модифицирования покрытий частицами ультрадисперсных алмазов.
Известен способ получения металлоалмазных химических покрытий (патент на изобретение RU 2375494, МПК С23С 18/16, 10.12.2009), при реализации которого покрытие получают из раствора, содержащего, г/л: сернокислый никель - 22, гипофосфит натрия - 23, хлористый аммоний - 30, аммиак - 45, уксуснокислый натрий - 45, наноалмазы с размером частиц 0,004-0,1 мкм - 2-20. Покрытие характеризуется повышенными микротвердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.
Известен способ получения никель-алмазных химических покрытий (патент на изобретение RU 2357002, МПК С23С 18/36, 27.05.2009). Покрытие получают из раствора, содержащего, г/дм3: сернокислый никель - 16-27, гипофосфит натрия - 21-24, хлористый аммоний - 28-32, аммиак - 47-52, натрий лимоннокислый - 40-50, наноалмазы с размером частиц 0,004-0,450 мкм - 3-15. Характеристики покрытия отличаются повышенными микротвердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.
При реализации вышеуказанных способов введение в раствор для никелирования ультрадисперсных алмазов приводит к улучшению физико-механических свойств металлоалмазного покрытия за счет совершенствования его микроструктуры. Структура покрытия главным образом определяется химическим составом покрытия, т.е. количеством и размером частиц ультрадисперсных алмазов в покрытии. В указанных способах химический состав покрытия не определяли.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание покрытия с повышенной пластичностью за счет уменьшения его толщины, но при сохранении основных физико-механических показателей.
Техническим результатом является повышение пластичности покрытия при сохранении его высокой коррозионной и износостойкости.
Указанный технический результат достигается тем, что раствор для получения покрытия, содержащий, г/л: никель сернокислый - 20-30, гипофосфит натрия - 10-25, натрий уксуснокислый - 8-15, уксусная кислота - 6-10, тиомочевина - 0,001-0,002, дополнительно содержит частицы ультрадисперсных алмазов (далее «УДА») с размером частиц 0,1-0,5 мкм в количестве 1-5 г/л раствора. В результате получается покрытие со следующим соотношением компонентов, мас. %:
фосфор - 3-6,
частицы ультрадисперсных алмазов - 0,4-0,8,
никель - остальное.
Повышение содержания частиц УДА в растворе выше 5 г/л создает трудности при осаждении покрытия из-за «загущения» раствора. При этом также требуются дополнительные меры для поддержания определенного размера частиц в растворе.
При содержании частиц УДА в растворе ниже 1 г/л количество частиц УДА в покрытии невозможно определить из-за малой величины, и оно практически не влияет на свойства покрытия.
Для проведения сравнительных испытаний покрытий ХимН (из раствора по прототипу) и покрытия ХимНУДА (из раствора с добавлением частиц УДА) готовили раствор по указанному в прототипе составу, затем приготовленный объем делили на 2 части: одну часть использовали для получения покрытия ХимН, в другую часть вводили частицы ультрадисперсных алмазов для получения покрытия ХимНУДА. Покрытие никель-фосфор-алмаз получали из предлагаемого раствора осаждением в течение 1 ч при температуре 87-90°С и рН 4-5. Толщина покрытия составила 10-12 мкм. Содержание частиц УДА в покрытии определяли на анализаторе углерода CS-200 (фирма LECO).
Ниже приводятся примеры получения конкретных покрытий и их характеристик при различном содержании частиц УДА в растворе.
Пример 1
Покрытие получали из раствора состава-прототипа, дополнительно содержащего частицы УДА размером 0,1-0,5 мкм в количестве 1 г/л. Состав покрытия, мас. %: фосфор 4,5, частицы УДА 0,4, никель 95,1.
Пример 2
Покрытие получали из раствора состава по прототипу, дополнительно содержащего частицы УДА размером 0,1-0,5 мкм в количестве 2 г/л. Состав покрытия, мас. %: фосфор 4,5, частицы УДА 0,5, никель 95,0.
Пример 3
Покрытие получали из раствора состава по прототипу, дополнительно содержащего частицы УДА размером 0,1-0,5 мкм в количестве 5 г/л. Состав покрытия, мас. %: фосфор 4,5, углерод 0,8, никель 94,7.
Анализ морфологии поверхности покрытий с частицами УДА показал наличие полусфер размером ~250 нм (от 100 до 500 нм), что соответствует размеру частиц, распределенных в объеме раствора.
Спектр размеров частиц и доли частиц каждого размера в электролите, полученный с помощью лазерного анализатора частиц, показал, что наибольшую долю составляют частицы размером от 1 до 5 мкм.
Содержание частиц в растворе определяли также турбидиметрическим методом, исходя из известной концентрации исходной водной суспензии УДА. При отстаивании раствора с частицами УДА в течение 1-3 ч наиболее крупные частицы под действием сил гравитации оседают, а более мелкие (0,1-0,5 мкм) распределены в объеме раствора и непосредственно участвуют в осаждении покрытия.
Содержание частиц УДА в покрытиях, полученных из раствора с частицами УДА (2 г/л) после отстаивания, составило ~0,4-0,5%.
Таким образом, в процессе химического осаждения никеля участвуют частицы УДА только определенного размера от 100 до 500 нм.
Количество частиц УДА в покрытии 0,4-0,8% определяется содержанием частиц УДА в растворе для химического никелирования от 1 до 5 г/л. Данное покрытие обладает улучшенными свойствами по сравнению с покрытием ХимН (прототип) без УДА.
Микротвердость покрытий измеряли на твердомере DuraScan 20 фирмы EmcoTest. Данный твердомер выполняет измерение по Виккерсу (ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007).
Термообработку покрытий проводили при температуре 400°С. После термообработки микротвердость покрытий увеличилась, причем покрытия с содержанием частиц УДА 0,4-0,5%) почти в 2 раза.
Измерение микротвердости исследованных покрытий показало, что микротвердость композиционных покрытий увеличилась (таблица 1).
В скобках указано содержание частиц УДА в покрытии, %.
Исследования износостойкости и коэффициента трения скольжения по схеме «стержень-диск» проводили на приборе Tribometer, CSM Instr. Диаметр пятна износа контртела (материал шарика сталь 95X18) и ширину бороздки износа на образце определяли на оптическом микроскопе Axiovert 25.
Результаты измерения износостойкости и коэффициента трения приведены в таблице 2.
Уменьшение толщины покрытия приводит к снижению коэффициента трения. Покрытие с содержанием частиц УДА в покрытии 0,4-0,8% и толщиной 10 мкм обладает наиболее низким коэффициентом трения и наилучшей прирабатываемостью, т.к. при испытаниях оно дает наименьший износ покрытия и контртела.
Коррозионные свойства покрытий изучали по экспресс-методике путем снятия поляризационных кривых в 3% NaCl с помощью потенциостата IPC-Pro ЗА.
В таблице 3 представлены данные по коррозионным исследованиям покрытий ХимН и ХиМНУДА.
Потенциал коррозии покрытия ХимНУДА сдвинут в менее отрицательную область по сравнению с потенциалом коррозии покрытия ХимН, ток коррозии соответственно уменьшился.
Предлагаемое композиционное покрытие с частицами ультрадисперсных алмазов позволяет снизить толщину покрытия на основе никеля до ≤10 мкм, что приводит к повышению пластичности, при этом обеспечивается достаточно высокие показатели по коррозионной стойкости и износостойкости.
Таким образом, вся совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение заявленного технического результата.
Claims (2)
- Композиционное химически осажденное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами, содержащее никель, фосфор и ультрадисперсные алмазы, отличающееся тем, что оно содержит ультрадисперсные алмазы с размером частиц от 100 до 500 нм при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
фосфор 3-6 частицы ультрадисперсных алмазов 0,4-0,8 никель остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122413A RU2638480C2 (ru) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | Композиционное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122413A RU2638480C2 (ru) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | Композиционное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016122413A RU2016122413A (ru) | 2017-12-07 |
RU2638480C2 true RU2638480C2 (ru) | 2017-12-13 |
Family
ID=60580901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016122413A RU2638480C2 (ru) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | Композиционное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2638480C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109576687A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-05 | 中原工学院 | 一种金刚石微粉化学镀镍的配方及工艺 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2108416C1 (ru) * | 1995-10-30 | 1998-04-10 | Открытое акционерное общество "ГАЗ" | Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий |
RU2357002C1 (ru) * | 2007-07-25 | 2009-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Способ получения никель-алмазных химических покрытий |
RU2360044C1 (ru) * | 2008-06-19 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Гальванический композиционный материал на основе никеля |
RU2375494C2 (ru) * | 2007-08-01 | 2009-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Способ получения металлоалмазных химических покрытий |
RU2544334C1 (ru) * | 2013-11-29 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВПО "ВятГУ") | Способ получения многослойного композитного покрытия на стали методом химического осаждения |
CN104561950A (zh) * | 2013-10-24 | 2015-04-29 | 比亚迪股份有限公司 | 一种化学镀镍磷组合物及其制备方法、化学镀方法和化学镀镍件 |
CN104711547A (zh) * | 2013-12-14 | 2015-06-17 | 三达奥克化学股份有限公司 | 钢铁工件化学镀镍磷金刚石三元处理剂及生产方法 |
-
2016
- 2016-06-06 RU RU2016122413A patent/RU2638480C2/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2108416C1 (ru) * | 1995-10-30 | 1998-04-10 | Открытое акционерное общество "ГАЗ" | Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий |
RU2357002C1 (ru) * | 2007-07-25 | 2009-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Способ получения никель-алмазных химических покрытий |
RU2375494C2 (ru) * | 2007-08-01 | 2009-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Способ получения металлоалмазных химических покрытий |
RU2360044C1 (ru) * | 2008-06-19 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Гальванический композиционный материал на основе никеля |
CN104561950A (zh) * | 2013-10-24 | 2015-04-29 | 比亚迪股份有限公司 | 一种化学镀镍磷组合物及其制备方法、化学镀方法和化学镀镍件 |
RU2544334C1 (ru) * | 2013-11-29 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВПО "ВятГУ") | Способ получения многослойного композитного покрытия на стали методом химического осаждения |
CN104711547A (zh) * | 2013-12-14 | 2015-06-17 | 三达奥克化学股份有限公司 | 钢铁工件化学镀镍磷金刚石三元处理剂及生产方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016122413A (ru) | 2017-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hou et al. | Preparation and wear resistance of electrodeposited Ni–W/diamond composite coatings | |
US7201972B2 (en) | Metal thin film dispersing a super-fine diamond particle, a metal material having the metal thin film, and a method for preparing the same | |
Lekka et al. | Ni-B electrodeposits with low B content: effect of DMAB concentration on the internal stresses and the electrochemical behaviour | |
Fayomi et al. | Investigation on microstructural, anti-corrosion and mechanical properties of doped Zn–Al–SnO2 metal matrix composite coating on mild steel | |
Wang et al. | Superhydrophobic Ni nanocone surface prepared by electrodeposition and its overall performance | |
RU2638480C2 (ru) | Композиционное покрытие на основе никеля с ультрадисперсными алмазами | |
Tseluikin et al. | Electrodeposition of zinc–nickel–carbon nanotubes composite coatings in a reversing mode | |
Mukhopadhyay et al. | Effect of heat treatment on microstructure and corrosion resistance of Ni-BW-Mo coating deposited by electroless method | |
EP3797183A2 (de) | Silberelektrolyt zur abscheidung von dispersions-silberschichten und kontaktoberflächen mit dispersions-silberschichten | |
JP6159726B2 (ja) | 被覆された製品、電着浴、及び関連するシステム | |
Dong et al. | Electrophoretic‐Deposition of Graphene and Microstructure and Friction Behavior of Ni–Graphene Composite Coatings | |
RU2287612C1 (ru) | Раствор для получения композиционного покрытия химическим осаждением | |
US10683581B2 (en) | Method for deposition of titanium-based protective coatings on aluminum | |
Cymboliste | The Structure and Hardness of Electrolytic Chromium | |
RU2191227C2 (ru) | Способ получения композиционных покрытий на основе золота | |
RU2437967C1 (ru) | Способ осаждения композиционных покрытий никель-ванадий-фосфор-нитрид бора | |
Pereira et al. | Evaluation of the multi-structural potential of Ni-Co/SiC nanocomposite coatings electrodeposited in API 5L X80 steel | |
Martínez-Hernández et al. | Electrodeposition of Ni-P/SiC composite films with high hardness | |
US8226809B2 (en) | Anodized substrate layer with solid lubricant | |
Celis et al. | Properties of Electrodeposited Copper-Alumina Coatings | |
RU2235803C1 (ru) | Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий | |
RU2558327C2 (ru) | Способ получения композиционных покрытий на основе цинка | |
RU2639411C2 (ru) | Способ получения никель-алмазного покрытия | |
US3732152A (en) | Anodized magnesium and magnesium alloys | |
RU2689355C1 (ru) | Способ получения цинк-наноалмазного электрохимического покрытия |