RU2796775C1 - Способ нанесения композиционного электрохимического покрытия кобальт-карбид вольфрама - Google Patents
Способ нанесения композиционного электрохимического покрытия кобальт-карбид вольфрама Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796775C1 RU2796775C1 RU2023103144A RU2023103144A RU2796775C1 RU 2796775 C1 RU2796775 C1 RU 2796775C1 RU 2023103144 A RU2023103144 A RU 2023103144A RU 2023103144 A RU2023103144 A RU 2023103144A RU 2796775 C1 RU2796775 C1 RU 2796775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cobalt
- coating
- electrolyte
- coatings
- powder
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области гальваностегии. Покрытия кобальт-карбид вольфрама используются для придания поверхности деталей и оснастки высокой твердости и износостойкости. Способ включает приготовление электролита и осаждение покрытия Co-WC с испoльзoвaнием растворимых или нерастворимых анодов из электролита, содержащего соль кобальта (II) и порошок WC при катодной плотности тока 3,5-4,5 А/дм2 и перемешивании раствора магнитной мешалкой в процессе нанесения покрытия, согласно изобретению концентрация порошка WC в электролите составляет 5-20 г/л, pH раствора 6,5-6,8, в качестве соли кобальта используют гексагидрат хлорида кобальта (II) 35-40 г/л, дополнительно вводят хлорид аммония 100-150 г/л, уротропин 45-55 г/л, процесс проводят при температуре раствора 18-25°С. Техническим результатом является получение твердых, износостойких композиционных электрохимических покрытий Co-WC при температуре 18-25°С, обладающих высокой адгезионной прочностью. 7 пр.
Description
Изобретение относится к области гальваностегии. Покрытия кобальт-карбид вольфрама используются для придания поверхности деталей и оснастки высокой твердости и износостойкости.
Для повышения поверхностной твердости и износостойкости часто используют покрытия хромом. Данные покрытия обладают высокой адгезионной прочностью, твердостью, износостойкостью и надежно защищают изделия из стали от коррозии [1]. Однако высокая агрессивность к большинству конструкционных материалов и экологическая опасность, а также токсичность для живых организмов соединений шестивалентного хрома инициируют работы по поиску альтернативы хромовым покрытиям [2, 3].
Наиболее перспективными для замены гальванических покрытий хромом являются композиционные покрытия, в которых дисперсной фазой являются ультрадисперсные алмазы, карбиды металлов, включенные в металлическую матрицу, которая хорошо смачивает частицы дисперсной фазы и обладает высокой адгезионной прочностью к поверхности материала-основы.
Для формирования на стали композиционного электрохимического покрытия Ni-WC предлагается следующий состав электролита: гексагидрат сульфата никеля 250 г/л , гексагидрат хлорида никеля 35 г/л, борная кислота 40 г/л. Добавление дисперсной фазы в виде частиц порошка карбида вольфрама 2 г/л. Электроосаждение ведут при плотности тока 20 А/дм2, температуре 50°С, активном перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 300 об/мин [4]. Высокая токсичность никеля и его способность вызывать аллергию при контакте с кожей являются сдерживающими факторами для широкого распространения. Смачиваемость частиц WC никелем ниже, чем кобальтом.
Для нанесения покрытия Ni-Co-WC предлагается электролит следующего состава: гексагидрат сульфата никеля 250 г/л, гексагидрат хлорида кобальта 16 г/л, борная кислота 32 г/л. Добавление дисперсной фазы в виде частиц порошка карбида вольфрама 2...8 г/л. Электроосаждение ведут при плотности тока 50 А/дм2, температуре 50°С, активном перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 300 об/мин [5]. Смачиваемость частиц WC сплавом Ni-Co значительно выше, чем никелем. Недостатками данного способа являются: высокая токсичность и аллергенность никеля, а также трудности промышленной реализации данной технологии, связанные с анализом и корректировкой состава электролита для формирования трехкомпонентного покрытия.
Покрытие Ni-WC также получают способом лазерного нанесения. Используется технология лазерной наплавки с помощью лазера мощностью 1700 Вт, диаметр пятна лазера 3 мм, скорость сканирования составила 100 мм/мин [6]. Данная технология является более дорогой по сравнению с гальваническим осаждением и не подходит для обработки больших деталей сложной геометрической формы.
Учитывая лучшую смачиваемость частиц WC кобальтом, меньшую токсичность кобальта по сравнению с никелем, международные ограничения применения никеля в качестве покрытий (Директива Европейского Сообщества 76/769/ЕЕС), более высокую твердость покрытий Co-WC по сравнению с покрытиями Ni-WC, наиболее перспективным является использование кобальта в качестве металлической матрицы для композиционных электрохимических покрытий, обеспечивающих высокую поверхностную твердость и износостойкость.
Из применяемых в настоящее время электролитов наиболее близким по составу и технологическим характеристикам является электролит, имеющий следующий состав: гептагидрат сульфата кобальта (II) 150 г/л, хлорид натрия 40 г/л, борная кислота 75 г/л. pH раствора 7,5. Добавление дисперсной фазы в виде частиц порошка карбида вольфрама 0…45 г/л. Электроосаждение ведут при плотности тока 3,5…4,5 А/дм2, температуре 55°С, перемешивании магнитной мешалкой со скоростью до 500 об/мин при осаждении [7].
Покрытия, полученные из данного состава электролита, являются твердыми (до 5,315 ГПа), износостойкими и полублестящими только при температуре 50°С. Также недостатком данного метода является значительная зависимость состава покрытия и, следовательно, его свойств, от состава электролита и режима электролиза.
Техническим результатом предлагаемого способа является получение твердых, износостойких композиционных электрохимических покрытий Co-WC при температуре 18…25°С, обладающих высокой адгезионной прочностью.
Это достигается тем, что осаждение ведется из электролита следующего состава: гексагидрат хлорида кобальта (II) 35...40 г/л, хлорид аммония 100...150 г/л, уротропин 45...55 г/л, порошок WC 5-20 г/л, рН = 6,5…6,8. Процесс электроосаждения проводят при перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 300…600 об/мин, плотности тока 3,5…4,5 А/дм2 и температуре 18…25°С. Уротропин улучшает смачиваемость поверхности детали с покрытием и подавляет кислотную коррозию металлов.
Предлагаемый раствор прост в приготовлении, а также не содержит токсичные добавки, позволяет работать как с растворимыми, так и с нерастворимыми анодами. Из этого электролита при указанных режимах формируются равномерные полублестящие покрытия с высокой адгезионной прочностью. Твердость и износостойкость получаемых покрытий выше, чем у прототипа.
Не выявлены решения, имеющие признаки заявляемого способа.
Способ нанесения гальванических покрытий кобальт-карбид вольфрама осуществляется следующим образом: расчетные количества хлористого кобальта, хлористого аммония и уротропина последовательно растворяют в дистиллированной воде. Полученный раствор перемешивают до растворения всех реагентов, при необходимости корректируют значение рН. Затем добавляют навеску порошка WC при постоянном перемешивании и доводят объем электролита до требуемого значения дистиллированной водой.
Преимущества промышленного использования заявленного способа:
1. Предлагаемый электролит малокомпонентен, не содержит токсичных органических добавок, позволяет получать покрытия с высоким значением выхода по току.
2. Электролит может работать как с инертными, так и с растворимыми анодами.
3. Светлые, полублестящие композиционные покрытия Co-WC с высокой адгезионной прочностью из данного электролита получаются при температурах 18...25°С.
Примеры практической реализации способа.
1. Состав электролита: гексагидрат хлорида кобальта (II) 35 г/л, хлорид аммония 100 г/л, уротропин 45 г/л, порошок WC 5 г/л, рН = 6,5. Процесс электроосаждения проводят при перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 300 об/мин, плотности тока 3,5 А/дм2 и температуре 18°С. Аноды инертные (графит). Катодный выход по току кобальта 42%. Покрытия светлые, мелкокристаллические. Содержание WC в покрытии 8,0±0,7%. Покрытия выдерживают испытания на адгезионную прочность методами нанесения сетки царапин и изгиба образца до излома. Микротвердость покрытия 5,320±0,3 ГПа. Износостойкость покрытия составляет 3500±100 двойных возвратно поступательных движений (ДВПД) индентора на 1 мкм толщины покрытия при нагрузке на индентор 2 Н.
2. Состав электролита: гексагидрат хлорида кобальта (II) 35 г/л, хлорид аммония 100 г/л, уротропин 45 г/л, порошок WC 5 г/л, рН = 6,5. Процесс электроосаждения проводят при перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 300 об/мин, плотности тока 3,5 А/дм2 и температуре 25°С. Аноды инертные (графит). Катодный выход по току кобальта 45%. Покрытия светлые, мелкокристаллические. Содержание WC в покрытии 8,1±0,6%. Покрытия выдерживают испытания на адгезионную прочность методами нанесения сетки царапин и изгиба образца до излома. Микротвердость покрытия 5,317±0,25 ГПа. Износостойкость покрытия составляет 3450±100 двойных возвратно поступательных движений (ДВПД) индентора на 1 мкм толщины покрытия при нагрузке на индентор 2 Н.
3. Состав электролита: гексагидрат хлорида кобальта (II) 35 г/л, хлорид аммония 100 г/л, уротропин 45 г/л, порошок WC 5 г/л, рН = 6,5. Процесс электроосаждения проводят при перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 300 об/мин, плотности тока 3,5 А/дм2 и температуре 22°С. Аноды кобальтовые. Катодный выход по току кобальта 45%. Покрытия светлые, мелкокристаллические. Содержание WC в покрытии 8,1±0,7%. Покрытия выдерживают испытания на адгезионную прочность методами нанесения сетки царапин и изгиба образца до излома. Микротвердость покрытия 5,322±0,25 ГПа. Износостойкость покрытия составляет 3450±100 двойных возвратно поступательных движений (ДВПД) индентора на 1 мкм толщины покрытия при нагрузке на индентор 2 Н.
4. Состав электролита: гексагидрат хлорида кобальта (II) 40 г/л, хлорид аммония 150 г/л, уротропин 55 г/л, порошок WC 20 г/л, рН = 6,8. Процесс электроосаждения проводят при перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 300 об/мин, плотности тока 4,5 А/дм2 и температуре 22°С. Аноды инертные (графит). Катодный выход по току кобальта 55%. Покрытия светлые, мелкокристаллические. Содержание WC в покрытии 18,0±1,5%. Покрытия выдерживают испытания на адгезионную прочность методами нанесения сетки царапин и изгиба образца до излома. Микротвердость покрытия 7,431±0,29 ГПа. Износостойкость покрытия составляет 5500±150 двойных возвратно поступательных движений (ДВПД) индентора на 1 мкм толщины покрытия при нагрузке на индентор 2 Н.
5. Состав электролита: гексагидрат хлорида кобальта (II) 40 г/л, хлорид аммония 150 г/л, уротропин 55 г/л, порошок WC 20 г/л, рН = 6,8. Процесс электроосаждения проводят при перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 600 об/мин, плотности тока 4,5 А/дм2 и температуре 22°С. Аноды инертные (графит). Катодный выход по току кобальта 53%. Покрытия светлые, мелкокристаллические. Содержание WC в покрытии 16,0±1,8%. Покрытия выдерживают испытания на адгезионную прочность методами нанесения сетки царапин и изгиба образца до излома. Микротвердость покрытия 6,948±0,18 ГПа. Износостойкость покрытия составляет 4800±100 двойных возвратно поступательных движений (ДВПД) индентора на 1 мкм толщины покрытия при нагрузке на индентор 2 Н.
6. Состав электролита: гексагидрат хлорида кобальта (II) 40 г/л, хлорид аммония 125 г/л, уротропин 50 г/л, порошок WC 10 г/л, рН = 6,8. Процесс электроосаждения проводят при перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 300 об/мин, плотности тока 4,0 А/дм2 и температуре 22°С. Аноды инертные (графит). Катодный выход по току кобальта 49%. Покрытия светлые, мелкокристаллические. Содержание WC в покрытии 15,0±1,3%. Покрытия выдерживают испытания на адгезионную прочность методами нанесения сетки царапин и изгиба образца до излома. Микротвердость покрытия 6,723±0,21 ГПа. Износостойкость покрытия составляет 4650±125 двойных возвратно поступательных движений (ДВПД) индентора на 1 мкм толщины покрытия при нагрузке на индентор 2 Н.
7. Состав электролита: гексагидрат хлорида кобальта (II) 40 г/л, хлорид аммония 125 г/л, уротропин 50 г/л, порошок WC 10 г/л, рН = 6,8. Процесс электроосаждения проводят при перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 600 об/мин, плотности тока 4,0 А/дм2 и температуре 22°С. Аноды инертные (графит). Катодный выход по току кобальта 48%. Покрытия светлые, мелкокристаллические. Содержание WC в покрытии 14,0±1,1%. Покрытия выдерживают испытания на адгезионную прочность методами нанесения сетки царапин и изгиба образца до излома. Микротвердость покрытия 6,452±0,23 ГПа. Износостойкость покрытия составляет 4500±150 двойных возвратно поступательных движений (ДВПД) индентора на 1 мкм толщины покрытия при нагрузке на индентор 2 Н.
ЛИТЕРАТУРА
1. Солодкова, Л. Н. Электролитическое хромирование: приложение к журналу "Гальванотехника и обработка поверхности" / Л. Н. Солодкова ; Л. Н. Солодкова, В. Н. Кудрявцев ; под ред. В. Н. Кудрявцева. Москва : Глобус, 2007. 191 с.
2. Технический регламент Евразийского экономического союза "Об ограничении применения опасных веществ в изделиях электротехники и радиоэлектроники" (ТР ЕАЭС 037/2016). URL: https://docs.cntd.ru/document/420387089?ysclid=lciz6uxe25600302990
3. (дата обращения: 05.01.2023).
4. Directive 2011/65/EU RoHS of the European Parliament and of the Council of 8 June 2011 on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment (Директива ЕС 2011/65/EU RoHS Европейского парламента и Совета ЕС от 8 июня 2011 г. по ограничению содержания вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании). URL:https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32011L0065 (дата обращения: 05.01.2023).
5. Surender M., Balasubramaniam R., Basu B. Electrochemical behavior of electrodeposited NiWC composite coatings //Surface and Coatings Technology. 2004. Т. 187. №. 1. С. 93-97.
6. Elkhoshkhany N., Hafnway A., Khaled A. Electrodeposition and corrosion behavior of nano-structured Ni-WC and Ni-Co-WC composite coating //Journal of Alloys and Compounds. 2017. Т. 695. С. 1505-1514.
7. Liu Y. et al. Wear and heat shock resistance of Ni-WC coating on mould copper plate fabricated by laser //Journal of materials research and technology. 2020. Т. 9. №. 4. С. 8283-8288
8. Zhang Y. G. et al. Electrodeposition, microstructure and property of CoWC composite coatings //Materials Research Express. 2020. Т. 6. №. 12. С. 126438.
Claims (1)
- Способ нанесения композиционных электрохимических покрытий Co-WC, включающий приготовление электролита и осаждение покрытия Co-WC с испoльзoвaнием растворимых или нерастворимых анодов из электролита, содержащего соль кобальта (II) и порошок WC при катодной плотности тока 3,5-4,5 А/дм2 и перемешивании раствора магнитной мешалкой в процессе нанесения покрытия, отличающийся тем, что концентрация порошка WC в электролите составляет 5-20 г/л, pH раствора 6,5-6,8, в качестве соли кобальта используют гексагидрат хлорида кобальта (II) 35-40 г/л, дополнительно вводят хлорид аммония 100-150 г/л, уротропин 45-55 г/л, процесс проводят при температуре раствора 18-25°С.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2796775C1 true RU2796775C1 (ru) | 2023-05-29 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2818200C1 (ru) * | 2023-11-23 | 2024-04-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") | Способ получения покрытия кобальт-карбид вольфрама с использованием импульсного режима электролиза |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2026892C1 (ru) * | 1990-06-05 | 1995-01-20 | Институт проблем материаловедения им.И.Н.Францевича АН Украины | Состав для получения композиционных электролитических покрытий на основе металлов группы железа |
| RU2463392C1 (ru) * | 2011-06-09 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Способ нанесения покрытий с карбидами вольфрама |
| RU2746730C1 (ru) * | 2020-07-23 | 2021-04-19 | Сергей Константинович Есаулов | Способ получения композиционного металл-алмазного покрытия на поверхности медицинского изделия, дисперсная система для осаждения металл-алмазного покрытия и способ ее получения |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2026892C1 (ru) * | 1990-06-05 | 1995-01-20 | Институт проблем материаловедения им.И.Н.Францевича АН Украины | Состав для получения композиционных электролитических покрытий на основе металлов группы железа |
| RU2463392C1 (ru) * | 2011-06-09 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Способ нанесения покрытий с карбидами вольфрама |
| RU2746730C1 (ru) * | 2020-07-23 | 2021-04-19 | Сергей Константинович Есаулов | Способ получения композиционного металл-алмазного покрытия на поверхности медицинского изделия, дисперсная система для осаждения металл-алмазного покрытия и способ ее получения |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Zhang Y. G. et al. Electrodeposition, microstructure and property of CoWC composite coatings. Materials Research Express. 2020, 6 (12). * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2818200C1 (ru) * | 2023-11-23 | 2024-04-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") | Способ получения покрытия кобальт-карбид вольфрама с использованием импульсного режима электролиза |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Laszczyńska et al. | Electrodeposition and characterization of Ni–Mo–ZrO2 composite coatings | |
| Beltowska-Lehman et al. | Optimisation of the electrodeposition process of Ni-W/ZrO2 nanocomposites | |
| KR101153048B1 (ko) | 철-인 전기 도금 전해조 및 방법 | |
| Góral et al. | Influence of current density on microstructure and properties of electrodeposited nickel-alumina composite coatings | |
| EP0181927B1 (en) | Electrodeposition of amorphous alloys | |
| Mahdavi et al. | Characteristics and properties of Cr coatings electrodeposited from Cr (III) baths | |
| CA1118710A (en) | Hard, heat-resistant nickel electrodeposits | |
| Abdel Hamid et al. | Performance of Ni–Cu–ZrO2 nanocomposite coatings fabricated by electrodeposition technique | |
| Tseluikin | Composite electrochemical coatings: Preparation, structure, properties | |
| Ved et al. | Electroplating and functional properties of Fe-Mo and Fe-Mo-W coatings | |
| Bapu | Characteristics of Ni-BN electrocomposites | |
| RU2796775C1 (ru) | Способ нанесения композиционного электрохимического покрытия кобальт-карбид вольфрама | |
| Lala et al. | Evolution of texture, strain, and grain boundary constitution in copper–chromium coatings and its effect on coating corrosion behavior | |
| Sarraf et al. | Deposition of mono dispersed Co–CeO2 nanocomposite coatings by a sol-enhanced pulsed reverse electroplating: process parameters screening | |
| Bersirova et al. | Nickel–rhenium electrolytic alloys: synthesis, structure, and corrosion properties | |
| Oriňáková et al. | Electrodeposition of composite Ni–B coatings in a stirred heterogeneous system | |
| RU2818200C1 (ru) | Способ получения покрытия кобальт-карбид вольфрама с использованием импульсного режима электролиза | |
| CN108350591B (zh) | 镀覆或涂覆方法 | |
| Tian et al. | Induced electrodeposition of alloy coatings from baths containing different systems of complexing agents: Preparation and enhanced properties of Co-Mo-Ni-W coatings | |
| Degtyar et al. | Precipitation of composite wear-resistant nickel ectrodeposits with nanoparticles | |
| Bapu et al. | Electrodeposition of nickel-vanadium pentoxide composite and its corrosion behaviour | |
| Benea | Electrodeposition of zirconia particles in a copper matrix | |
| Rudnik et al. | Codeposition of SiC particles with cobalt matrix | |
| Mbugua et al. | The Influence of Co Concentration on the Properties of Conventionally Electrodeposited Ni–Co–Al 2 O 3–SiC Nanocomposite Coatings | |
| Pushpavanam et al. | Properties of Ni-WC electrocomposites |