SU954530A1 - Электролит дл осаждени комбинированных электрохимических покрытий на основе никел - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к гальваностегии , в частности к электролитическому осаждению комбинированных электрохимических покрытий (КЭП) на основе никел  и может найти применение в р/зличных отрасл х промышленности дл  увеличени  срока службы и долговечности деталей машин, например, пуансонов дл  пресс-форм,а также в тех случа х, когда к поверхности предъ вл ютс  высокие требовани  нар ду с твердостью и износостойкостью и к микропрофилго покрыти ,например дл  никелировани  стереотипов высокой печати.

Известен электролит никелировани , содержащий сернокислый и хлористый никель и борную кислоту СИ.

Однако никелевые покрыти  имеют невысокую твердость (1,9 ГПа) и износостойкость.

Дл  улучшени  эксплуатационных свойств поверхности деталей примен ют композиционные электрохимические покрыти , которые получают из .электролитов никелировани  с добавкой различных нерастворимых порошковых материалов в качестве второй фазы.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  электролит дл  осаждени  комбинированных электрохимических покрытий на основе никел , содержащий сернокислый и хлористый никель, борную кислоту и частицы твердой фазы, например, нитриды бора или кремни  или карбид тантала 23.

10

Однако практическое использование перечисленных твердых материалов в электролитах-суспензи х без предварительного измельчени  вообще невозможно , так как при электроосаждении

15 частиц размером 5 мкм и более, они труднее зарастают покрыти ми, легче седиментируют и удал ютс  из прикатбдного пространства. Поэтому дл  составлени  устойчивых электролитов20 суспензий и получени  гладких равномерных композиционных осадков промышленные поретаки необходимо подвергать дополнительному размолу и очистке, что требует затрат энер25 гии, времени и труда. Дл  очистки например, от железа порошки обрабатываютс  в сол ной кислоте при нагревании в течение нескольких часов, а затем тщательно отмываютс . Затем

30 порошок высушиваетс  при 100-150°С и снова размалываетс  м гким растиранием дл  разрушени  агломератов В электролитах образуютс  осадки никел , увеличение твердости которых наблюдаетс  при достаточно высоком содержании второй фазы в покрыти до 52 вес.%. Величина частиц примен емых поррш ков измен етс  в диапазоне 1-5 мкм, что вызывает трудности дл  получени  качественных покрытий. Цель изобретени  - снижение расхо да твердой фазы при сохранении высокой твердости и износостойкости покрытий ., Поставленна  цель достигаетс  тем, что электролит, содержащий сернокислый и хлористый никель, борную кислоту и частицы твердой фазы, в качестве частиц твердой фазы содержит ультрадисперсный порошок нитрида тантала, при следую{рём соотношении компонентов, г/л: Сернокислый никель240-250 Хлористый никель30-40 Борна  кислота20-30 Ультрадисперсный порошок нитрида тантала10-60 При этом электролит содержит поро шок нитрида тантала с размером час-г т,иц 0,04-0,07 мкм. Упрощаетс  приготовление электролита , так как порошок нитрида тан тала получают синтезом в азотной высокочастотной плазме, что исключает дополнительную очистку и измельчение . Осаждение КЭП рекомендуют проводить при ,5-4,5 ,t f 20-25°С и плот ности тока 1-2 А/дм с посто нным пе ремешиванием электролита магнитной мешалкой. В качестве источника тока используют выпр митель типа АДЗ-50. Катодом служит медна  фольга размером 25x40 мм, анодом-никелевые пластины размером 50x120 мм, рассто ние между катодрм и анодом составл ет 50-60 мм Покрытие можно наносить и на Ст. 45 Электролит- составл ют растворением каждого компонента в отдельной порции воды (борную кислоту раствоp ю:d в гор чей воде). Затем растворы переживают в электролизер, в послед нюю очередь ввод т гор чий раствор борной кислоты. К навеске нитрида тантала добавл ют небольшое количес во полученного электролита, тщатель но перемешивают до образовани  паст образной массы. После этого, пасту . ввод т в электролит и перемешивают с помощью магнитной мешалки. Дл  определени  оптимальных условий электроосаждени  композиционного покрыти  концентрацию нитрида тантала измен ют от 10 до 100 г/л, рН электролита от 1,5 до 4,5, катод- ную плотность тока от 0,5 до 1 А/дм температура 20-25°С. Установлено, чтс в присутствии нитрида тантала качественные осадки никел  образуют в интервале рабочих плотностей тока от 0,5 до 2 А/дм при этом выход по току увеличиваетс  от 86% до 92% (содержание нитрида тантала 60 г/л и рН электролита 3,5Л С увеличением рН электролита от 1,5 до 4,5 выход по току увеличиваетс  от 40 до 96% (катодна  плотность тока 2 А/дм ). При катодной плотности 2 А/дм и рН электролита 4,0 осадки толщиной 35 мкм образуютс  в течение 1 ч. Микротвердость покрыти  с увеличением концентрации нитрида тантала от 10 до 100 г/л увеличиваетс  от 3,55 до 4,50 ГПа, содержание нитрида тантала в осадке от 3,43 до 4,1 вес. %. Концентрацию нитрида тантала еледует поддерживать в пределах 1060 г/л. Использование электролита с содержанием порошка ниже 10 г/л потребует частой корректировки электролита, увеличение концентрации нитрида тантала выше 60 г/л вызывает незначительное увеличение процента включени  его в осадок и микротвердость покрыти . Из экономических соображений верхний предел концентрации порошка не следует увеличивать выше 60 г/л. Из электролита получают мелко кристаллические , гладкие, светло-матового цвета покрыти  толщиной 20 мкм и выше. При толщине до 5 мкм образуютс  блест щие покрыти , обладающие достаточно высокими твердостью и износостойкостью , которые можно рекомендо-вать в качестве верхнего сло  в многослойном покрытии вместо хрома . Это позволит получать более равномерные покрыти  по толщине из сложнопрофилированных детал х, что не удаетс  при хромировании, а также уменьшить Объем  довитых хромовых стоков и снизить расхода по обезвреживанию хромовых сточных вод в гальванических цехах.- . В таблице представлены характеристика электролита и услови  электролита по примерам, где в примерах 1-4 используют предлагаемый электролит , а 5-7 - известный электролит..

Карбид тантала Нитрид бора Нитрид кремни 

Рйжим электролиза; рН электролита Температура,°С

Плотность тока, А/Дм

Продолжительность , мин

Разме р частиц, мкм

Плотность частиц, г/см

Выход по току,%

Содержание вто-: рой фазы в покрытии , вес.%

Микротвер- -. дость, ГПа

Увеличение износостойкости КЭП по сравнению с чистым покрытием , %

Испытание КЭП на износ проводили на испытательной машине дл  объемного легировани  типа МИ-1М при нагрузке 25 кг и скорости обкатки 3 км/ч на образцах из закаленной Ст 45 и меди при толщине покрыти  30 мкм. В таблице приведены полученные дан60

60

60

1-5

3-5

1-2

2,3

14,6

3,2

20

4,53

5,51

60

Claims (2)

1. ные по относительной износостойкости (по отношению к чистому никелю).Испытани  проводились в более жестких услови х, чем обычно испытывают гальванические покрыти , поэтому в процессе эксплуатации рекомендуемые покрыти  могут показать более высокие результаты по увеличению срока службы деталей, чем это следует из приведенных данных. Сравнение данных таблицы по величине содержани  второй Фазы в покрыг тии и К1икротвердостй КЭП показывает , что осадки с нитридом тантала пр значительно меньшем содержании его в покрытии практически не уступают по микротвердости указанным известным КЭП. При сохранении высокой твердост КЭП содержание нитрида тантала в покрытии меньше, чем содержание карбида тантала в 14 раз, нитрида бора 2 раза и нитрида кремни  в 5,8 раз. Следовательно, применение ультра дисперсного порошка нитрида тантала в качестве второй фазы дл  получени  композиционных покрытий экономически целесообразнее, чем карбида тантала .и нитридов бора и кремни . Дл  достижени  такой же микротвердости покрыти  при одинаковой толщине сло  расход нитрида тантала на 1 м покрываемой поверхности во много раз .меньше. Сцепление КЭП с основой определ ли примен емые в практике методом . изгиба образца на 180° до излома и методом трени . Результаты качественных испытаний удовлетвор ют требо вани м, которые предъ вл ютс  к покрыти м по прочностисцеплени . В месте излома образцов КЭП не отслаиваетс , а при испытании на трение об разование пузырей и вспучивани  покрытий не наблюдаетс . Кроме улучшени  эксплуатационных характеристик поверхности деталей композиционные покрыти  с нитридом тантала обладают высокими коррозионными свойствами. Коррозионные испы тани  покрытий показали, что они надежно защищают стальные детали от коррозии в морской воде и в услови х атмосферной коррозии. Термоциклированием осадков при температуре 40.0 и 700°С установлено что покрыти  окалиностойки и защищают Ст 45 от газовой коррозии. Используют в предлагаемом электро . лите никелировани  в качестве вте рой фазы ультрадисперсный порошок нитрида тантала имеет р д преимуществ -перед порошками в известных электролитах. тантала обладает большей химической устойчивостью по сравнению с ранее примен емыми порошками, не раствор етс  в концентрированных сол ной, серной и азотной кислотах . Нитрид бора легко разлагаетс  в 5%-ной серной кислоте и в гор чем щелочном растворе. Химическа  устойчивость материа лов/ примен емых в качестве второй фазы,  вл етс  важной характеристикой стабильной работы электролита в процессе эксплуатации, в противном случае агрессивные среды электролитов активно дёйствуют на химические неустойчивые соединени  и сами могут прийти от этого в негодность. Нитрид тантала синтезирован плазменно-химическим методом, это обсто тельство обуславливает наличие у него других свойств, необходимых дл  второй фазы - высокую степень дисперсности и чистоты. Это позвол ет исключить трудоемкие операции измельчени  и очистки порошка перед приготовлением электролита. Как следует из данных таблицыj величина частиц у нитрида тантала меньше, чем у карбида тантала в среднем в 72,7 раз, чем у нитрида бора в 54,5 раз, чем у нитрида кремни  в 27,2 раз. А чем меньше величина зерна у второй фазы, тем качественнее образуютс  покрыти . Р дом исследований установлено, что лучшие результаты получены при использовании порошков с размером частиц в диапазоне 0,01-3 мкм. Применение при эЛектроосаждении покрытий частиц большего размера вызывает образование шероховатых и некачественных осадков, так как частицы труднее зарастают, легче седиментируют в электролите и удал ютс  из прикатодного пространства. Таким образом, электролит позвол ет получать покрыти  с высокими твердостью и износостойкостью при гораздо меньшем расходе твердой фазы , а также приводит к уменьшени энергозатрат, времени и труда при подготовке порошка перед использованием в электролите. Формула изобретени  1.Электролит дл  осаждени  комбинированных электрохимических покрытий на основе никел , содержащий сернокислый и хлористый никель, борную кислоту и частицы твердой фазы , отличающийс  тем, что, с целью снижени  расхода твердой фазы при сохранении высокой твердости и износостойкости покрытий, в качестве частиц твердой фазы он содержит ультрадисперсны1й порошок нитрида тантала при следующем соотношении компонентов , г/л: Сернокислый никель .240-250 Хлористый никель 30-40 Борна  кислота 20-30 Ультрадисперсный порошок нитрида тантала10-60 2.Электролит по п.1, отличающийс  тем, что он содержит порошок нитрида тантала с размером частиц 0,040 ,07 мкм. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе Молчанов В.Ф. и др. КомбиннрованнУё электролитические покрыти . Киев, Техиика 1976, с.125.
2. 2. Сайфу пим Р.С. Комбинированиые электрохимические покрыти  и матерн алы: , Хими , 1972, с. 61-62.