электролит для осаждения композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз

Формула изобретения

Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, ультрадисперсную алмазную суспензию и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сульфат кобальта и хлорамин Б при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля шестиводный	200-350
сульфат кобальта семиводный	8-12
борная кислота	25-40
хлорамин Б	1,5-4,5
ультрадисперсная алмазная суспензия	0,1-2,3

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз, с целью применения их в различных отраслях промышленности в качестве покрытий, обладающих высокой микротвердостью. Чем выше микротвердость, тем выше надежность и долговечность изделий и шире область их применения.

Известны электролиты для нанесения сплавов и композиционных покрытий на основе никеля с целью получения покрытий с повышенной микротвердостью следующего состава, г/л:

1. сульфат или сульфамат никеля или кобальта 100-250, хлорид никеля 15-20, борная кислота 15-20, соль анионного полиэдрического бората общей формулы M_zC_nВ_mH _х (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, х=8, 10, 12) 0,03-0,45 (А.С. СССР № 1129974, 1981);

2. хлорид никеля или кобальта 10-20, сульфамат никеля или кобальта 50-200, борная кислота 25-30, алкилпроизводное бората общей формулы C₂B₉ H₁₂NH_nR_m (где R - алкил, n=0, 1, 2, 3, m=1, 2, 3, 4) 0,5-4,0 (А.С. СССР № 527488, 1974);

3. хлорид никеля 60, сульфат никеля 300, борная кислота 30, Сr₂О₃ 100 (ТiO₂ 25, TiC 50) (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия, 1977. - 272 с.);

4. хлорид никеля 200-300, борная кислота 20-30, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на C₂B₉H₁₂ ^2-, В₁₀H₁₀ ^2-, В₁₂H₁₂ ^2-) 0,5-1,0, спирты ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 0,2-0,9, соляная кислота или гидрокись аммония (35%) до pH 1-5 (Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Кудимов Ю.И., Сысоев Г.И., Свицын Р.А., Балакай В.И. Электролит для осаждения покрытий сплавом никель-бор - А.с. 1387528 СССР, МКИ С25D 3/56. - № 4001609/31-02; заявл. 02.01.86; опубл. 08.12.87).

Однако покрытия, осажденные из данных электролитов, имеют недостаточную износостойкость.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава никель-бор-алмаз следующего состава, г/л:

хлорид никеля шестиводный	200-300
борная кислота	20-25
аммоний сернокислый	10-40
сахарин	0,6-1,5
декагидродекаборан натрия
(ТУ 6-02-01-513-86)	0,3-3,6
ультрадисперсная алмазная суспензия
(УДА-В ТУ 84.1124-87)	0,05-1,2.

Катодная плотность тока 1-5 А/дм², pH 1,0-4,5, температура 18-25°С (Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Г.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ С22С 19/03, 26/00, С25D 15/00. - № 5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. № 32. - 3 с.).

Покрытия, осажденные из данного электролита имеют недостаточную микротвердость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение микротвердости.

Поставленная задача достигается тем, что в состав электролита, содержащего хлорид никеля, ультрадисперсную алмазную суспензию, борную кислоту, хлорамин Б дополнительно вводят сульфат кобальта при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля шестиводный	200-350
сульфат кобальта семиводный	8-12
борная кислота	25-40
хлорамин Б	1,5-4,5
ультрадисперсная алмазная суспензия
(УДА-В ТУ 84.1124-87)	0,1-2,3.

Режимы электролиза: pH 1,1-5,0, температура 18-40°С, катодная плотность тока 0,5-14,0 А/дм² при перемешивании.

Наличие сульфата кобальта в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-кобальт-алмаз с высокой микротвердостью.

Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли 25 г/л борной кислоты, 1,5 г/л хлорамина Б, 150 г/л хлорида никеля шестиводного и 8 г/л сульфата кобальта семиводного, после того как довели уровень электролита до необходимого объема, вводили 7 г/л ультрадисперсной алмазной суспензии. pH электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).

Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике, описанной выше. А значения микротвердости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2, соответственно.

Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства композиционных покрытий никель-кобальт-алмаз и никель-бор-алмаз приведены в табл.2.

Граничные концентрации компонентов электролита выбраны по следующим соображениям:

1. увеличение содержания никеля в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно, что связано с предельной растворимостью хлорида никеля, уменьшением рассеивающей способности и стабильности электролита, ухудшением качества покрытий, увеличением расхода никеля за счет уноса электролита вместе с деталями;

Таблица 1
Составы электролитов и режимы электролиза
Состав электролитов и режимы электролиза	Концентрация компонентов, г/л
1	2	3	4	5	прототип
Хлорид никеля шестиводный	150	200	280	350	370	250
Сульфат кобальта семиводный	6	8	10	12	15	-
Борная кислота	20	25	32	40	45	30
Хлорамин Б	1,0	1,5	3,0	4,5	5,0	-
Сахарин	-	-	-	-	-	1
Аммоний сернокислый	-	-	-	-	-	25
Декагидродекаборан натрия (ТУ 6-02-01-513-86)	-	-	-	-	-	1,9
Ультрадисперсная алмазная суспензия (УДА-В ТУ 84.1124-87)	0,05	0,1	1,7	2,3	2,5	0,6
рH электролита	5,7	5,5	3,0	1,1	1,0	2,7
Температура, °С	16	18	30	40	45	21
Катодная плотность тока, А/дм2	4	6	9	14	13	3

Таблица 2
Физико-механические свойства покрытий
Характеристики электролита и композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз и никель-бор-алмаз	Электролиты
1	2	3	4	5	прототип
Микротвердость, ГПа	22	25	29	27	23	23
Внутренние напряжения, МПа	58,3	59,0	61,2	64,4	69,3	-
Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см2	0	1	1	2	4	-
Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавов	Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84
Содержание бора, мас.%	-	-	-	-	-	1,6
Содержание кобальта, мас.%	1,	2,1	5,7	7,3	7,6	-
Содержание ультрадисперсного алмазного порошка, мас.%	0,1	0,4	1,8	3,2	3,6	1,3
Стабильность, %	100	100	100	100	100	100

2. уменьшение содержания никеля в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению скорости процесса, снижению выхода по току и ухудшению качества осаждаемого покрытия;

3. увеличение содержания кобальта в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к уменьшению износостойкости покрытий;

4. уменьшение содержания никеля в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению износостойкости покрытий;

5. увеличение содержания борной кислоты в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно. Это связано с пределом растворимости борной кислоты и ухудшением качества покрытий и уменьшения износостойкости покрытий;

6. уменьшение содержания борной кислоты ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к уменьшению буферной емкости электролита, снижению выхода по току, интервалов работы электролита, ухудшению качества покрытий и уменьшению износостойкости покрытий;

7. увеличение содержания хлорамина Б выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;

8. уменьшение содержания хлорамина Б ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений;

9. увеличение содержания ультрадисперсной алмазной суспензии выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий и уменьшению износостойкости покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;

10. уменьшение содержания ультрадисперсной алмазной суспензии ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.

Как видно из табл.2, износостойкость композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз, осажденного из заявляемого электролита, превышает износостойкость сплава никель-бор-алмаз, осажденного из прототипа, в 1,2-1,3 раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.

Это позволяет расширить область применения композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз в качестве износостойкого покрытия в машиностроении.