электролит для получения никель-железных покрытий

Формула изобретения

Электролит для получения никель-железных покрытий, включающий никель сернокислый, железо (II) сернокислое, магний сернокислый, борную кислоту и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аммоний хлористый, натрий сернокислый, щавелевую кислоту, аскорбиновую кислоту и натрий фтористый при следующем соотношении компонентов, г/л:

никель сернокислый	40-60
железо (II) сернокислое	5-15
борная кислота	10-30
магний сернокислый	0,5-3,5
аммоний хлористый	5-15
натрий сернокислый	40-60
щавелевая кислота	0,5-1,0
аскорбиновая кислота	1-3
натрий фтористый	0,5-1,5
вода	до 1 л

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий сплавом никель-железо на сталях и алюминии и его сплавах и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, авиационной промышленности и др.

Уровень техники

Известен состав электролита для никель-железных покрытий стали [Патент РФ № 2198964, опубликовано 20.02.2003], содержащий (г/л):

Никель сернокислый 225-255

Никель хлористый 30-40

Железо сернокислое 75-85

Кислота борная 40-70

Фуксин основной, ммоль/л 1-3

Хромовый черный, ммоль/л 1-2

или Антипиттинговая добавка "Прогресс", ммоль/л 1-2

Вода до 1 литра

Недостатком аналога являются высокие внутренние напряжения покрытий, малая устойчивость электролита, сложность в приготовлении, низкая рассеивающая способность, относительно низкая твердость и износостойкость покрытий, а также сравнительно высокая стоимость электролита из-за наличия в нем большой концентрации никеля.

Известен сульфатно-хлоридный электролит для электроосаждения сплавов никель-железо [Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. / Под ред. М.А.Шлугера. - М.: Машиностроение, 1985. - Т.1. - 240 с.], содержащий (г/л):

NiSO ₄·7H₂O 50-80

FeCl₃ 8-40

(NH₄)₃C₆ H₅O₇ 24-48

K₄ P₂O₇ 200-500

Пропаргиловый спирт 0,3-0,6

1,4 - бутиндиол 0,06-0,13

рН 8-11

Катодная плотность тока, А/дм² 2-20

Температура, °С 20-60

Недостатком аналога являются высокие внутренние напряжения покрытий, малая устойчивость электролита, сложность в приготовлении, низкая твердость и износостойкость покрытий, а также сравнительно высокая стоимость электролита из-за наличия в нем большой концентрации пирофосфата калия.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, то есть прототипом, является сульфатный электролит для электроосаждения сплавов Ni-Fe [Гальванотехника: Справ. Изд. / Ф.Ф.Ажогин, М.А.Беленький, И.Е.Галь и др. - М.: Металлургия, 1987. - 736 с.], содержащий (г/л):

сульфат никеля	212
сульфат (II) железа	15
сульфат магния	60
борная кислота	25
сахарин	0,5-1,0
лаурилсульфат натрия	0,1
сегнетова соль	30
рН	3,2
Катодная плотность тока, А/дм2	0,5
Температура, °С	20

Недостатками прототипа являются высокие внутренние напряжения покрытий, низкая твердость и износостойкость покрытий, а также сравнительно высокая стоимость электролита из-за наличия в нем больших количеств сернокислых солей никеля и магния. Кроме того, работа электролита при такой низкой плотности тока приведет к существенному увеличению времени электроосаждения.

Сущность изобретения

Задача изобретения - увеличение микротвердости, износостойкости и уменьшение шероховатости никель-железных покрытий с основой из стали и алюминия и его сплавов.

Поставленная задача достигается путем создания электролита для получения электроосаждением сплава никель-железо. Электролит содержит никель сернокислый, железо сернокислое, борную кислоту, магний сернокислый, аммоний хлористый, натрий сернокислый, натрий фтористый и воду и дополнительно содержит добавки аскорбиновую кислоту и щавелевую кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л:

Никель сернокислый	40-60
Железо (II) сернокислое	5-15
Борная кислота	10-30
Магний сернокислый	0,5-3,5
Аммоний хлористый	5-15
Натрий сернокислый	40-60
Натрий фтористый	0,5-1,5
Аскорбиновая кислота	1-3
Щавелевая кислота	0,5-1
Вода	до 1 литра
рН	2-3
Температура, °С	40-80
Катодная плотность тока, А/дм2	0,5-5

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый электролит отличается от него введением новых компонентов, а именно аммония хлористого, натрия сернокислого, натрия фтористого, аскорбиновой кислоты, щавелевой кислоты.

Сульфат никеля, 7-водный, ГОСТ 4465-74, ч, химическая формула NiSO ₄·7H₂O, плотность 1,949 г/см³ , растворимость 21,4 г в 100 г холодной и 43,42 в 100 г горячей воды.

Сульфат железа, 7-водный, ГОСТ 4462-78, ч, химическая формула CoSO₄·7Н₂О, плотность 2,029 г/см³, растворимость при 25°С составляет 39,3 г на 100 г воды и до 100 г повышается с температурой.

Борная кислота, ГОСТ 18704-78, Н₃ВО ₃, плотность 1,46 г/см³, растворимость в 100 г воды: 5,74 (25°С); 14,89 (60°С); 23,54 (80°С).

Сульфат магния ГОСТ 4523-77, MgSO₄·7H ₂O, плотность 2,66 г/см³, растворимость в воде (г в 100 г): 35,5 (20°С), 68,3 (100°С)

Аммоний хлористый, ГОСТ 2210-73, плотность 1,526 г/см³ , растворимость в 100 г воды: 27,9 (25°С); 45,3 (60°С); 23,54 (80°С).

Сульфат натрия ГОСТ 6318-77, Na₂SO₄·10H₂O, плотность 1,49 г/см³, максимальная растворимость в воде при 32,4°С, которая составляет 49,8 г в 100 г воды (в расчете на безводную соль). Ниже и выше этой температуры растворимость падает до 4,5 г при 0°С и до 42,3 г при 100°С.

Фторид натрия, ГОСТ 4463-76, ч, химическая формула NaF, плотность 2,766 г/см³, растворимость в воде 41,5 г/л при 20°С.

Аскорбиновая кислота С₆Н₈О ₆, плотность 1,65 г/см³. Температура плавления аскорбиновой кислоты составляет 192°С (при нормальных условиях). Растворимость аскорбиновой кислоты (1 г на 100 мл растворителя): 33,3 Н₂О.

Щавелевая кислота, химическая формула (СООН)₂·2Н₂O, плотность 1,653 г/см³; растворимость (1 г в 100 мл р-рителя): вода 9,5 (15°С), 120 (90°С).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. Для приготовления 1 л электролита 40 г никеля растворяли в воде при температуре 40°С. В полученный раствор вводили 5 г железа сернокислого и 40 г натрия сернокислого, растворенных при 40°С. К раствору добавляли 0,5 г магния сернокислого, 5 г аммония хлористого при перемешивании. Борную кислоту в количестве 10 г растворяли отдельно при 60°С, затем вводили при перемешивании в полученный раствор. В последнюю очередь вводили аскорбиновую и щавелевую кислоты в количестве 1 г и 0,5 г соответственно. Затем объем полученного раствора доводили до 1 л водой и охлаждали до комнатной температуры. Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л:

Никель сернокислый	40
Железо (II) сернокислое	5
Борная кислота	10
Магний сернокислый	0,5
Аммоний хлористый	5
Натрий сернокислый	40
Щавелевая кислота	0,5
Аскорбиновая кислота	1
Натрий фтористый	0,5

Примеры с другими значениями заявляемого электролита приведены в таблице 1.

Из приготовленных электролитов осаждали никель-железные покрытия. Полученные образцы испытывали с целью определения следующих механических свойств покрытий: микротвердость, износостойкость, шероховатость и внутренние напряжения. При определении диапазона рабочей плотности тока устанавливали верхнюю и нижнюю границы катодной плотности тока. Для их определения на образцы из стали, алюминия и его сплава Д16 электроосаждением наносили никель-железное покрытие толщиной до 6 мкм. Полученные покрытия по внешнему виду соответствуют требованиям ГОСТа 9.301-86, а по сцеплению с основным металлом ГОСТу 9.302-88.

Рассеивающую способность определяли с помощью щелевой ячейки Моллера.

Микротвердость покрытий определяли с помощью ПМТ-3 при нагрузке 100 г.

Износостойкость определяли на машине СМТ-1 при следующих условиях: нагрузка 0,6 кН, пробег 1 км, пара трения Сталь 45-вращающийся диск - с исследуемым покрытием.

Шероховатость поверхности определяли с помощью профилограф - профилометра, модель 252 (с цифровым отсчетом).

Внутренние напряжения электроосажденных осадков определяли методом гибкого катода.

Коэрцетивную силу определяли с помощью вибрационного магнитометра Lake Shore.

При всех испытаниях характеристик получаемого покрытия проводили не менее 4-5 параллельных опытов и брали среднеарифметическое значение величин. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый электролит (примеры 1-3) позволяет получать никель-железные покрытия, обладающие высокими значениями микротвердости, износостойкости, относительно низкой шероховатостью поверхности, низкими внутренними напряжениями, в отличие от прототипа.

Другим преимуществом заявляемого электролита является то, что электролит обладает более широким диапазоном рабочей плотности тока, а также в электролите снижены концентрации основных компонентов, поэтому он имеет более низкую стоимость и его использование с экологической точки зрения более выгодно.

Таблица 1
Концентрация, г/л	Номера примеров
1	2	3	Прототип
Никель сернокислый	40	50	60	212
Железо (II) сернокислое	5	10	15	15
Борная кислота	10	20	30	25
Магний сернокислый	0,5	2	3,5	60
Аммоний хлористый	5	10	15	-
Аскорбиновая кислота	1	2	3	-
Щавелевая кислота	0,5	0,75	1	-
Натрий фтористый	0,5	1	1,5	-
Сахарин	-	-	-	0,5-1,0
Лаурилсульфат натрия	-	-	-	0,1
Сегнетова соль	-	-	-	30
рН	2	2,5	3	3,2
Температура, °С	20	40	60	20
Катодная плотность тока, А/дм2	0,5	2	5	0,5