электролит для осаждения композиционного покрытия никель-фторопласт

Формула изобретения

Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-фторопласт, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э, хлорамин Б и воду, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л:

Хлорид никеля	150-350
Борная кислота	25-40
Хлорамин б	1,5-4,5
Фторопластовая эмульсия ф-4д-э	7-35

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гальванотехнике, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-фторопласт, с целью применения их в различных отраслях промышленности в качестве износостойких покрытий. Чем выше эти характеристики, 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 износостойкостью 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 формулой M_zC_nВ _mН_х (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, x=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 формулой C₂B ₉H₁₂NH_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, Cr₂O ₃ 100 (TiO₂ 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 C ₂B₉H₁₂ ^2-, В₁₀Н₁₀ ^2-, В₁₂Н ₁₂ ^2-) 0,5-1,0, спирты ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 0,2-0,9, соляная кислота или гидрокись аммония (35%) до рН 1-5 (Гальванические покрытия сплавом никель-бор взамен хрома. Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Сысоев Г.Н., Балакай В.И. // Теоретические основы технологии нанесения химических покрытий из металлов и сплавов: Тез. докл. Укр. республ. конф. - К., 1988. - С.34-35.).

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

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава никель-бор-фторопласт, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, соль анионного полиэдрического бората и фторопластовую эмульсию при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля	200-300
борная кислота	20-30
соль анионного полиэдрического бората
(в пересчете на С2 В9Н12 2-, В10Н10 2-, B12H12 2-)	0,5-1,0
фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э	5-30

Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 23-27°С, катодная плотность тока 4-10 А/дм² (патент №2213812 РФ, МКИ C25D 15/00. Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-фторопласт / В.И.Балакай (РФ). - №2002113832/02; Заявл. 27.05.2002; Опубл. 10.10.2003; Бюл. №28. - 4 с.).

Покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточную износостойкость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости.

Поставленная задача достигается тем, что электролит, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э, хлорамин Б, отличается тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л:

хлорид никеля	150-350
борная кислота	25-40
хлорамин Б	1,5-4,5
фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э (ТУ 6-05-041-508-79)	7-35

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

Наличие фторопластовой эмульсии в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-фторопласт с высокой износостойкостью.

Никель является хорошим конструкционным материалом, и поэтому большое значение имеет разработка на его основе покрытий, обладающих высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения. В связи с этим был разработан материал на основе никеля в виде сплава никель-бор, который обладает высокой твердостью и износостойкостью (получено авторское свидетельство №1387528). С целью увеличения износостойкости сплава никель-бор было предложено дополнительно вводить в покрытие фторопласт (так называемый самосмазывающий материал), который образует на поверхности композиционного покрытия никель-бор-фторопласт тонкую пленку из фторопласта в результате трения двух поверхностей друг о друга и раздавливания фторопласта, находящегося в покрытии (получены патенты №2213812, 2213813). Однако из-за того, что покрытие обычно не имеет идеально гладкую поверхностью, более твердое покрытие в последнем случае своими выступами должно разрушать самосмазывающий материал, который образуется на поверхности покрытий в виде фторопласта с большей скоростью и тем самым снижает износостойкость покрытий и их коэффициент трения. Поэтому было предложено с целью увеличения износостойкости покрытий и снижения коэффициента трения наносить на трущиеся изделия не композиционное покрытие никель-бор-фторопласт, а композиционное покрытие никель-фторопласт. В настоящее время износостойкие и самосмазываемые покрытия представляют определенный практический интерес.

Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли 25 г/л борной кислоты, 1,5 г/л хлорамина Б и 150 г/л хлорида никеля, после того как довели уровень электролита до необходимого объема, вводили 7 г/л фторопластовой эмульсии Ф-4Д-Э. рН электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л). Износостойкость покрытия, осажденного из данного электролита, равна 0,74 мкм/ч.

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

Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства композиционных покрытий никель-фторопласт и сплава никель-бор-фторопласт, осажденных при температуре (18-40°С) из предлагаемого электролита и из прототипа никель-бор-фторопласт, приведены в табл.2.

Таблица 1 Составы электролитов и режимы электролиза
Состав электролитов и режимы электролиза	Концентрация компонентов, г/л
	1	2	3	4	5	прот
Хлорид никеля	130	150	250	350	370	250
Борная кислота	20	25	32	40	45	30
Хлорамин Б	1,0	1,5	3,0	4,5	5,0	-
Соль анионного полиэдрического бората общей формулой формулой MzСn ВmНх (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12)	-	-	-	-	-	3,0
Фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э	5	7	20	35	38	20
рН электролита	5,7	5,5	3,0	1,1	1,0	3,0
Температура, °С	16	18	30	40	45	21
Катодная плотность тока, А/дм2	4	6	9	14	13	6

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;

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

4) 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;

5) 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;

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

7) увеличение содержания фторопластовой эмульсии 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 фторопластовой эмульсии ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.

Таблица 2 Физико-механические свойства покрытий
Характеристики электролита и сплава никель-бор и композиционного покрытия никель-бор-фторопласт	Электролиты
	1	2	3	4	5	прот
Износостойкость в условиях граничного трения со сталью Ст 45 при нагрузке 20-30 кгс/см2 , мкм/ч	0,52	0,48	0,42	0,40	0,38	0,56
Микротвердость, ГПа	3,8	4,2	4,6	4,9	5,0	8,6
Внутренние напряжения, МПа	58,3	59,0	61,2	64,4	69,3	64,8
Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см2	0	1	1	2	4	2
Сцепление с основой из стали, меди и ее сплавов	Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84
Содержание бора, мас.%	-	-	-	-	-	1,3
Содержание фторопласта, мас.%	0,9	1,2	2,9	4,6	4,9	2,1
Скорость осаждения, мкм/ч	36	61	75	138	147	60
Рассеивющая способность (по Херингу и Блюму), %	10	10	11	13	17	14
Стабильность, %	100	100	100	100	100	100

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

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