способ получения прочносцепленных покрытий на основе никеля на металлических деталях

Формула изобретения

Способ получения прочносцепленных покрытий на основе никеля на металлических деталях, включающий предварительную термическую обработку деталей, электроосаждение гальванического покрытия из никельсодержащего электролита и отжиг деталей в инертной среде, отличающийся тем, что предварительную термическую обработку деталей осуществляют при температуре 160-180°C в течение 3-6 ч, электроосаждение проводят из электролита, содержащего сульфаты никеля, магния и кобальта, хлорид никеля и борную кислоту, а отжиг деталей с гальваническим покрытием проводят при температуре 300-400°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам получения изделий с гальваническими покрытиями, и может быть использовано в промышленности в качестве твердого износостойкого покрытия с целью замены твердого хромирования, вредного на сегодняшний день.

Известен способ адгезионной прочности покрытия с подложкой путем термической обработки деталей с никелевым покрытием с добавками фосфора, включающий нагрев до температуры 650°-800°С и заданную выдержку (Гальванотехника. Справочник под ред. А.М.Гинбергана и др., М.: Металлургия, 1987, с.381). Однако в этом случае исходное структурное состояние материала заготовки не обеспечивает интенсивного протекания диффузионных процессов в ее поверхностных слоях, что не позволяет достичь в данном способе качественного сцепления гальванического покрытия с подложкой и обеспечить его плотность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения прочносцепленных гальванических покрытий на металлах и сплавах, включающий предварительную термообработку заготовки с последующим охлаждением, электроосаждение никелевого гальванического покрытия и диффузионный отжиг изделий с покрытием в вакууме (пат. РФ № 2051205, МПК: C25D 5/34, 5/50; C22F 1/00, 1992). Указанный способ получения прочносцепленных гальванических покрытий не обеспечивает сохранение внешнего вида никелевых покрытий.

Задача предлагаемого изобретения - создание технологии получения покрытий на основе никеля, обладающих высокой адгезионной прочностью с металлическими деталями и их плотности по всей поверхности деталей, при сохранении внешнего вида гальванического покрытия с тем, чтобы создать возможность продления срока службы изделий, работающих в жестких условиях, связанных с повышенной температурой и трением.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения прочносцепленных покрытий на основе никеля на металлических деталях, заключающемся в предварительной термической обработке деталей, электроосаждении гальванического покрытия из никельсодержащего электролита и отжиге деталей в инертной среде, предварительную обработку деталей осуществляют при температуре 160°-180°С в течение 3-6 часов, электроосаждение проводят из электролита, содержащего сульфаты никеля, магния и кобальта, хлорид никеля и борную кислоту, а отжиг деталей с гальваническим покрытием проводят при температуре 300°-400°С.

Температурно-временной режим термообработки металлических деталей перед нанесением на нее покрытия: температура 160°-180°С, время выдержки 3-6 часов, обеспечивает снятие внутренних напряжений в структуре металла заготовки, тем самым восстанавливает ее и формирует оптимальную структуру металла, обеспечивающую высокую адгезионную способность покрытия с металлическими деталями. Предварительная термообработка деталей при повышенных температурах, по сравнению с указанным температурно-временным режимом, вызывает нежелательные изменения в микроструктуре, приводящие к снижению прочности сцепления покрытия с деталями. Пониженные, против указанного, температурно-временные режимы не обеспечивают полного восстановления структуры металла деталей перед нанесением на них покрытия, что ограничивает степень взаимодействия электроосажденных слоев с металлическими деталями.

Предложенный состав электролита никелирования, содержащий сульфаты никеля, магния и кобальта, хлорид никеля и борную кислоту, обуславливает необходимое снижение высоких внутренних напряжений (действующих сил растяжения) в никелевом покрытии, которые вызывают опасность образования микротрещин, шелушения и отслаивания покрытия. Снижение внутренних напряжений в покрытии позволяет создать хорошие адгезионные свойства, а значит обеспечить эффективное протекание процессов взаимной диффузии компонентов покрытие-деталь и достижения высокой прочности сцепления, за счет чего значительно возрастает твердость и износостойкость никелевого покрытия.

Температура отжига деталей с гальваническим покрытием 300-400°С оптимально интенсифицирует взаимную диффузию компонентов в системе деталь-покрытие, приводя к расширению зоны соединения, способствует снятию внутренних напряжений, обезгаживанию и в конечном счете обуславливает получение прочносцепленного покрытия на основе никеля, сохраняя при этом его внешний вид. При такой температуре отжига отсутствует возможность образования после термообработки на поверхности никелевого покрытия (никель-магний-кобальт) окисной пленки. Проведение отжига при повышенной, по сравнению с указанной, температуре ухудшает внешний вид покрытия на основе никеля. А понижение, против указанной, температуры отжига кинетически не обеспечивает эффективного протекания процессов взаимной диффузии компонентов покрытие - металлическая деталь и достижения высокой прочности сцепления.

Пример конкретного выполнения

Металлические детали для нанесения на них покрытия нагревали до температуры 160-180°С и выдерживали при этой температуре в течение 3-6 часов. Электроосаждение гальванического покрытия на поверхность металлических деталей проводили из электролита предложенного состава при подобранном соотношении компонентов, г/л:

борная кислота	35
сульфат никеля	300
хлорид никеля	30
сульфат магния	2-5
сульфат кобальта	2-5,

при температуре 40-45°С и катодной плотности тока 1-2 А/дм². Металлические детали с гальваническим покрытием толщиной до 30 мкм подвергали диффузионному отжигу в инертной среде при температуре 300-400°С.

Перечень металлов, используемых в предложенном способе, конкретные числовые значения режимов обработки и результаты проверки прочности сцепления получаемого покрытия с деталями приведены в таблице.

Использование предлагаемого изобретения позволяет получить на поверхности металлических деталей прочносцепленное покрытие на основе никеля при сохранении его внешнего вида. Покрытие обладает повышенной твердостью, износостойкостью и характеризуется:

- высокой прочностью (при испытании на перегиб пластины с толщиной покрытия 30 мкм выдерживают 250 перегибов);

- коррозионной стойкостью (испытания покрытия проводились в камере влаги на образцах из стали 40Х13 в режиме: влажность 93%, температура 40°С, время выдержки 21 сутки, следов коррозии нет);

- высокой жаропрочностью (выдержка в атмосфере воздуха до 500°С в течение длительного времени не дает цвета побежалости от салатового до синего, характерного для никелевого покрытия);

- устойчивость к циклическим перепадам температур.