электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия

Формула изобретения

Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, включающий хлорид никеля, борную кислоту, сахарин, оксид алюминия и декагидродекаборат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля шестиводный	200-350
борная кислота	25-40
сахарин	0,7-1,8
оксид алюминия	15-40
декагидродекаборат натрия	1,2-4,5

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гальванотехнике, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, 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 формулой M_z C_n B_m H_x (где M - 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 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, Cr₂O₃ 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 C₂B₉H₁₂ ^2-, B₁₀H₁₀ ^2-, B₁₂H₁₂ ^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.Н., Сысоев Г.Н., Свицын Р.А., Балакай В.И. Электролит для осаждения покрытий сплавом никель-бор - А.с. СССР 1387528, МКИ C25D 3/56. - № 4001609/31-02; заявл. 02.01.86; опубл. 08.12.87).

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

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,
декагидродекаборат 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°C (Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Т.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ C22C 19/03, 26/00, С25D 15/00. - № 5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. № 32. - 3 c.).

Покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточную микротвердость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение микротвердости. Поставленная задача достигается тем, что в состав электролита, содержащий хлорид никеля, декагидродекаборан натрия, борную кислоту, сахарин, дополнительно вводят оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, г/л:

хлорид никеля шестиводный	200-350,
борная кислота	25-40,
сахарин	0,7-1,8,
оксид алюминия	15-40,
декагидродекаборат натрия
(ТУ 6-02-01-513-86)	1,2-4,5.

Режимы электролиза: pH 1,5-5,0, температура 18-40°C, катодная плотность тока 0,5-11,0 А/дм² при перемешивании.

Наличие оксида алюминия в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-бор-оксид алюминия с высокой микротвердостью.

Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°C растворяли 25 г/л борной кислоты, 0,7 г/л сахарина, 200 г/л хлорида никеля шестиводного, после того как довели уровень электролита до необходимого объема вводили 15 г/л оксид алюминия и 1,2 г/л декагидродекаборат натрия. 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-бор-оксид алюминия 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	Концентрация компонентов, г/л
электролиза	1	2	3	4	5	прот.
Хлорид никеля шестиводный	150	200	280	350	370	250
Борная кислота	20	25	32	40	45	30
Сахарин	0,5	0,7	1,2	1,8	2,0	1,0
Оксид алюминия	10	15	25	40	50	-
Декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86)	0,7	1,2	2,5	4,5	5,0	1,9
Ультрадисперсная алмазная суспензия (УДА-В ТУ 84.1124-87)						0,6
pH электролита	5,5	5,0	3,0	1,5	1,0	2,7
Температура, °C	16	18	30	40	45	21
Катодная плотность тока, А/дм	1	2	6	11	12	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	прот.
Микротвердость, ГПа	23	30	31	30	28	23
Внутренние напряжения, МПа	62,3	64,0	67,2	70,4	75,3	-
Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см2	1	2	2	3	4	-
Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавов	Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84
Содержание оксида алюминия, мас.%	0,9	1,4	2,7	3,9	4,5	-
Содержание бора, мас.%	0,2	0,6	1,8	3,1	3,6	1,6
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 оксида алюминия в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к уменьшению микротвердости и износостойкости покрытий;

4. уменьшение содержания оксида алюминия в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению микротвердости и 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 сахарина 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 сахарина ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений;

9. увеличение содержания декагидродекаборат натрия 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 декагидродекаборат натрия ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.

Как видно из табл.2, микротвердость композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, осажденного из заявляемого электролита, превышает микротвердость никель-бор-алмаз, осажденного из прототипа, в 1,3-1,4 раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.

Это позволяет расширить область применения композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия в качестве износостойкого покрытия в машиностроении.