электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт

Классы МПК:C25D15/00 Покрытия с включенными в них материалами, например частицами, спиральными пружинами, проволокой, получаемые электролитическим способом или способом электрофореза
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-12-14
публикация патента:

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения никелевых композиционных покрытий. Электролит-суспензия содержит, г/л: сульфаминовокислый никель - 250-300; хлористый никель - 15-20; борную кислоту - 25-40; порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом - 110-200; диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты - 0,4-0,8; сульфосалициловую кислоту - 0,1-0,2; поверхностно-активные вещества - 3,5-6 и воду - остальное. Технический результат: повышение скорости осаждения покрытия и снижение коэффициента трения. 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения

Электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, включающая хлористый никель, борную кислоту, порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом, диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты, поверхностно-активные вещества и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сульфаминовокислый никель и сульфосалициловую кислоту при следующем соотношении компонентов, г на 1 л раствора:

сульфаминовокислый никель 250-300
хлористый никель15-20
борная кислота 25-40
порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом 110-200
диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты 0,4-0,8
сульфосалициловая кислота0,1-0,2
поверхностно-активные вещества3,5-6,0
вода остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимическим производствам, гальванотехнике, а именно к электрохимическому осаждению никелевых композиционных покрытий, в частности металлфторопластов.

Известна электролит-суспензия (Патент США N 4098654, кл. C25D 15/00) следующего состава, г/л:

Сульфат никеля190-240
Хлористый никель 60-90
Борная кислота30
Политетрафторэтилен (ПТФЭ)3-150
Поверхностно-активные вещества (в расчете на 1 м2 поверхности частиц), ммоль/м 20,003
Вода остальное

Режим осаждения: рН 4,5, Т=323-333 К, плотность катодного тока i к=1-2 А/дм2, механическое перемешивание. Недостатком этого электролита-суспензии является проявление высоких внутренних напряжений у осажденного композита, что вызвано необходимостью качественной стабилизации суспензии поверхностно-активными веществами, которые зачастую наряду с внедрением частиц в матрицу являются источником внутренних напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому является электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт (RU 2155246 C1, опубл. 27.08.2000), включающая сульфат никеля, хлористый никель, борную кислоту, порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом, диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты, поверхностно-активные вещества и воду, при соотношении компонентов в граммах на 1 литр раствора:

Сульфат никеля240-340
Хлористый никель 30-60
Борная кислота30-40
Порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом 20-150
Диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты 0,4-0,8
Поверхностно-активные вещества0,4-3
Вода остальное

Однако покрытие на основе электролита-суспензии имеет высокий коэффициент трения и низкую скорость осаждения покрытия.

Технической задачей изобретения является снижение коэффициента трения и повышение скорости осаждения покрытия, полученного на основе электролита-суспензии.

Поставленная задача решается введением в электролит-суспензию для получения покрытий никель-фторопласт, включающую хлористый никель, борную кислоту, порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом, диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты, поверхностно-активные вещества и воду, дополнительно сульфаминовокислого никеля и сульфосалициловой кислоты, при соотношении компонентов в граммах на 1 литр раствора:

Сульфаминовокислый никель 250-300
Хлористый никель15-20
Борная кислота 25-40
Порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом 110-200
Диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты 0,4-0,8
Сульфосалициловая кислота0,1-0,2
Поверхностно-активные вещества3,5-6
Вода остальное

Режим осаждения: рН 4,0-4,5, Т=333 K, плотность катодного тока i к=2-8 А/дм2, механическое перемешивание.

В результате использования предложенной композиции снижается коэффициент трения и повышается скорость осаждения покрытия.

Пример 1

Электролит-суспензию готовили, диспергируя предварительно приготовленный концентрат - смесь порошка сополимера тетрафторэтилена с этиленом Ф-40 (ТУ-301-05-17-89) 200 г/л и поверхностно-активных веществ 6 г/л в электролите, составленном на основе сульфаминовокислого никеля 250 г/л, хлористого никеля 30 г/л, борной кислоты 30 г/л, диимида 4,6-дисульфоизофталевой кислоты 0,4 г/л, сульфосалициловой кислоты, растворенных в дистиллированной воде.

Электролиты предварительно прорабатывали в течение 10 часов в ячейке со стальным катодом при плотности тока 1,5 А/дм2. Покрытия толщиной 20 мкм наносились из ванны стандартного типа на бронзовые цилиндры с поверхностью 0,045 дм2 при рН 4,5, Т=333 K и плотности тока 8 А/дм 2. Измерение внутренних напряжений производили с помощью рентгеноструктурного метода, оценивая уширение пиков линий дифракционных максимумов.

Определение коэффициента трения покрытий

Сравнительную оценку износостойкости пар трения осуществляли на образцах по схеме торцевого трения скольжения втулочных образцов. Торцевое трение скольжения втулочных образцов по схеме «кольцо - кольцо» проводили на машине трения И47-1 в условиях капельной смазки гидрожидкостью (масло И-20) при Руд=15 кг/см 2 и n=250 об/мин.

Методика основана на измерении силы трения и износа элементов пар трения. Момент трения регистрировался самопушущим прибором типа КСП.

Весовой износ элементов пар трения определялся по разности весов до и после испытаний на аналитических весах с точностью до 0,1 мг. Коэффициент трения рассчитывался по формуле:

fтр ср/NнРср,

где Р ср - средний радиус образца, см; Мср - средний момент трения, кг·см; Nн - номинальное усилие прижатия образцов, кг.

За результат испытания принималось среднее арифметическое значение из трех параллельных испытаний свежих пар трения.

Определение скорости осаждения покрытия.

Скорость осаждения покрытия вычисляли через массу осадка образца и время осаждения

m=m2-m1,

где m - масса осадка, г;

m1 - масса образца без покрытия, г;

m2 - масса образца с покрытием, г;

t - время осаждения, ч.

Определение содержания частиц сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии

Состав композиционного никельфторопластового покрытия определялся на основе фотоколориметрического анализа никеля, а содержание сополимера тетрафторэтилена с этиленом - по разности навески. Для фотоколориметрического анализа использовался фотоэлектрический концентрационный колориметр КФК - 2МП.

Массу сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии определяли по следующей формуле:

mфт=mпокр-m Ni,

где mфт - масса сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, г;

m покр - масса покрытия, г;

mNi - масса никеля в покрытии, г.

Объемную долю (%) сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии рассчитывали по формуле:

электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677

где Vоб - объемная доля сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, %;

М фт - масса сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, г;

электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 ме - плотность металла, г/см3;

Аналогичным образом (примеры 2-3) готовили электролиты суспензии, проводили электроосаждение, определяли свойства покрытий.

Примечание: катионное поверхностно-активное вещество марки (ЧАС-Т) представляет собой четвертичное аммониевое соединение на основе производного триммера окиси гексафторпропилена C 16H20F17NO4Cl (ТУ 044-65-90);

неионогенное поверхностно-активное вещество марки ОС-20 представляет собой моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот

Сn H2n+1O(C2H4O)mH, где n=18, m=20.

Как видно из таблицы, покрытия, полученные из предлагаемого электролита, имеют более высокую по сравнению с прототипом скорость осаждения покрытий и более низкий коэффициент трения. Составы, параметры и свойства показаны в таблице.

Состав электролита (г/л) Пример по прототипу пат. 2155246 Примеры по изобретению
12 3
Сульфат никеля250 -- -
Сульфаминовокислый никель- 300250 280
Хлористый никель30 1520 18
Борная кислота30 4025 30
Диимид 4,6 дисульфоизофталевой кислоты 0,80,4 0,60,8
Сополимер тетрафторэтилена с этиленом марки Ф-40 100200 110150
Сульфосалициловая кислота - 0,20,1 0,15
Поверхностно-активные вещества:электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677
- катионное марки ЧАС-Т 2,24 2,53
- неионогенное марки ОС-20 0,8 21 1,5
электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677
Параметры и свойстваэлектролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677 электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт, патент № 2479677
Температура осаждения, К333 333 333333
рН 4,64,5 4,04,3
Плотность тока, А/дм 22 82 6
Внутренние напряжения, мПа34 28 3230
Объемное содержание сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, % об. 1868 2456
Коэффициент трения 0,4 0,110,3 0,2
Скорость осаждения, мкм/час 2486 3262

Класс C25D15/00 Покрытия с включенными в них материалами, например частицами, спиральными пружинами, проволокой, получаемые электролитическим способом или способом электрофореза

способ и устройство для изготовления твердых покрытий с низкой степенью износа -  патент 2503752 (10.01.2014)
способ нанесения гальванических железных покрытий в проточном электролите с крупными дисперсными частицами -  патент 2503751 (10.01.2014)
состав электролита золочения и способ его приготовления -  патент 2501891 (20.12.2013)
электролит для нанесения покрытия композиционного материала на основе сплава олово-цинк -  патент 2493296 (20.09.2013)
гальванический композиционный материал на основе никеля -  патент 2489531 (10.08.2013)
электролит для осаждения композиционного покрытия никель-кобальт-оксид кремния-фторопласт -  патент 2489530 (10.08.2013)
гальванический композиционный материал на основе сплава олово-цинк -  патент 2489528 (10.08.2013)
способ получения гальванического композиционного покрытия, содержащего наноалмазные порошки -  патент 2487201 (10.07.2013)
способ получения композитных полимер-оксидных покрытий на вентильных металлах и их сплавах -  патент 2483144 (27.05.2013)
способ получения композиционных электрохимических покрытий никель-диборид хрома -  патент 2482226 (20.05.2013)
Наверх