Электролит для осаждения композиционных покрытий на основе никеля

Электролит для осаждения композиционных покрытий на основе никеля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАВДЕНИЯ КОШОЗИЦИОННЫХ ЦОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, содержащий сульфат или сульфанат никеля, борную кислоту, амфотерное поверхностно-активное вещество и частицы неэлектропроводнрго материала, отличающийся тем, что, с целью снижения степени агломерации частиц размером 0,13 мкм и уменьшения размеров включений в покрытии, в качестве амфотерного поверхностно-активного вещества он содержит соединение, имеющее в своем составе по меньшей мере одну аминогруппу и одну карбоксигруппу или смесь соединений общей формулы у-(СН2)п-СН(х)-СООН кШ(СНр21е где m 0-2, г 0-3, . Х и У Н или NHR или R, R водород или радикал, содержащий 1-8 атомов углерода и 0-3 5 атома азота, R C, при следующем соотношении компонентов, г/л: Сульфат или сульфанат .никеля (в пересчете . на никель) . 60-150 Борная кислота 25-40 Амфотерное поверхностно-активное СО 1 вещество0,1-1,0 Частицы неэлектропроводного материала 60-200 Зо

. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) 0И, ЗСЮ С 25 D 15 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЙЬ .е, „

0,1-1,0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3465411/22-02 (22) 24.05.82 (46) 15.06.84. Бюл. У 22 (72) н.с. перене, л.и. тайцас и P.À. Рагаускайте (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт химии и химической технологии АН ЛитССР (53) 621.357.7:669.248(088.8) (56) 1. Хабибуллин И.Г. и др. Влияние растворииых добавок на свойства композиционного электрохимического покрытия (КЭП) никель-корунд. Защитные . покрытия в машиностроении. Красноярск, Красноярский политехнический институт, 1973, с. 28.

2.Патент ФРГ 9 2644035, кл. С 25 D 15/00, 1975. (54) (57) ЭЛЕКТРОЛИТ ДПЯ ОСАЖДЕНИЯ композиционных покРытий НА осноне

НИКЕЛЯ, содержащий сульфат или сульфанат никеля, борную кислоту, аифотерное поверхностно-активное вещество и частицы неэлектропроводного материала, .отличающийся тем, что, с целью снижения степени агломерации частиц размером 0 13 мкм и уиеньшения размеров включений в покрытии, в качестве аифотерного поверхностно-активного вещества он содержит соединение, имеющее в своем составе по меньшей иере одну аинногруппу н .одну карбоксигруппу или смесь соединений общей формулы (у-(СН2), -СН(х) -СООН) „(RNH(CHg Ц 61, где m = 0-2, М 0-3, и 1-3

I 1

Х и У = Н или NHR или R, R = водород или радикал, содержащий 1-8 атомов углерода и 0-3 атома азота, 3

К = С10НЭ С18НЗ7 при следу9щеи соотношении коипонентов, г/л:

Сульфат или сульфанат никеля (в пересчете на никель) 60-150

Борная кислота 25-40

Амфотерное поверх-. ностно-активное вещество

Частицы неэлектропроводного материала 60-200

1097718

Изобретение относится к гальваностегии, а именно к осаждению композиционных покрытий (КЭП) на основе никеля из электролитов, содержащих в виде суспензии твердые неметалли- 5 ческие частицы, Эти покрытия используют в автомобиле- и машиностроении, инструментальной промышленности и других областях для защиты от износа и высокотемпературной коррозии различных узлов и деталей.

Известен электролит для осаждения композиционных покрытий на основе никеля, содержащий наряду с основными компонентами электролита добавки органических аминосоединений, например трилона Б, гексаметилентетрауксусной кислоты, гликокола и другие.

В качестве дисперсной фазы электролит содержит частицы корунда, окиси хрома и другие (1) .

Наиболее близким к изобретению является электролит для осаждения композиционных покрытий на основе никеля, который наряду с сульфатом никеля, борной кислотой и частицами неэлектропроводного материала содержит амфотерное поверхностно-активное вещество — гидроокись имидазолина, которое стимулирует осаждение частиц ЗО дисперсной фазы, адсорбируясь на них, и повышает содержание дисперсной фазы в покрытии (21.

Однако известные электролиты не устраняют агломерацию мелких частиц и их целесообразно использовать лишь для соосаждения более крупных (814 мкм) частиц. При этом не исключается возможность включения s покрытие не отдельных частиц, а их 40 агломератов, Цель изобретения — снижение степени агломерации частиц размером

О, 1-3 мкм и уменьшение размеров включений в покрытии. 45

Указанная цель достигается тем, что электролит для осаждения композиционных покрытий на основе никеля, содержащий сульфат или сульфанат ни-, келя, борную кислоту, амфотерное поверхностно-активное вещество и частицы неэлектропроводного материала, в качестве амфотерного поверхностно-активного вещества содержит сое55 динение, имеющее в своем составе по меньшей мере одну аминогруппу и одну карбоксигруппу или смесь соединений общей формулы (у-(СН )„-СН(х) -СООН) (Вин(СН ) Д 6 гдеm 0-2, У=О-З, и= 1-3, Хй У=

Н или NHR или К, 1

К = водород или.радикал, содержа1щий 1-8 атомов углерода и 0-3 атома азота, R = С10Н2! С!8НЭт при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сульфат или сульфанат никеля (в пересчете на никель) 60-150

Борная кислота 25-40

Амфотерное поверхностно-активное ве0,1-1,0 щество

Частицы неэлектропроводного материала 60-200 Действие вводимых в предлагаемый электролит амфотерных ПАВ отличается от известных тем, что, увеличивая содержание дисперсной фазы в покрытиях, они приводят, кроме того, к уменьшению агломерации и размеров включений. В объеме электролита (рН 2-S) эти ПАВ действуют как катионные, способствуя миграции частиц к катоду, Из-за наличия градиента рН в приэлектродном слое происходит постепенная ионизация карбоксигрупп и уменьшаются катионные свойства соединений. ПАВ не адсорбируются на катоде, сохраняя стабилизирующее действие на частицы в непосредственной близости от него.

В результате дисперсная фаза в покрытиях характеризуется наименьшими размерами включений.

Катионные же ПАВ. обычно применяемые при осажпении КЗП> изменяя заряд частиц, способствчют повышению содержания дисперсной фазы в покрытиях. При этом они активно взаимодействуют. с катодом. Вследствие уменьшения концентрации ПАВ в приэлектродном слое. снижается их стабилизирующее действие и мелкодисперсные частицы зарастают в основном в виде агломератов.

Обязательным условием положительного действия ПАВ на агломерацию частиц является наличие в нем по меньшей мере одной карбокси- и аминогруппы, причем в случае использования индивидуального соединения эти группы должны входить в состав этого соединения, при использовании же смеси соединений возможно присутствие в смеси соединений,содержащих одну из этих групп, т.е. когда либо m, либо Р равны О.

10977

Электролит готовят следующим об- I разом.

Необходимые количества солей никеля н борной кислоты (все марки хч)

1 растворяют в 9/10 требуемого объема дистиллированной воды при нагреве.

Раствор очищают активированным углем и селективной обработкой при плотности тока 0,1-0,3 А/дм и при переме2 шивании в течение 12 ч. Очищенный 10 электролит смешивают с необходимым количеством керамического микропорошка, после чего добавляют ПАВ и объем электролита доводят до .требуемого. Минимальные концентрации солей никеля и борной кислоты ограничены ухудшением качества покрытий при применяемых повышенных плотностях тока, а максимальные концентрации— растворимостью этих веществ. Уменьшение концентрации порошка в электролите и добавки-стимулятора соосаждения ниже указанных минимальных пределов отрицательно сказывается на содержании ди"персной фазы в покры- 25 тии. Увеличение концентрации этих веществ выше указанных максимальных нерентабельно из-за отсутствия заметного влияния на положительный эффект. 30

В опытах использованы наиболее мелкие порошки, выпускаемые отечественной промышленностью. По ГОСТ 364780 порошок марки М1 (электрокорунд белый — ЭБ) содержит частицы размером35 менее 1-3 мкм, а порошок марки МЗ (карбокорунд зеленый — КЗ) — менее

1-6 мкм. Процесс осаждения осущест2 вляют при плотности тока 16-26 А/дм и температуре 50 С (оптимальное зна- 40

0 чение).

Пример. Для осаждения композиционных покрытий на основе никеля в соответствии с изобретением было приготовлено несколько электролитов, состав которых и режим осаждения приведены в таблице.

»

В примерах 1-3 в качестве соли никеля электролит. содержит сульфат 50 никеля, а в примерах 4-7 сульфанат.

Примеры 1-4 приведены для электролитов, не содержащих ПАВ, а. примеры 2 и 5 для известного электролита.

В примере 3 в качестве ПАВ элек- у тролит содержит триптофан, имеющий в соответствии с общей формулой m = 1, 0, n= 1, X =HZ» У=CI»HSNH о

18 ь

В примере 6 электролит содержит

I1AB — аргинин, имеющий в соответствии с общей формулой m = 1, 2 = О, п = 3, Х = NH, Y = NHR, R = C(NH)—

NkI, т е NH C(NH)-NH-(CH ) -СН" ""

2 2

СООТГ

В примере 7 электролит содержит ПАВ смесь аминокислот, в соответствии с общей формулой имеющее m = 0-3, 2 =

О 3, n = 1, X = H, У = ИНК » R

СН(СООН) СНд (СН3) » R С1оН 1 С1а НЗ7 т. е. (NHR-СН -СН2-СООН),„(RH(СH )>)g .

Процесс осуществляют в ванне объемом в 1 л при горизонтальном и вертикальном расположении катода, в качестве которого используют латунную пластинку размером 2х2,5 см. Толщина наносимого покрытия составляет 100 мк| .

Электролит подвергают механическому перемешиванию мешалкой, скорость которой такая, что скорость движения электролита относительно катода составляет 0,25-0,75 м/с.

Содержание дисперсной фазы в покрытиях анализируют весовым и точечным методом Глаголева по микрошлифам поверхности. Точность анализа этим методом характеризуется вероятной ошибкой - 1X. Среднюю площадь сечения включений рассчитывают по микрошлифам поверхности по формуле

S = „(мкм ), О5 2 где q — объемная доля частиц, полученная точечным методом;

S — анализируемая площадь микрошлифа — 1600 мкм

2.

N — количество включений, находящихся на анлизируемой площади.

Степень агломерации рассчитывают как отношение S/S 0, где So — наименьшая из полученных средних площадей сечений.

Анализ содержания дисперсной фазы весовым методом проводят по методике, включающей растворение покрытия, филь трацию дисперсной фазы, отжиг при

700-900 С, взвешивание.

Микротвердость покрытий определяют с помощью прибора ПМТ-3 при нагрузке на индентор 50 г и рассчитывают по среднему значению из пяти параллельных замеров.

Эластичность или относительное удлинение при изгибе определяют изгибом покрытия, снятого с подложки, вокруг стержня известного диаметра.

Полученные результаты приведены в таблице.

109771 счете на Ni) г/л 90

90

150

150 60

150

32,5 40

40

25

Ворная кислота

Твердые неметаллические частицы, г/л

200 130.

60

200

КЗМЗ КЗИЗ ЭБМ1 ЭБМ1 ЭБМ1

КЗИЗ КЗИЗ

Марка частиц

Поверхностноактивное вещество, г/л

0,1

0,1

1р0 О 65 10

Наименование вещества

Цикли- Аргимид нин

Триптофан

Смесь аминокислот

Положение катода в ванне

В

В

Плотность катодного тока, А/дм

16

25

25 рН электролита

3,0

3,0

3,0 3,0 3,.0 3,0 3,0

Температура электролита, С

50

50

50

Скорость движения электролита, м/с 0,25- 0,25- .0,25- 0,25- 0,25- 0,25- 0,25О 75 О 75 О 75 0 75 О 75 О 75

0,75

Как следует из таблицы, в покрытиях, получаемых из предлагаемого . ,электролита, в 3-12 раэ меньше степень агломерации и средняя площадь сечения включений по сравнению с 5 известным электролитом. Вследствие уменьшения агломерации происходит внедрение большего количества мел,ких (О, 1-1 мкм) частиц при использовании стандартнык абразивных порошков. Это обеспечивает увеличение твер8 6

t дости покрытий в 2 раза при сохранении их эластичности и в 1,65 раза большее содержание дисперсной фазы на вертикальном катоде. Данный электролит позволяет осаждать на вертикальных поверхностях высококачественные композиционные никелевые покрытия при высоких (25 А/дм ) плотностях тока.

Указанные преимущества позволяют широко использбвать предлагаемый электролит s народном хозяйстве.

1097718

Продолжение таблицы

2 3 4 5 6 7

8,0 13,8 19,6

23,3

25! . вес.3:

7,6

0,82 0,32 0,25

Степень агломерации

3,28 1,28 1

Микрошлиф

Твердость, кгс/нм 250

2 в

280 470

520

470 250

350

1,2 4,0

4,0

4,0 12

0,6

Эластичность,%

Редактор П. Макаревич

Заказ 4163/26 Тираж 633 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Содержание дисперсной фазы в покрытии, об.X

Средняя площадь сечения вклняений, мкм2

103 99 12 46 83

2,98 0,4

11,9 1,6.

Составитель Л. Казакова

Текуед И.Гергель- Корректор С. Шекмар