Способ химического меднения углеродных материалов

Способ химического меднения углеродных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к химическому меднению углеродных материалов, преимущественно высокодисперсных углеродных волокон. Цель изобретения - ускорение процесса и улучшение антифрикционных свойств покрытий. Способ включает обработку в растворе, содержащем: сульфат меди (кристаллогидрат) 20-40 г/л, сульфат цинка 0,05-0,2 г/л, концентрированную серную кислоту 18-35 мл/л, воду до 1 л, затем при перемешивании при 20°С периодически порциями по 1-2 г вводят порошок цинка в течение 0,5-1,0 ч до содержания его в растворе 15-46 г/л, после чего продолжают обработку в течение 0,5-1,0 ч, причем процесс ведут при соотношении покрываемого материала с используемым раствором 20 г : 1 л. Введение в раствор серной кислоты и сульфата цинка, а также режим введения порошка цинка и проведения процесса обеспечивают минимальное содержание оксидов меди в покрытии, что приводит к улучшению антифрикционых свойств композиций, получаемых с использованием металлизированных углеродных волокон. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (19) (11) (51)5 С 23 С 18/38 18/54 г геггг,"тЯ 11 г.1 г"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4465219/31-02 (22) 16.05 ° 88 ,(46) 07.11.90. Бюл. Р 41 (71) Хмельницкий технологический институт бытового обслуживания (72) В.И.Кириченко, Г.А.Сиренко и Л.И.Кириченко (53) 621.762.3 (О88.8) (56) Кузьмин А.М. и др. Осаждение меди на углеродные волокна: Сб ° Защитные покрытия на металлах. — Киев:

Наукова думка, 1974, с. 75.

Ермолаев M.È. и др. Химическое меднение порошков природных графитизированных материалов: Сб.2 Нанесение металлопокрытий на неметаллические материалы химическим и электрохимическим методами. — If., МДНТП, 1970, с. 19-24. (54) СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО МЕДНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к химическому меднению углеродных материалов, преимущественно высокодисперсных угИзобретение относится к химическому меднению неметаллических, в частности углеродных материалов,преиму-щественно высокодисперсных углеродных волокон, применяемых в качестве наполнителей антифрикционных смазок и пластмасс.

Целью изобретения является ускорение процесса и улучшение антифрикционных свойств покрытий.

2 леродных волокон. Цель изобретенияускорение процесса и улучшение антифрикционных свойств покрытий. Способ включает обработку в растворе, содержащем: сульфат меди (кристаллогидрат)

20-40 г/л, сульфат цинка 0,05-0,2 г/л, концентрированную серную кислоту

18-35 мл/л, воду до 1 л, затем при перемешивании при 20 С периодически о порциями по 1-2 г вводят порошок цинка в течение 0,5-1,0 ч до содержания его в растворе 15-46 г/л, после чего продолжают обработку в течение

0,5-1,0 ч, причем процесс ведут при соотношении покрываемого материала с используемым раствором 20 г: 1 л. И

Я

Введение в раствор серной кислоты и сульфата цинка, а также режим введения порошка цинка и проведения процессе обеспечивают мииимепвиае садер- С жание оксидов меди в покрытии, что приводит к улучшению антифрикционных свойств композиций, получаемых с использованием металлизированных углер одных волокон . 2 т абл.

Пример 1. Углеродистую ткань

УТМ-8 на основе гидратцеллюлозного волокна (температура карбонизации

850 С) измельчают в мельнице fPII- 1 при 7000 об/мин до волокна с насыпной плотностью 400 кг/м . Рекомендуемая насыпная плотность 400-600 кг/м .

В 1 л воды вводят 20 г сернокислой меди (кристаллогидрат), 18 мл концентрированной серной кислоты (P =

1604862

i, 84), О, 05 г сернокислого цинка, затем вводят 20 r углеродного волокна и перемешивают при 20 С. Затем порциями по 1 r при 20 С и перемешивании в ламинарном режиме вводят в течение 0,5 ч 15 г порошка цинка и перемешивают 0,5 ч после полного до" бавления порошка цинка в том же ре жиме. Полученное медное углеродное 10 волокно извлекают иэ раствора, фильтруют, промывают водой и ацетоном на фильтре. Привес меди 73,3 мас. ., покрытие равномерное, цвета чистой меди. Общее время меднения 1 ч. 15

Л р и м е р 2. В 1 л воды вводят

30 г сернокислой меди (кристаллогидрат), 25 r концентрированной серной кислоты (p = 1,84), О, 1 г сернокислого цинка, затем вводят 20 г углерод-20 ного волокна и перемешивают при 20 С.

О

Затем порциями по 1 г при 20 С и при перемешивании вводят в течение 0,75 ч

30 r порошка цинка и перемешивают

0,75 ч после полного добавления по- 25 рошка цинка. Полученное медное углеродное волокно извлекают из раствора,, фильтруют, промывают водой и ацето- . ном на фильтре. Привес меди

105,7 мас. ., покрытие равномерное, . 30 однородное, цвета чистой меди. Общее время меднения 1,5 ч.

Пример 3. В 1 л воды вводят

40 г сернокислой меди (кристаллогидpGT) 35 г KGHIJBHTpHpoHBHHQH cepHofI кислоты (P = 1,84), 0,2 r сернокислого цинка, затем вводят 20 r углеродО ного волокна и перемешивают при 20 С. о

Затем порциями по 1 г при 20 С и при перемешивании вводят в течение 1 ч 40

46 r порошка цинка и перемешивают 1 ч после полного добавления порошка цинка. Полученное медное углеродное, волокно извлекают из раствора, фильт,—

Р Т IIPoMbIB8I0T водой и аЦетонОм HB 45 фильтре. Привес меди 207,5 мас., покрытие равномерное, цвета чистой меди. Общее время меднения 2 ч.

Пример 4 (прототип). Углеродный,.материал в виде волокна готовят по примеру 1. В 1 л воды вводят 30 r сернокислой меди (кристаллогидрат), затем вводят 20 r углеродного волокна и перемешивают при 20 С. Затем порциями по 1 r при 20 С и при аналогичном примеру 1 перемешивании вносят порошок цинка в количестве 30 r.

Перемешивание после внесения порошка цинка 5 ч. Фильтрование, промывка холодной водой, затем ацетоном на фильтре, сушка на воздухе. Привес меди 27,5 мас./ отмечается неравномерность покрытия, время меднения

6 ч.

Увеличение массы сернокислой меди (кристаллогидрат) до 50 г при тех же значениях масс других веществ и . при тех же параметрах процесса позволяет повысить привес меди ДО 30,5 мас. . отмечается неравномерность покрытия.

Повышение температуры меднения до

65-70 С при тех же значениях загруэа ки и остальных параметров процесса позволяет повысить привес меди до

35,3 мас., отмечается неравномерность покрытия и высокое содержание оксидов меди (покрытие вначале светлое, сильно темнеет).

Предлагаемый способ позволяет ускорить процесс меднения, который проходит более интенсивно за счет введения в раствор серной кислоты и сернокислого цинка согласно уравнениям

2NeS04 + 2Н О (МеОН) БО++ Н 804 (1)

Zn + H S04 = ZnS04 + Н 1 (2)

Понижение концентрации Н БО4 в реакции (1) за счет израсходования ее по реакции (2) приводит к снижению скорости обратной реакции (уравнение

1) в соответствии с законом действия масс

Ъ = k f(NeOH)

Таким образом, вводимая в раствор серная кислота служит для подавления нежелательной реакции гидролиза, так как в сильнокислой среде, как видно иэ уравнения (1), гидролиз практически не может иметь места. Это позволяет более экономно использовать сульфат меди и снизить его расход.

Кроме того, сернокислотный раствор можно использовать для меднения многократно, используя при повторных операциях меднения новые порции

CuSO4 5Н О и цинка — порошка, а серной кислоты — только небольшую, все уменьшаюа ".îñÿ каждым оборотом часть.

Введение в раствор серной кислоты также позволяет улучшить условия меднения, а значит,и показатели процесса за счет изменения гетерогенного

Повьш ение температуры способствует протеканию окислительных реакций„ катализируемых активной графитовой

5 поверхностью и приводящих к образованию оксидов меди (1) и (II) на покрываемой поверхности.

Кроме того, на интенсивность образования оксидов оказывает влияние режим перемешивания. Турбулентный режим перемешивания не рекомендуется, так как приводит к сильной аэрации суспензии покрываемого графита кислородом, а значит,и к усилению процессов окисления. Образовавшиеся оксиды меди останавливают процесс наращивания меди на поверхности, пассивированной оксидами, Для снижения количества оксидов

20 меди (I) и (II) в покрытии (снижение аэрации кислородом и уменьшение интенсивности окисления) рекомендован ламинарный режим перемешивания (Re < 2300), при 20-25 оборотах ме25 шалки в минуту.

Обеспечиваемое при осуществлении предлагаемого способа увеличение скорости и снижение энергоемкости предложенного процесса за счет снижения

30 температуры раствора по сравнению с прототипом позволяют значительно снизить расход химреактивов на единицу привеса меди, а также легко регулировать принес меди в широком интервале от 10 мас.7. до 250 мас.Е на под35 ложке. Использование способа позволяет практически исключить воэможность. остаточного количества цинка, так как обеспечивается высокая скорость взаимодействия цинка с кислотой (при поддерживании рН 1-3), а значит, и высокая скорость восстановления ионов меди (II). Чистота медного покрытия (минимальное содержание оксидов меди), а также равномерность (сплошность)

его, в свою очередь, определяют высокое качество как наполнителя, так и получаемой из него антифрикционной композиции. изобретения

Способ химического меднения углеродных материалов, преимущественно высокодисперсных углеродных волокон, включающий обработку в водном раство ре сульфата меди при перемешивании и периодическом введении в него порошка цинка, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса

5 1604862 механизма восстановления в Фазе твердое — жидкость — твердое в случае прототипа на механизм в фазе твердое. жидкость — газ в предлагаемом способе.

Введение в раствор сернокислого цинка необходимо для того, чтобы в начале процесса создать электрохимическую пару Zn/Zn облегчающую на21 чало восстановления, учитывая электрохимический механизм процесса.

Для изучения антифрикционных свойств получаемых покрытий полученное в соответствии с примерами омедненное углеродное волокно в количестве 15 r в перерасчете на исходное волокно смешивали с порошком политетрафторэтилена. Время смешения

9 мин в ИРП-1 (7000 об/мин). Затем композицию прессовали в виде цилиндров

d = 10 мм и h = 15 мм при Р

750 кг/см с последующим спеканием образцов по известной технологии переработки наполненных Фторопластов.

Антифрикционные свойства полученных образцов представлены в табл. 1.

Данные, представленные в таблице, получены при торцовом трении трех образцов диаметром 10 мм с концевой сферой радиуса 6,35 мм по поверхности стали 45 (Ra = 0,3 мкм; НВ

4,5 ГПа) при ступенчатом нагружении (через 20 Н) от нормальной нагрузки

30 Н до 370 Н на один образец через

1 км пути трения, скорость скольжения 0,3 и/с, температура 50 С.

Износ и нагрузка заедания минерального масла КС-19 с добавкой 5Х графитированного волокна ТГН-2М из гидратцеллюлозного волокна (температура графитизации 2400 С), содержащего 757. меди на волокне, омедненном в соответствии с предлагаемым способом. показаны в табл. 2, Данные, представленные в табл. 2, получены на четырехшариковой машине трения, шары из стали ИХ- 15, скорость вращения верхнего шара 1470 об/мин; нагрузка заедания определена при

1 мин испытаний; износ при нормальной 4 о р M у л а

50 нагрузке на 1 шар 82 Н.

Как видно из пре дс тавле нных в табл. 1 и 2 данных, предлагаемый способ позволяет улучшить антифрикционные свойства получаемых покрытий.

Последнее обусловлено тем, что процесс проводят при комнатной температуре и ламинарном режиме перемешива ния.

1604862 и улучшения антифрикционных свойств покрытий, в раствор дополнительно вводят серную кислоту и сульфат цинка при следующем соотношении компонентов:

Сульфат меди (CuS0q. 5И,0), г

Сульфат цинка,г

Концентрирован20-40

0,05-0,2

Удельный износ, (x10 ) ммэ /м, при нагрузке на один образец, Н

Способ меднения

230 . 330

50 100 370

16,6 35)1 86,2 Разруше- Разрушение об- ние образца разца

Известный

Предлагаемый по примеру

2

1в2 2 ° 9 29ю7 53,3 . 69в3

1,9 3,8 32,8 68,4 110

23 7 3 373 978 1137

Таблица 2

Нагрузка за- Износ едания (на за один шар), 4 ч, Н мм

Способ меднения

0,71

275

435

0,52

0,47

0,43

Составитель E. Кубасова

Редактор А. Шандор Техред Л. Олийнык Корректор И.Эрдейи

Заказ 3435 Тираж 826 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Известный (прототип)

Предлагаемый по примеру

2

3 ная серная кислота, мл 18-35

Вода, л До 1

5 а порошок цинка вводят при 20 С порциями по 1-2 г в течение 0,5-1,0 ч до содержания в растворе 15-46 г/л, после чего продолжают обработку в тече- . ние 0,5-1,0 ч, причем процесс ведут при соотношении покрываемого материа.ла и используемого раствора 20 r: 1л., Таблица 1