Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий

Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к химическому осаждению никелевых композиционных покрытий из раствора, содержащего никель хлористый, гипофосфит натрия, аминоуксусную кислоту, цистеин, катионоактивную добавку - лаурилбензилдиметиламмоний хлористый или смесь бензолсульфонатов метилдиэтиламинометильных производных полиэтиленгликолевых жиров алкилфенолов выравнитель А и тонкодисперсный порошок нитрида кремния с удельной поверхностью (S) 35 м2/г. Покрытия отличаются твердостью, небольшими внутренними напряжениями и хорошей химической устойчивостью, в особенности при повышенных температурах. 1 табл. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 23 С 18/36

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СО ОО

ОО

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903549/26

% (22) 19. l 1.90 (46) 15.04.93. Бюл; № 14 (71) Институт химии и химической технологии (72) М.В.Куртинайтене, И,И,Житкявичюте, Г.И.Розовский и А.А.Чейка (56) Борисенко А.И„Гусева И.В. Получение композиционных покрытий методом хими- ческого осаждения, Л., Наука, 1979, Feldstein N. Metal Finisch, 82, ¹ 1, 417420, 1984.

Kloos К.Н., Wagner E„Broszeit Е,L.

Werkstofftechnik, 9, ¹ 9, s,305-310, 1970.

Гаврилов Георги Георгиев, Получаване и изследване на химически дисперсни покрития с никел-фосфорна матрица и дисперсоиди алуминиев окис, силициев карбид и синтетични диаманти върху стоманени основи. Автореферат на соискание степени кандидата технических наук, София, 1975.

Куртинайтене М.В., Житкявичюте И.И.

Исследования в области осаждения металлов, Вильнюс, стр,278-288.

Изобретение относится к осаждению металлов, в частности к нанееению никелевых композиционных химических покрытий (КХП) и может быть использовано в машиностроении, инструментальной, химической и др, областях промышленности для производства износостойких деталей сложной конфигурации или инструментов. работающих при повышенных температурах.

Целью изобретения является повышение пластичности и термостойкости компо. Ы 1808881 А1 (54) РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к химическому осаждению никелевых композиционных покрытий из раствора, содержащего никель хлористый, гипофосфит натрия, аминоуксусную кислоту, цистеин, катионоактивную добавку — лаурилбензилдиметиламмоний хлористый или смесь бензолсульфонатов метилдиэтиламинометильных производных полиэтиленгликолевых жиров алкилфенолов выравнитель "А" и тонкодисперсный порошок нитрида кремния с удельной поверхностью(Я) 35 м /r. Покрытия отличаются твердостью, небольшими внутренними напряжениями и хорошей химической устойчивостью, в особенности при повышенных температурах, 1 табл, зиционных химических никелевых покрытий, Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного предлагаемый раствор в качестве ускорителя соосаждения частиц содержит азотосодержащие соединения лаурилбензилдиметиламмоний хлористый или смесь бензолсульфонатов метилдиэтиламинометильных производных полиэтиленгликолиевых эфиров ал килфенолов (выравниватель "А"), а в качестве неме1808881

24-26

0,01-0,06

C12H25МН + НСООН+НС вЂ” С121 12Р(СН ) 2+ СО 1

Я тН М(СНз СБН СН С1 (С Н Й(СН ) СН С Н )D

50 таллических частиц тонкодисперсный порошок нитрида кремния с удельной поверхностью (S) 35 м /r при следующем содержании всех компонентов, в г/л:

Никель хлористый (гидр ат) 22-28

Гипофосфит натрия (гидрат)

Аминоуксусная кислота (глицин) 25-30

Цистеин 0,001-0,003

Добавка катионноактивная (ускоритель)

Нитрид кремния, тонкодисперсный порошок (S)-. 35 м /r 20-22

Температура раствора, С 90 +1 рН раствора 5

Хлорид меди, входящий в состав раствора прототипа, выполняет функции блескообразователя. Установлено, что эта добавка не оказывает существенного влияния на степень блеска получаемых КХП из предлагаемого раствора поэтому хлорид меди исключен из состава раствора.

Раствор химического никелирования готовят следующим образом.

Необходимое количество соли никеля, гипофосфита, глицина и цистеина растворяют в дистиллированной воде и тщательно перемешивают. Добавляют 5 н. раствор гидроокиси натрия до получения рН = 5. ПолСинтез лаурилдиметиламина осуществляется следующим образом, В круглодонную колбу, вместимостью 1 л, снабженную обратным холодильником. мешалкой и термометром помещают 92,5 r (0,5 r моль) лауриламина и при охлаждении колбы льдом прибавляют 120 мл 80 -ной муравьиной кислоты и 35 r 30 -ного формальдегида. Смесь нагревают на водяной бане до прекращения выделения диоксида углерода (12 ч). По окончании реакции подкисляют раствор концентрированной соляной кислотой и упаривают в вакууме досуха на водяной бане. Сухой остаток растворяют в воде, основание выделяют при подщелачивании 20 -ным водным раствором гидроокиси натрия и экстрагируют эфиром.

Эфирную вытяжку высушивают над гидроученный раствор фильтруют. В отдельную посуду взвешивают необходимое количество порошка нитрида кремния, который смачивают небольшим количеством ранее приготовленного раствора, В полученную кашеобразную массу вводят требуемое количество катионноактивной добавки в виде

0,1 -ного водного раствора и тщательно перемешивают, Затем раствор и частицы в виде кашицы переносят в ванну, где опять все перемешивают до образования однородной суспензии.

Перемешивание суспензии в процессе осаждения осуществляют при помощи

15 плунжерной мешалки, Скорость перемешивания 70 раз/мин, Осаждение покрытий ведут при температуре раствора 90 +1 С и плотности загрузки 1,0-1,3 дм /л, Скорость осаждения КХП из растворов без добавок составляет около 17 мкм/ч, с катионноактивными добавками 19-22 мкм/ч, Осажденное покрытие является полублестящим или слабо матовым. Осадки отличаются хорошим сцеплением со сталью-3, медью, никелем идр, Синтез лаурилбензилдиметиламмония хлористого был произведен в Институте химии и химической технологии Литовской Академии наук следующим образом, Синтез лаурилдиметил бензиламмония хлористого состоит из двух стадий;. получение лаурилдиметиламина; кватернизация лаурилдиметиламина бензилхлоридом окиси калия, отгоняют эфир, а остаток перегоняют в вакууме. Получают 74,7 г лаурилдиметиламина. В ыход 70,0 / от теоретического.

Кватернизация лаурилдиметиламина бензилхлоридом осуществляется следующим образом

53,3 r (0,25 г моль) лаурилдиметиламина и 45 г (0,35 r моль) бензихлорида растворяют в 200 мл ацетонитрила, Раствор нагревают на водяной бане 5 ч и оставляют для охлаждения, Выпавшую четвертичную соль отфильтровывают, фильтрат концентрируют в вакууме на водяной бане до появления осадков и снова отфильтровывают, Осадки обьединяют и перекристаллизовывают из смеси этилацетата-эти".ового спирта. Получают 55,6 г лаурилдиметилбен5

1808881 эиламмоний хлористого. Выход 64,5;,. Элементарный анализ соответствует составу

С21НзайС1, найдено в,4: С 74,16; 74,31; Н

11,20; 11,29; N 4,10; 4,25; CI 10,25; 10.51.

Вычислено в,: С 79,14; Н 11,26; N 4,12; С!

10,43.

Смесь бензолсульфонатов метилдиэтиламинометильных производных полиэтиленгликолевых эфиров алкилфенолов выпускается химической промышленностью СССР согласно требованиям ГОСТа

9600-78 под условным названием "Выравниватель "А". Был использован выравнитель "А" марки "ч" заводского изготовления, Для иллюстрации эффективности предложенного раствора по сравнению с извест-. ным было приготовлено 8 примеров различных составов растворов, первый из которых относится к известному раствору, а

2-8 к разным значениям концентраций предлагаемого раствора (см. таблицу).

Как видно из таблицы, заявляемый стабильный глициновый раствор, содержащий тонкодисперсные частицы нитрида кремния и вышеупомянутые ускорители — катионноактивные добавки, дает возможность получить КХП, которые в оптимальном варианте по сравнению с КХП, полученным из раствора прототипа отличаются более высокой пластичностью и термостойкостью. Кроме того, эти покрытия являются достаточно твердыми, с небольшими внутренними напряжениями и хорошей химической устойчивостью в особенности при повышенных температурах.

Увеличение концентраций катионноактивных добавок, укаэанных в.таблице, способствует появлению пены на поверхности раствора, хотя суспензия остается стабиль25-30

0,001-0,003

20-22

40 ной. Вспенивание раствора является не приемлемым для процесса осаждения покрытий, поэтому дальнейшее увеличение количества катионноактивных добавок в

5 растворе химического никелирования нецелесообразно, Формула изобретения

Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий, со10 держащий хлористый никель, гипофосфит натрия, аминоуксусную кислоту, цистеин, неметаллические тонкодисперсные частицы и ускоритель соосаждения этих частиц, отличающийся тем, что, с целью

15 повышения пластичности и термостойкости покрытий, раствор в качестве неметаллических тонкодисперсных частиц содержит Iloрошок нитрида кремния с удельной поверхностью (S)- 35 м /г, а в качестве ус20 корителя соосаждения этих частиц — лаурилбенэилдиметиламмоний хлористый или смесь бензол-сульфонатов метилдиэтиламинометильных производных полизтиленгликолевых эфиров алкилфенолов

25 (выравниватель А), при следующем соотношении компонентов, г/л;

Хлористый никель 22-28

Гипофосфит натрия 24-26

Аминоуксусная кислота

Цистеин

Порошок нитрида кремния с удельной поверхностью

35 (S) 35 м /г

Лаурилбензилдиметиламмоний хлористый или указанный выравниватель "А" 0,01-0,06

1808881

1звестный (прототип) Прс11пагаомь>й раствор г, I

Хлорид никеля (гидрат)

Гипофосфит натрия (гидрат)

Аминоуксусная кислота (глицин)

Хлорид неди (гидрат) 2I, 24 25

24

23

25

26

23 г.5

25

25

30

30

0,002 0,003 0,0015 0,002 0,001 0,0015 0,003

0,002

Цистеин

Добавки катионноактивные;

Смесь бензолсульфонатов нетилдиэтилами>юметипьных производных полиэтиленгликолиевых эфиров алкилфеногюв (выравннеатель нАн) °

0,02

0,05 0,06

Лаурилбенэилдиметиламноний хлористый

О, 04

0,01 0,03

Частицы < Л12 03, >I(3-5 нкм

Частицы si>IIO»,тонкодисперс" ные (В 35 и-з/г) 100

21,0

22,0

20,0

20;О

22,0

5,0

20,0

20>Î

5.5

5,0

5>0

5,0

5,0

5,0

5,0 рН раствора

18,6 20,0 20,6

Скорость осаядения покрытия, мкм/ч

21,4

17,0 18,2 19,0

I8,U

Содеряание фосфора в покрытии, мас.Ф

2 5 . 2 3 2>4

2,3

2,1

2,0

2,5

5,0

Содержание частиц в покрытии, мас. 4

1,7

0,5

1,6

1,2

1,2

1,5

15,0

30 „о

Толщина покрытия, мкн

Ник1ютвердость покрытия, (ГОСТ 9450-76), кгс/ммз

540

410

380

510

980

1270

1140

530 исходного

». прогретого паи 340 С 1 ч

840

1030

970

1170 ластичность>

ОСТ 10086-39 МИ 22) 28

32

550

480

4 10

380

520

Внутренние напряжения, кгс/смз

Терностойкость (увеличение веса при 600 С) г/мз после прогрева:

560

430

540

24,0

63 54 >2 26 37 32 32 37

19,8 13,3 8,5 7,7 10,1 8,3 7,9 10,9

200 ч

400 ч (;KopocTb коррозии, мин/год а) исходное покрытие,корроэионная среда:

22,6 20,4 молочная кислота,402

24,6

23,?

31,7

18,4

22,5

41,0

19,ß

13,0 19,5 18,2 уксусная кислота, 52 аммиак, 24а> б) прогретое при 750 С покрытие, коррозионная среда:

43,0

30,5

25,9

30,3

2I,0 молочная кислота, 402 уксусная кислота,52 аммиак, 242

0,8

0,8

6,1

0,4

0,2

1,2

1,2

1,3

0,8

0,3

1,6

0,7

l,6

1,3 >, 3

0,7

3,4

3 5

Составитель М. Куртинайтене

Техред М,Моргентал Корректор Л.Ливринц

Редактор Л.8олкова

Заказ 1258 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Состав раствора (г/л), ренин осаядения и свойства конпоэиционных химических никелевых покрытий

21,3

21,5

30,4

0,Ь

0,2

3,1

18,9

12>7

2,1, 8

0,6

1,2

2,5