Раствор для нанесения покрытий на металлическую поверхность

Раствор для нанесения покрытий на металлическую поверхность

Реферат

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к осаждению черных никелевых покрытий на поверхность металлических изделий, и может быть использовано в различных видах гальванического производства для получения декоративных покрытий.

Известен электролит для нанесения никелевых покрытий на алюминий и его сплавы, содержащий сульфат никеля, сульфат натрия, борную кислоту, персульфат калия и фторорганическое соединение 1,1,5 тригидротетрафтор-пропанол (SU 1513039, 1989 г.).

Недостатком этого электролита является необходимость использования внешнего источника тока и невозможность наносить покрытия на сталь, медь и др. металлы.

Известен раствор для нанесения черных никелевых покрытий, содержащий никель-аммоний сернокислые, аммоний роданистый, цинк хлористый, свинец уксуснокислый и органические добавки в виде смеси дрожжей прессованных, молочной кислоты и поверхностно-активного вещества «Прогресс» (SU 1544842, 1990 г.). Эта композиция позволяет осуществить нанесение покрытий без использования внешнего источника тока и обладает низкой токсичностью.

Недостатком данного электролита является то, что область его применения ограничивается сталью, цинком и медью и не обеспечивает нанесение покрытия на алюминий и его сплавы, титан и его сплавы, а также сплавы типа ЦАМ.

Наиболее близким раствором к предложенному является раствор для нанесения черных никелевых покрытий на различные металлические поверхности (RU 2039129. 07.09.1995 г.) содержащий никель сернокислый, аммоний роданистый, цинк хлористый. алюминий хлористый, аммоний фтористый, натрий кремнекислый и поверхностно-активную фторсодержащую добавку.

К недостаткам данного раствора относится то, что получаемые покрытия обладают низкой рассеивающей способностью, характеризуются дендритной структурой и не могут быть нанесены на широкий класс материалов, а процесс нанесения покрытий трудоемок и длителен.

Задачей изобретения является создание раствора для нанесения черных никелевых декоративных покрытий, не требующего использования внешнего источника тока, обладающего повышенной рассеивающей способностью, и получения никелевого бездендритного покрытия при сохранении или улучшении технологических и качественных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что раствор для нанесения черных никелевых покрытий на металлическую поверхность, содержащий никель сернокислый, аммоний роданистый, цинк хлористый, алюминий хлористый, аммоний фтористый, натрий кремнекислый и поверхностно-активную добавку, в качестве поверхностно-активной добавки содержит четвертично-аммонийную соль хлорид N-оксиэтил, NN-диметил пропанамид перфтор-энантовой или пеларгоновой кислоты формулы

где R_F=С₆F₁₃- или C₈F₁₇-, при следующем соотношении компонентов, г/л:

никель сернокислый	60-70
аммоний роданистый	15-20
цинк хлористый	15-20
алюминий хлористый	6-10
аммоний фтористый	8-12
натрий кремнекислый	0,5-1,0
поверхностно-активная добавка	0,05-0,2

Указанный технический результат достигается использованием раствора, содержащего г/л: никель сернокислый 60-70, аммоний роданистый 15-20, аммоний фтористый 8-12, цинк хлористый 15-20, алюминий хлористый 6-10, натрий кремнекислый 0,5-1, четвертичная аммонийная соль хлорид - N-оксиэтил-NN-диметилпропанамид-перфтор-пеларгоновой или энантовой кислоты 0,05-0,2.

Дополнительно введенная четвертичная аммонийная соль, отвечающая формуле

где R_F=С₆F₁₃- или C₈F₁₇-, в количестве 0,05-0,2 взамен калиевой соли сульфокислоты улучшает поверхностную энергию раствора.

Так поверхностное натяжение раствора с добавкой 0,2 г/л для соли сульфокислоты составляет G=33 m Н/м, а для четвертичной аммонийной соли в той же концентрации G=18,6 m H/м.

Это приводит к тому, что смачивающая способность раствора при применении четвертичной аммонийной соли существенно выше, чем у раствора по прототипу, и раствор может заполнять не только щелевые зазоры, но и микротрещины и дислокации на поверхности обрабатываемого металла.

Кроме того, если рассеивающая способность раствора без фторорганической добавки составляет 21%, в присутствии добавки по прототипу 25%, то в присутствии заявляемой добавки эта величина составляет 31%.

Для приготовления раствора вначале при комнатной температуре растворяют аммоний роданистый, цинк хлористый, аммоний фтористый и алюминий хлористый (NH₄CNS, ZnCl₂, NH₄F, AlCl₃). Затем при температуре 40-60°С растворяют никель сернокислый, натрий кремнекислый и добавляют фторорганическую добавку (NiSO₄, Na₂SiO₆, фтор-ПАВ).

Затем полученные растворы смешивают, причем сначала смешивают растворы роданистого аммония, хлористого цинка и фтористого аммония, после чего данную смесь смешивают с раствором сернокислого никеля. Затем в образовавшийся раствор солей последовательно вводят при перемешивании раствор хлористого алюминия. кремнекислого натрия и четвертичную соль. Раствор имеет рН=6-7, при температуре 18-30°С.

Нанесение покрытия осуществляют следующим образом. Предварительно обезжиренные и активированные изделия промывают водой (изделия из стали 12Х18Н10Т активируют в концентрированной соляной кислоте в течение 3-10 мин) и устанавливают в ванну, заполненную раствором. Устанавливают также алюминиевую пластину, которая должна быть в электрическом контакте с обрабатываемыми изделиями.

При обработке оцинкованных изделий из сплавов типа ЦАМ и алюминия дополнительную пластину в ванну не устанавливают. Изделие из алюминия и его сплавов выдерживают в ванне 10-20 мин, изделия из других металлов - 30-60 мин, и после промывки холодной и горячей водой сушат сжатым воздухом.

В таблице 1 указаны составы применявшегося раствора, а в таблице №2 - свойства полученных покрытий на изделиях из различных материалов.

Таблица 1.
№№ п/п	Содержание компонентов, г/л
NiSO4	NH4CNS	ZnCl2	AlCl3	NH4F	Na2SiO6	Четвертичная соль
1	65	20	20	10	12	1,0	0,2
2	60	15	15	6	8	0,5	0,1
3	70	18	18	8	10	0,8	0,05

Таблица 2.
Материал образца	Номер состава электролита	Время обработки, мин.	Рассеивающая способность	Дендриты	Толщина, покрытия, мкм	Прочность покрытия. Качество покрытия
Ст 20	1	45	79,00	отсутствуют	1,2-2,1	Вздутия отсутствуют. Покрытия черное, на полированной поверхности блестящее.
2	45	78,50	1,0-2,0
3	45	78,95	1,1-2,0
Медь	1	45	79,10	1,0-1,9
2	45	79,00	0,95-2,0
Латунь ЛС-59	1	45	79,20	1,0-2,0
2	45	78,90	1,0-2,0
3	45	79,10	1,0-2,0
Сталь 12Х18Н10Т	1	45	79,20	1,0-2,0
2	45	78,90	1,0-2,0
3	45	78,80	1,0-2,0
Титановый сплав ВТ-1	1	45	79,50	1,0-2,0
2	50	79,90	1,1-2,1
3	45	78,90	1,1-2,0

Предлагаемый раствор позволяет покрывать изделия широкого круга металлов при сокращении времени обработки изделий до 30-60 мин с хорошим надежным качеством покрытия.

Рассеивающая способность электролита определялась на ячейке Херинга и Блюма.

Прочность связи покрытия с основным металлом определялась по ГОСТ 9.302-79 методом нагрева до 250°С в течение 1 часа.

Раствор для нанесения черных никелевых покрытий на металлическую поверхность, содержащий никель сернокислый, аммоний роданистый, цинк хлористый, алюминий хлористый, аммоний фтористый, натрий кремнекислый и поверхностно-активную добавку, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активной добавки он содержит четвертично-аммонийную соль хлорид N-оксиэтил, NN-диметилпропанамид перфтор-энантовой или пеларгоновой кислоты формулы

где R_F=С₆F₁₃- или C₈F₁₇-, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Никель сернокислый	60-70
Аммоний роданистый	15-20
Цинк хлористый	15-20
Алюминий хлористый	6-10
Аммоний фтористый	8-12
Натрий кремнекислый	0,5-1,0
Поверхностно-активная добавка	0,05-0,2