Электролит никелирования

Электролит никелирования

Реферат

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электрохимическому нанесению никеля и его сплавов на стальные детали, например, узлы трения-скольжения с получением композиционно кластерных гальванических покрытий (ККГП), и может найти применение в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известен электролит никелирования, имеющий следующий химический состав, г/л:

сульфат никеля	630 мл/л
хлорид никеля	5
борная кислота	30
стабилизатор	0,8
лаурилсульфат	0,1
микрочастицы	BN (патент США №4479855).

который может содержать микрочастицы порошков нитрида бора, карбида кремния, оксида титана, оксида алюминия дисперсностью 0,4-5 мкм.

Недостатком электролита никелирования является то, что полученные покрытия обладают низкими антифрикционными свойствами.

Известен электролит никелирования для получения композиционных электрохимических покрытий, содержащий, г/л:

сульфат никеля	220
хлорид никеля	45
ацетат натрия или калия	30
фуллерен C60	0,025-0,050 (патент РФ №2280109)

Недостатком известного электролита является низкая износостойкость получаемого покрытия.

Известен также электролит для осаждения композиционного покрытия никель - фторопласт, который содержит, г/л:

хлорид никеля	150-350
борная кислота	25-40
хлорамин Б	1,5-4,5
фторопластовая эмульсия	7-35 (патент РФ №2297476)

Недостатком известного электролита является неудовлетворительная износостойкость получаемых композиционных покрытий, т.е. они могут работать только при низких нагрузках.

Известен электролит никелирования для осаждения композиционных покрытий следующего состава, г/л:

сульфат никеля	200
хлорид никеля	40
бисульфат графита	2-10
ацетат никеля или ацетат калия	30 (патент РФ №2352695)

Недостатком известного электролита для получения покрытия является низкая износостойкость и отсутствие промышленного выпуска бисульфата графита.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является электролит никелирования, содержащий, г/л:

никель сульфаминовокислый	300-440
никель хлористый	4-15
кобальт сульфаминовокислый
или железо сульфаминовокислое	12-27
борная кислота	25-40
наночастицы оксида металла групп
IIIA, IVB, VB, VIB и/или
карбида металла
групп IVB, VB, VIB	2-100
ПАВ	0,01-0,1
вода	до 1 л (патент РФ №2293803)

Наночастицы имеют дисперсность 50-200 нм и удельную поверхность 20-390 м²/г.

Недостатком прототипа является то, что покрытия, сформированные в этом электролите, не обладают достаточными антифрикционными свойствами и не обеспечивают высокой износостойкости.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка электролита никелирования, обеспечивающего получение композиционно-кластерных гальванических покрытий (ККГП) на основе никеля, имеющих повышенные значения микротвердости, износостойкости и улучшенные антифрикционные свойства.

Для решения поставленной задачи предложен электролит никелирования, содержащий никель сульфаминовокислый, никель хлористый, кобальт сульфаминовокислый, борную кислоту, поверхностно-активное вещество, наночастицы оксида металла и воду, который в качестве наночастиц оксида металла содержит оксид алюминия и/или оксид циркония, а в качестве поверхностно-активного вещества -натрий лаурилсульфат и дополнительно содержит микрочастицы оксида алюминия ά и γ фазы и дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, г/л:

никель сульфаминовокислый	325-440
никель хлористый	4-10
кобальт сульфаминовокислый	12-30
борная кислота	25-40
натрий лаурилсульфат	0,01-0,1
наночастицы оксида алюминия
и/или оксида циркония	2-55

микрочастицы:

оксид алюминия ά и γ фазы	10-40
дисульфид молибдена	1-4
вода	до 1 л

Микрочастицы оксида алюминия и дисульфида молибдена имеют дисперсность 0,5÷20 мкм.

В качестве блескообразующей добавки электролит дополнительно содержит сахарин.

Установлено, что введение в электролит микрочастиц Al₂O₃ ά и γ фазы, а также MoS₂ способствует формированию композиционной структуры с улучшенными физико-механическими свойствами (износостойкость, микротвердость, антифрикционные свойства). При использовании микрочастиц Al₂O₃ β-фазы композиционное покрытие не формируется, в связи с неустойчивым фазовым состоянием данной модификации в сульфаминовокислом электролите.

Одновременное введение в электролит наночастиц оксида алюминия и/или оксида циркония и микрочастиц в виде композиции из оксида алюминия ά и γ фазы и дисульфида молибдена, обеспечивает получение поликомпозиционного самосмазывающегося покрытия, сочетающего низкий коэффициент трения - скольжения и высокую износостойкость. Частицы дисульфида молибдена вводят в композиционное покрытие для того, чтобы снизить эффект непосредственного трибологического контакта. Вследствие ориентации частиц дисульфида молибдена кристаллической плоскостью базиса параллельно направлению трения и, следовательно, действию сдвиговых деформаций, обеспечивается локализация этих деформаций в смазочном слое, что обеспечивает снижение энергетических потерь в процессе трения, поскольку сопротивление сдвигу в этих слоях существенно ниже, чем в материале подложки.

Установлено, что лаурилсульфат натрия, как поверхностно-активное вещество, поддерживает седиментационную устойчивость нано- и микрочастиц и увеличивает рассеивающую способность электролита. Электролит содержит сахарин в качестве блескообразователя.

Примеры осуществления

Пример 1

Электролит никелирования готовили путем смешивания приготовленного раствора сульфаминовокислого никеля с остальными компонентами. Оксид алюминия άи γ фазы и дисульфид молибдена вводили в электролит в виде суспензии и осаждали композиционное покрытие с применением активного барботажа электролита воздухом при вертикальном расположении анода и катода.

В качестве наночастиц оксида металла использовали оксид алюминия и/или оксид циркония.

Осаждение никелевого покрытия проводили при следующих соотношениях компонентов, г/л: никель сульфаминовокислый - 325, никель хлористый - 4, кобальт сульфаминовокислый - 12, борная кислота - 25, натрий лаурилсульфат - 0,01, сахарин - 0,5, наночастицы ZrO₂ - 2, микрочастицы Al₂O₃ ά и γ фазы - 10, микрочастицы MoS₂ - 4.

Режим осаждения: температура 42°C, рН=4,0, плотность тока 5 А/дм².

Примеры 2, 3, 4 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 представлены составы электролитов, где примеры 1-4 - предлагаемый состав, пример 5 - прототип.

В таблице 2 представлены физико-механические свойства (микротвердость, износостойкость) композиционно-кластерных никелевых покрытий, получаемых из предлагаемого электролита и прототипа.

Таблица 1
Составы электролитов никелирования
Состав электролита, г/л	1	2	3	4	5 (прототип)
Никель сульфаминовокислый	325	360	400	440	400
Никель хлористый	4	6	8	10	10
Кобальт сульфаминовокислый	12	18	24	30	20
Борная кислота	25	30	35	40	35
Натрия лаурилсульфат	0,01	0,04	0,08	0,1	0,08
Сахарин	0,5			1,5	0,8
Наночастицы, Al2O3	-	15	30	20	30
Наночастицы, ZrO2	2	-	-	35	-
Микрочастицы, Al2O3 ά и γ фазы / дисперсность, мкм	10/0,5	20/5	30/10	40/20	-
Микрочастицы, MoS2 / дисперсность, мкм	2/5	3/10	1/20	4/0,5	-

Таблица 2
Физико-механические свойства композиционно-кластерных никелевых покрытий, получаемых из предлагаемых электролитов и прототипа
№ п/п	Микротвердость, МПа	Износостойкость в условиях сухого торцового трения
Момент трения	Коэфф. трения	Износ, мг
1	5700	незначительное повышение в начальный период (процесс приработки)	0,46	0,7
2	6200	стабильный	0,43	0,6
3	6500	стабильный	0,42	0,6
4	5900	незначительное повышение в начальный период (процесс приработки)	0,48	0,7
5	5500	равномерное повышение в процессе трения с образованием кольцевых бороздок по всей поверхности покрытия	0,57	1,3

Полученные покрытия по внешнему виду соответствуют требованиям ГОСТ 9.301-86.

Контроль содержания микрочастиц в композиционном покрытии проводили микроскопическим способом с применением металографического метода.

Контроль прочности сцепления проводили методом нагрева по ГОСТ 3802-88. Контроль микротвердости проводили с помощью микротвердомера ПМТ-3М при нагрузке 50 г.

Контроль износостойкости и антифрикционных характеристик покрытий проводили на образцах типа Н03-264 на машине торцевого трения И-47 по СТП 1.595-14-285-9.

Как видно из таблицы 2, покрытие, получаемое из предлагаемого электролита, по сравнению с прототипом обладает повышенной на 15-20% микротвердостью, пониженным на 15-25% коэффициентом трения по стали, увеличенной более чем в 2 раза износостойкостью.

Применение предлагаемого электролита увеличит ресурс работы узлов машин и механизмов.

1. Электролит никелирования, содержащий никель сульфаминовокислый, никель хлористый, кобальт сульфаминовокислый, борную кислоту, поверхностно-активное вещество, наночастицы оксида металла и воду, отличающийся тем, что в качестве наночастиц оксида металла он содержит наночастицы оксида алюминия и/или оксида циркония, а в качестве поверхностно-активного вещества - натрий лаурилсульфат, при этом дополнительно содержит микрочастицы оксида алюминия α- и γ-фазы и дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, г/л:

никель сульфаминовокислый	325-440
никель хлористый	4-10
кобальт сульфаминовокислый	12-30
борная кислота	25-40
натрий лаурилсульфат	0,01-0,1
наночастицы оксида алюминия
и/или оксида циркония	2-55
микрочастицы оксида алюминия α- и γ-фазы	10-40
микрочастицы дисульфида молибдена	1-4
вода	до 1 л

2. Электролит никелирования по п.1, отличающийся тем, что микрочастицы оксида алюминия и дисульфида молибдена имеют дисперсность 0,5÷20 мкм.

3. Электролит никелирования по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве блескообразующей добавки сахарин.