Способ плакирования композиционных порошковых материалов

Способ плакирования композиционных порошковых материалов

Реферат

Изобретение относится к технологии нанесения металлического покрытия на поверхность различных порошковых материалов, используемых для напыления покрытий со специальными свойствами, плазмохимическим, детонационным и другими методами.

Известны следующие способы нанесения металлического покрытия на поверхность порошковых материалов: осаждение из паровой фазы (патент РФ №2103112, МПК B22F 1/02, опубл. 27.01.1998 г., патент РФ №2087254, МПК B22F 1/02, опубл. 20.08.1997 г.); механическая обработка абразивных частиц и частиц металлических соединений, способных разлагаться или восстанавливаться (патент РФ №2149217, МПК С23С 24/04, опубл. 20.05.2000 г.); плазмохимическим методом (патент РФ №2493938, МПК B22F 9/16, опубл. 10.09.2013); нанесение покрытия с использованием твердофазных реакций. Этими способами наносятся покрытия при повышенных температурах, требуют дополнительных затрат на довольно сложное оборудование по устройству и эксплуатации и дорогостоящие материалы.

Электрохимический способ требует предварительного нанесения на диэлектрические материалы металлического подслоя с помощью других методов, что усложняет процесс плакирования.

Химическое нанесения металлического покрытия на поверхность порошковых материалов осуществляется без наложения электрического тока, что в основном и определяет специфику процесса. В основе способа лежит реакция восстановления иона металла с помощью восстановителя (Лататуев В.И. и др. Металлические покрытия химическим способом. Барнаул. Алтайское книжное издательство, 1968, с. 208).

В качестве восстановителя применяется гипофосфит натрия (калия), боразины, боразолы, боргидриды, соли гидразина, гидразин-гидрат, водород и другие.

Осадки, полученные из растворов, содержащих гипофосфит натрия, имеют в своем составе от 3% до 12% фосфора, что ограничивает их применение на деталях, работающих в условиях высоких температур, так как образующиеся сплавы никеля и фосфора имеют низкую температуру плавления. Для получения осадков никеля, не содержащих вредных примесей, применяют в качестве восстановителя гидразин-гидрат или водород.

При использовании в качестве восстановителя взрывоопасного водорода необходимо соблюдать особые требования к оборудованию (процесс плакирования проходит в автоклаве при повышенных давлениях и температуре), что осложняет его применение.

Химический способ восстановления металла из раствора гидразин-гидратом (Козлова Н.И., Коровин Н.В. О восстановлении соли никеля до металла гидразин-гидратом «Журнал прикладной химии» 1967, т. 40, с. 902-904) предусматривает обезжиривание, очистку, активацию и сенсибилизацию поверхности диэлектрика с последующим восстановлением металла на поверхности диэлектрика из раствора соли металла. Способ является медленным; повышение концентрации металла в растворе приводит к получению крупнодисперсного металла, выпадающего в осадок отдельно от покрываемого материала; степень покрытия низка (коэффициент покрытия 50-70%), что связано с низкой плотностью центров кристаллизации металла на поверхности диэлектрика; в этом способе трудно контролировать толщину слоя металла. Скорость осаждения металла возрастает с увеличением pH и температуры раствора и с уменьшением концентрации комплексообразователя.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ (а.с. СССР №821063 МПК B22F 1/02, опубл. 15.04.1981 г.), в котором исключены предварительные операции подготовки поверхности порошка в специальных растворах. Предварительная подготовка поверхности порошка проводится в растворе химического осаждения, содержащем соли осаждаемого металла, комплексообразователь и восстановитель при активном перемешивании при температуре 30-60°C в течение 10-30 мин, затем повышают температуру до 75-90°C и продолжают процесс нанесения покрытия до полного восстановления ионов осаждаемого металла. Щелочная среда раствора и активное перемешивание способствуют очистке поверхности порошка. Наличие в растворе соли осаждаемого металла комплексообразователя и восстановителя при температурах, когда раствор термодинамически устойчив, активирует поверхность порошка и способствует образованию зародышей, являющихся каталитическими центрами, на которых начинается восстановление химически осаждаемого металла. Процесс покрытия сопровождается обильным выделением азота и ведется до полного восстановления ионов осаждаемых металлов. Необходимый химический состав готового продукта может быть обеспечен соотношением количества исходного порошка и соли осаждаемого металла в растворе.

Данный способ нанесения покрытий применим для порошков зернистостью не менее 20 мкм.

При нанесении покрытий на порошковые материалы зернистостью менее 20 мкм, благодаря большой развитой поверхности, наблюдается интенсивное выделение азота, что приводит к обильному пенообразованию. Частицы порошка, иногда плохо смачиваемые, увлекаются пузырьками выделяемого азота, переносятся в пену, коагулируются и не покрываются, что приводит к низкой степени покрытия, т.е. снижению качества порошка. Снижение температуры процесса существенно не влияет на процесс пенообразования и плакирования. Кроме того, в зависимости от технологии

получения порошка, на поверхности его частиц могут находиться примеси масел различного происхождения и других соединений, препятствующих переносу ионов металла непосредственно к поверхности частицы порошка.

Цель изобретения состоит в том, чтобы повысить степень покрытия и качество плакированных композиционных порошковых материалов зернистостью менее 20 мкм, получаемых путем обработки порошка в растворе плакирования, содержащем соли осаждаемого металла, комплексообразователь и восстановитель.

Поставленная цель достигается тем, что сухой порошок перед обработкой смачивают изопропиловым спиртом, перемешивают, вводят в раствор плакирования и ведут обработку в нем при перемешивании сначала при температуре 25-30°C в течение 15-20 мин, затем при температуре 55-60°C с обеспечением полного восстановления ионов осаждаемого металла из раствора плакирования, при этом изопропиловый спирт используют в количестве 50 мл/л.

Изопропиловый спирт - универсальный растворитель. Он является хорошим сольвентом для животных, растительных, эфирных и минеральных масел, а также для некоторых восков и смол. Предварительная обработка исходного порошкового материала изопропиловым спиртом обеспечивает обезжиривание поверхности частиц порошка, увеличивает ее смачиваемость и уменьшает поверхностное натяжение, что приводит к уменьшению пенообразования. Кроме того, он играет роль стабилизатора раствора. Он быстро испаряется и относительно нетоксичен, по сравнению с альтернативными растворителями.

Пример 1. В реактор, представляющий собой коническую емкость, покрытую эмалью, наливают раствор, содержащий 48 г/л хлористого никеля, 70 г/л лимоннокислого натрия, 200 мл/л гидразин-гидрата.

Обрабатываемый порошок в количестве 220 г/л смачивают изопропиловым спиртом в количестве 50 мл/л, перемешивают и переносят в раствор плакирования. С помощью трубчатого электронагревателя доводят температуру раствора до 30°C, включают механическую мешалку, устанавливают pH раствора 13-14 добавлением концентрированного раствора NaOH. При данных условиях обрабатывают покрываемый порошок в течение 20 мин. Затем нагревают раствор до 60°C и процесс никелирования ведут до полной выработки ионов никеля (обесцвечивание раствора). Цвет раствора проверяют с помощью стеклянной трубочки. Не удаляя порошка из реактора, раствор регенерируют путем добавления в него 48 г/л хлористого никеля. После восстановления новой порции ионов никеля регенерацию повторяют. Общее количество регенераций зависит от необходимого процентного содержания никеля в готовом продукте, но не более 9 раз, поскольку в растворе происходит накопление хлорида натрия, препятствующего протеканию процессу никелирования. По окончании процесса раствор сливают, а полученный порошок методом декантации тщательно промывают сначала 6-7 раз водопроводной водой, затем 1-2 раза дистиллированной водой. Сушат порошок при температуре 120-150°C.

Содержание никеля в готовом продукте 34,8%. Расчетное содержание никеля 35%. Для никелирования используются порошки карбидов, окислов, боридов, силицидов, нитридов, двойных боридов, карбонитрид титана и другие бинарные соединения, нерастворимые в данном электролите. При рассмотрении полученного порошка под микроскопом непокрытые частицы не выявлены. Полученный порошок легко сыпуч.

1. Способ плакирования композиционных порошковых материалов зернистостью менее 20 мкм, включающий обработку порошка в растворе плакирования, содержащем соль осаждаемого металла, комплексообразователь и восстановитель, причем перед обработкой сначала смачивают порошок изопропиловым спиртом, перемешивают, вводят в раствор плакирования и ведут обработку порошка в нем при перемешивании сначала при температуре 25-30°C в течение 15-20 мин, затем при температуре 55-60°C с обеспечением полного восстановления ионов осаждаемого металла из раствора плакирования, при этом изопропиловый спирт используют в количестве 50 мл/л.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе обработки порошка в растворе плакирования при температуре 55-60°C в раствор плакирования дополнительно вводят новые порции соли осаждаемого металла с обеспечением заданного содержания металла в плакированном композиционном порошковом материале.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе обработки порошка в растворе плакирования при температуре 55-60°C в раствор плакирования дополнительно вводят соли легирующих компонентов.