патент
№ RU 2639411
МПК C23C18/32

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЬ-АЛМАЗНОГО ПОКРЫТИЯ

Авторы:
Федотов Сергей Александрович Федотова Наталья Сергеевна Рябчикова Людмила Петровна
Все (12)
Номер заявки
2016122409
Дата подачи заявки
06.06.2016
Опубликовано
21.12.2017
Страна
RU
Дата приоритета
25.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к области получения композиционных покрытий, в частности никель-алмазного покрытия, и может быть использовано при обработке металлических поверхностей из алюминия, стали, меди, титана и др. Способ включает подготовку металлической поверхности, приготовление раствора с ультрадисперсными алмазами и осаждение покрытия. В способе используют водную суспензию ультрадисперсных алмазов, которую предварительно подвергают ультразвуковому диспергированию в течение 30-60 мин, а при приготовлении раствора в дистиллированной воде растворяют никель сернокислый, натрий уксуснокислый и кислоту уксусную, нагревают раствор до температуры 87-90°С. В полученный раствор вводят водную суспензию ультрадисперсных алмазов в количестве 1-5 г/л, проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5 мин, затем вводят гипофосфит натрия и тиомочевину, проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5 мин; после чего из полученного раствора, содержащего, г/л: никель сернокислый - 20-30, гипофосфит натрия - 10-25, натрий уксуснокислый - 10-15, уксусную кислоту - 4-6 мл/л, тиомочевину - 0,001-0,003, ультрадисперсные алмазы - 1-5, при рН 4,3-4,8 химически осаждают покрытие на подготовленную металлическую поверхность при температуре 87-90°С и скорости осаждения 0,15-0,2 мкм/мин до получения покрытия требуемой толщины. Техническим результатом является упрощение технологии покрытия химическим никелем с ультрадисперсными алмазами за счет исключения дополнительных операций по поддержанию определенного размера частиц ультрадисперсных алмазов в процессе осаждения покрытия, а также возможность получать покрытия с определенными составом и свойствами. 1 табл., 3 пр.

Формула изобретения

Способ получения никель-алмазного покрытия на металлической поверхности, включающий подготовку металлической поверхности путем химической и/или электрохимической обработки, приготовление раствора с ультрадисперсными алмазами и осаждение покрытия, отличающийся тем, что используют водную суспензию ультрадисперсных алмазов, которую предварительно подвергают ультразвуковому диспергированию в течение 30-60 мин, а при приготовлении раствора в дистиллированной воде растворяют никель сернокислый, натрий уксуснокислый и кислоту уксусную, нагревают раствор до температуры 87-90°С, в полученный раствор вводят водную суспензию ультрадисперсных алмазов в количестве 1-5 г/л, проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5 мин, затем вводят гипофосфит натрия и тиомочевину, проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5 мин; после чего из полученного раствора, содержащего, г/л: никель сернокислый - 20-30, гипофосфит натрия - 10-25, натрий уксуснокислый - 10-15, уксусную кислоту - 4-6 мл/л, тиомочевину - 0,001-0,003, ультрадисперсные алмазы - 1-5, при рН 4,3-4,8 химически осаждают покрытие на подготовленную металлическую поверхность при температуре 87-90°С и скорости осаждения 0,15-0,2 мкм/мин до получения покрытия требуемой толщины.

Описание

Изобретение относится к области получения композиционных покрытий, в том числе получаемых химическим осаждением никелевых покрытий, модифицированных ультрадисперсными алмазами (далее «УДА»). Данное покрытие можно получать на металлических поверхностях из алюминия, стали, меди, титана и др.

Известен способ получения металл-алмазных химических покрытий из раствора, в который вводят наноалмазы с размером кластерных агрегатов в диапазоне 0,004-0,1 мкм в количестве 2-20 г/л. В частных случаях осуществления изобретения наноалмазы вводят в раствор в виде гидрозоля, или порошка, или суспензии. Повышаются физико-механические характеристики покрытий. Патент на изобретение RU 2375494, МПК С23С 18/16, С23С 18/36, 10.12.2009. Улучшение эксплуатационных характеристик покрытия связано с введением в электролит наноалмазов с размером 0,004-0,1 мкм.

Свойства покрытия зависят не только от размера частиц, которые вводят в электролит для осаждения покрытия, но и от их количества в покрытии. Повышение физико-механических свойств и коррозионной стойкости покрытия может быть достигнуто введением определенного количества наноалмазов в покрытие. Поддержание минимального размера наноалмазов в растворах-электролитах без дополнительной их обработки возможно только в более узком интервале концентраций или при более низкой концентрации (≤2 г/л) из-за потери коллоидной устойчивости гидрозолей в условиях осаждения покрытий.

Известен способ получения композиционного покрытия, включающий осаждение металлического покрытия из водного электролита-суспензии с ультрадисперсными частицами алмаза, при реализации которого осаждение проводят при постоянном восстановлении отработанной суспензии по размерам ультрадисперсных частиц воздействием ультразвуковых колебаний путем замены отработанной суспензии на восстановленную каждые 15-20 минут принудительной циркуляцией между сообщающимися ваннами гальванического осаждения и восстановления электролита (патент на изобретение RU 2557188, МПК C25D 15/00, 20.07.2015). Данный способ принят в качестве прототипа. Недостатком данного способа является необходимость проведения дополнительных операций по очистке ультрадисперсных алмазов, а также непрерывное диспергирование электролита для поддержания определенного размера частиц в электролите.

Предлагаемый способ не требует дополнительных операций по обработке и очистке ультрадисперсных алмазов, а также операций по поддержанию определенного размера частиц ультрадисперсных алмазов в процессе осаждения покрытия, позволяет получать покрытия с улучшенными свойствами и определенным составом. В процессе осаждения покрытия принимают участие частицы только определенного размера, их количество и размер определяют улучшенные свойства композиционного покрытия.

Техническим результатом является упрощение технологии формирования покрытия и обеспечение получения покрытия определенного состава и свойств.

Технический результат достигается тем, что в способе получения никель-алмазного покрытия, включающем подготовку металлической поверхности путем химической и (или) электрохимической обработки, приготовление раствора с ультрадисперсными алмазами и осаждение металлического покрытия, водную суспензию ультрадисперсных алмазов в исходном состоянии предварительно подвергают ультразвуковому диспергированию в течение 30-60 мин; в дистиллированной воде растворяют никель сернокислый, натрий уксуснокислый и кислоту уксусную, нагревают раствор до температуры 87-90°С; в полученный раствор вводят водную суспензию ультрадисперсных алмазов в количестве 1-5 г/л, проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5 мин; вводят гипофосфит натрия и тиомочевину, проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5 мин; из полученного раствора химически осаждают покрытие на подготовленную металлическую поверхность при температуре 87-90°С и скорости осаждения 0,15-0,2 мкм/мин до получения покрытия требуемой толщины.

Покрытие наносили при рН 4,3-4,8 из раствора, содержащего, г/л: никель сернокислый - 20-30, гипофосфит натрия - 10-25, натрий уксуснокислый - 10-15, уксусная кислота - 4-6, тиомочевина - 0,001-0,003, ультрадисперсные алмазы - 1-5.

Повышение содержания УДА выше 5 г/л создает трудности при осаждении покрытия из-за «загущения» раствора. При этом также требуются дополнительные меры для поддержания определенного размера частиц в растворе.

При содержании УДА в растворе ниже 1 г/л количество частиц УДА в покрытии снижается и его невозможно определить применяемым методом, что практически не влияет на свойства покрытия.

Исходная водная суспензия с содержанием УДА 50-100 г/л перед введением в электролит подвергалась ультразвуковому диспергированию в течение 30-60 мин.

При приготовлении раствора последовательно растворяют никель сернокислый, натрий уксуснокислый, уксусную кислоту. После нагрева раствора до 87-90°С в него вводят ультрадисперсные алмазы, проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5-10 мин, затем вводят тиомочевину, гипофосфит натрия, повторно проводят ультразвуковое диспергирование в течение 5 минут, после чего ведут осаждение покрытия.

В процессе химического осаждения никеля участвуют частицы размером 0,1-0,5 мкм.

Содержание частиц УДА в покрытии зависит от концентрации УДА в электролите. При размере частиц в покрытии 0,1-0,5 мкм и концентрации 1 и 2 г/л УДА в электролите содержание частиц УДА составило 0,4-0,5%, при концентрации 5 г/л - 0,8%.

Микротвердость покрытий измеряли на твердомере DuraScan 20 фирмы EmcoTest. Данный твердомер выполняет измерение по Виккерсу (ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007). Измерение микротвердости исследованных покрытий показало, что микротвердость композиционных покрытий увеличилась.

Исследования износостойкости и коэффициента трения скольжения по схеме «стержень-диск» проводили на приборе Tribometer, CSM Instr. Диаметр пятна износа контртела (материал шарика сталь 95X18) и ширину бороздки износа на образце определяли на оптическом микроскопе Axiovert 25.

Уменьшение толщины покрытия приводит к снижению коэффициента трения. Покрытие с содержанием частиц УДА в покрытии 0,4-0,8%) и толщиной 10 мкм обладает наиболее низким коэффициентом трения и наилучшей прирабатываемостью, т.к. при испытаниях оно дает наименьший износ покрытия и контртела.

Коррозионные свойства покрытий изучали по экспресс-методике путем снятия поляризационных кривых в 3%-ном растворе NaCl с помощью потенциостата IPC-Pro 3А.

Сравнительные коррозионные испытания показали, что композиционные покрытия с УДА имеют ток коррозии меньшей величины, чем покрытие без них.

Для обеспечения защитной способности покрытия и его функциональных свойств требуется значительно меньшая по величине толщина покрытия химическим никелем с ультрадисперсными алмазами, чем толщина покрытия химическим никелем без них.

Потенциал коррозии покрытия ХимНУДА сдвинут в менее отрицательную область по сравнению с потенциалом коррозии покрытия ХимН, ток коррозии соответственно уменьшился.

Свойства покрытий химическим никелем с ультрадисперсными алмазами и без них представлены в таблице.

Примеры получения конкретных покрытий на разных материалах.

Пример №1. Химическое никелирование с УДА образцов из алюминиевого сплава АМц

Подготовка образцов из алюминиевого сплава АМц перед никелированием включает: 1) обезжиривание в органических растворителях; 2) химическое обезжиривание при температуре 60-80°С в течение до 10 мин в растворе, содержащем, г/л: тринатрийфосфат 30-70, сода кальцинированная 10-20; 3) травление при температуре 45-80°С в течение 10-90 с в растворе натра едкого с содержанием 50-100 г/л; 4) осветление в растворе азотной кислоты с концентрацией 400-900 г/л; 5) нанесение при температуре 15-30°С в течение 15-120 с цинкатного слоя в растворе состава, г/л: окись цинка 18-25; натр едкий 100-120; калий-натрий виннокислый 45-50; железо треххлористое 1,5-3; 6) снятие цинкатного слоя в растворе кислоты азотной с концентрацией 400-900 г/л; 7) повторное нанесение цинкатного слоя.

Приготовление раствора для химического никелирования проводят в следующей последовательности: 1) перед началом работы водную суспензию ультрадисперсных алмазов в исходном состоянии подвергают ультразвуковому диспергированию в течение 30-60 мин; 2) растворяют в дистиллированной воде никель сернокислый, натрий уксуснокислый и кислоту уксусную; 3) нагревают раствор до температуры 87-90°С; 4) вводят ультрадисперсные алмазы; 4) проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5 мин; 5) вводят гипофосфит натрия и тиомочевину; 6) проводят ультразвуковое диспергирование раствора в течение 5 мин.

Химическое никелирование проводят до получения покрытия требуемой толщины при скорости осаждения 0,15-0,2 мкм/мин и температуре 87-90°С в растворе состава, г/л:

никель сернокислый 20-30; натрия гипофосфит 10-25; натрий уксуснокислый 10-15; кислота уксусная 4-6 мл/л; тиомочевина 0,001-0,003; УДА 2.

Пример №2. Химическое никелирование с УДА образцов из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т

Подготовка образцов из коррозионно-стойкой стали перед никелированием включает: 1) обезжиривание в органических растворителях; 2) обезжиривание электрохимическое при температуре не менее 70°С в течение 2-10 мин в растворе состава, г/л: тринатрийфосфат 30-70; сода кальцинированная 20-40; натр едкий 5-15; стекло натриевое жидкое 5-10; плотность тока анодная 3-10 А/дм2; 3) травление электрохимическое при температуре 15-30°С в растворе состава, г/л: кислота серная 70-100; плотность тока 10-15 А/дм2; время: анодный период 30 с; катодный период 30 с; 4) активация электрохимическая при температуре 15-30°С в течение 30 с в растворе состава, г/л: никель хлористый 200-250; кислота соляная 50-100; плотность тока катодная 5-10 А/дм2.

Приготовление раствора и химическое никелирование проводили по примеру №1.

Пример №3. Химическое никелирование с УДА образцов из титанового сплава ВТ1-0

Подготовка образцов из титанового сплава ВТ1-0 перед никелированием включает: 1) обезжиривание в органических растворителях; 2) химическое обезжиривание при температуре 15-30°С в течение 30 с в растворе, содержащем, г/л: натр едкий 40-50, тринатрийфосфат 10-20, стекло натриевое жидкое 30-40, добавка ДХТИ-НТ 2-5; 3) травление при температуре 15-30°С в течение 30-45 с в растворе, содержащем, г/л: кислота фтористоводородная 185-200, кислота азотная 10-15; 4) осветление при температуре 15-30°С в течение 30-45 с в растворе, содержащем, г/л: кислота фтористоводородная 10-30, кислота азотная 300-400; 5) гидридная обработка при температуре 70-80°С в течение 10-15 мин в растворе кислоты серной 550-700 г/л.

Приготовление раствора и химическое никелирование проводили по примеру №1.

Предлагаемый способ позволяет упростить технологию покрытия химическим никелем с ультрадисперсными алмазами за счет исключения дополнительных операций по поддержанию определенного размера частиц ультрадисперсных алмазов в процессе осаждения покрытия. Также предлагаемый способ позволяет получать покрытия с определенными составом и свойствами.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты