Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий

 

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано при химическом никелировании стальных изделий. Раствор содержит в г/л: сернокислый никель - 20, уксуснокислый натрий - 10, гипофосфит натрия - 10, инертные частицы - 0,1 - 1,3, хромоксан - 0,1 - 0,2. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано при химическом никелировании стальных деталей как с целью антикоррозионной защиты, так и для решения функциональных задач: увеличения износостойкости и жаростойкости, создания режущих слоев.

Известны химические (бестоковые) никелевые покрытия с включением различного рода инертных частиц: корунда, карбида кремния, двуокиси титана, дисульфида молибдена и др. (см. Сайфулин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М. , 1977 г., с.238-241.). Инертные частицы вводятся в растворы химического никелирования и соосаждаются вместе с никелем, образуя химические композиционные покрытия.

Для осуществления химического никелирования имеются растворы различного состава (см. ГОСТ 9.305-84. Операции технологических процессов получения покрытий, карта 42, составы 1-5 и Вишенков С.А. Химические и электротермохимические способы осаждения металлопокрытий. - Л., 1975., с.21-36).

К числу наиболее используемых на практике растворов химического никелирования относится раствор следующего состава (г/л): Никель сернокислый - 20 Натрий уксуснокислый - 10 Натрий гипофосфит - 10 (см. Никандрова Л.Н. Химические способы получения металлических поекрытий. - Л., 1971., с.18).

Этот раствор по составу наиболее близок к заявленному. При введении в него инертных частиц (при температуре 92^oC, кислотность pH 4,6 и плотность загрузки 1 дм²/л) формируются композиционные химические покрытия с включенными в них частицами.

Недостатком раствора является недостаточное включение инертных частиц в покрытие и неравномерность их распределения в формирующемся осадке никеля (особенно по сложному профилю детали). На отдельных участках покрываемой поверхности наблюдается избыток частиц, иногда перекрывающих друг друга, а на других участках - полное их отсутствие в никелевом покрытии. Малое количество соосажденных с никелем частиц и их неравномерное распределение приводит к получению различных характеристик покрытий на разных участках, что отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах изделия.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка путем увеличения количества включаемых в осадок никеля инертных частиц и улучшения равномерности их распределения в покрытии.

Для достижения указанной цели в известный раствор химического никелирования, содержащий никель сернокислый, натрий уксуснокислый и гипосфит натрия, дополнительно введен препарат хромоксан, при этом содержание всех указанных компонентов должно быть в следующих соотношениях (г/л): Сернокислый никель - 20 Уксуснокислый натрий - 10 Гипофосфат натрия - 10 Хромоксан - 0,1 - 0,2 Приготовление раствора химического никелирования с хромоксаном ничем не отличается от приготовления обычно используемых для этих целей растворов. Все компоненты растворяются по отдельности и после фильтрации сливаются вместе в любой последовательности (за исключением гипофосфита натрия). Гипофосфит натрия вводится в последнюю очередь в нагретый раствор перед нанесением покрытия. Хромоксан может вводиться в раствор химического никелирования на любой стадии приготовления.

Препарат хромоксан представляет собой белый порошок, используемый в электролитах хромирования для получения условий труда и сокращения уноса электролита в вентиляцию и с деталями. Он представляет собой растворимую в воде калиевую соль перфторалкансульфокислоты молекулярной массы 520. Его формула: CF₃CF₂OCF₂CF(CF₃)OCF₂CF₂SO₃K.

Концентрация хромоксана подобрана таким образом, чтобы обеспечить достижение максимального эффекта, увеличения количества включаемых в покрытие частиц и равномерности их распределения. При снижении концентрации ниже 0,1 г/л эффективность влияния хромоксана снижается, а при его избытке (выше 0,2 г/л) происходит его нерациональный расход без увеличения эффективности воздействия на осаждаемые частицы.

Введение хромоксана в раствор химического никелирования принципиально изменяет механизм включения в покрытия инертных частиц: значительно увеличивает их количество и равномерность распределения в никелевых осадках. Влияние хромоксана на формирование композиционных покрытий показано в таблице. Для сравнения покрытия химическим никелем получали из трех растворов.

1. Раствор, взятый за прототип, (г/л):
Никель сернокислый - 20
Никель уксуснокислый - 10
Гипофосфит натрия - 10
2. Раствор такого же состава с введенным в него хромоксаном в количестве 0,1 г/л.

3. Раствор такого же состава с введенным в него хромоксаном в количестве 0,2 г/л.

В растворы помещали стальные пластинки (сталь 65Г размером 100 х 30), расположенные под углом 45^o (см. чертеж). Процесс химического никелирования во всех растворах осуществлялся при одних и тех же режимах: температуре 92^oC и кислотности pH 4,6. В качестве инертных частиц использовались частицы разной природы и разных размеров: алмаз марки ACB (размер частиц 63 - 80 мкм) и тальк (размер частиц 5 - 10 мкм).

Частицы вводились в раствор химического никелирования в строго фиксированном относительно покрываемых пластин месте в одинаковом количестве: 0,5 г для крупных частиц алмаза и 0,05 г для мелких частиц талька. Алмазные частицы заращивались в течение 40 мин, частицы талька - в течение 10 мин. В каждом опыте из каждого раствора покрывалось по два образца; на одном определялась равномерность включения частиц покрытия, на другом - общее содержание частиц.

Равномерность включения покрытых частиц в осадок химического никеля определялась подсчетом их количества в покрытии в поле зрения микроскопа МИМ - 6 (для алмазных частиц при увеличении 147, для частиц талька - при увеличении 600). При этом поверхность покрытых образцов делилась на три участка одинаковых размеров (33 х 30) и замеры проводились на каждом из участком (см. чертеж).

В таблице представлены результаты пяти измерений внутри трех выделенных участков.

Общее содержание в покрытии алмазных частиц определялось путем растворения никелевых осадков в растворе, состоящем из 7 об. ч. азотной кислоты и 3 об. ч. уксусной кислоты. Оставшиеся после растворения частицы алмаза отмывались и взвешивались. Содержание в покрытии частиц талька определялось путем микроскопического анализа.

Результаты опытов, представленные в таблице, показывают, что введение хромоксана в раствор химического никелирования в количестве 0,1 - 0,2 г/л от 1,5 до 5 раз увеличивает общее содержание вращиваемых в никелевое покрытие инертных частиц и от 1,5 до 3 раз увеличивает равномерность включения частиц разной природы и разного размера.

Использование раствора химического никелирования с добавкой хромоксана позволяет получать более однородные композиционные покрытия с необходимым количеством включенных инертных частиц, равномерно распределенных в никелевом слое, что значительно улучшает качество химических композиционных покрытий и их функциональные свойства.

Формула изобретения

Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий, содержащий сернокислый никель, уксуснокислый натрий, гопофосфит натрия и инертные частицы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит препарат хромоксан при следующем соответственно компонентов, г/л:
Сернокислый никель - 20
Уксуснокислый натрий - 10
Гипофосфит натрия - 10
Инертные частицы - 0,1 - 1,3
Хромоксан - 0,1 - 0,2

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2