Способ нанесения гальванического никелевого покрытия на изделия из стеклонаполненного полиамида

Изобретение направлено на упрочнение стеклонаполненного полиамида при сохранении его прочности на разрыв. Способ включает последовательную обработку изделия для увеличения его ударной вязкости, теплостойкости и адгезии в растворе соли металла, выбранного из железа, меди и цинка, далее обработку изделия в растворе сульфида натрия и последующее нанесение никелевого покрытия толщиной более 50 мкм. 2 табл.

 

Изобретение относится к нанесению покрытий электролитическим способом, в частности к способам нанесения металлических покрытий на пластмассы, например термопласты.

Известна гальваническая металлизация пластмасс по классической схеме:

травление, активация в растворе, содержащем соли палладия, химического нанесения слоя меди или никеля с последующей гальванической металлизацией (см., например, патент США №4444836, кл. В23В 5/16, 1984 г.).

Недостатком данного процесса является низкая адгезия покрытия, а также использование драгметаллов.

Известен способ металлизации полимеров по подслою сульфидов различных металлов из патента США №3658661, кл. C25D 5/56, 1972 г.

За прототип выбран способ подготовки поверхности полимерных материалов к химической металлизации (см., например, авт. св. СССР №1724741, Мкл. С25D 5/54), в котором сульфиды переходных металлов (Fe, Cu, Zn) вводят в полимерный материал для увеличения прочности материала, стойкости к перепаду температур и адгезии металлического покрытия, нанесенного методом химического осаждения из раствора никелирования.

Этот способ металлизации пластмасс сложен в реализации.

Известно, что наполнение термопластичной матрицы стекловолокном способствует повышению прочности при растяжении такого композиционного материала, но при этом его стойкость к ударным нагрузкам снижается (А.А.Берлин. С.А.Вольфсон и др. «Принципы создания композиционных материалов», М., Химия, 1990, с.16-17).

На практике изделия, изготовленные из подобных материалов, не выдерживают воздействия комбинированных нагрузок (растяжение и удар).

Изобретение направлено на решение задачи упрочнения стеклонаполненного полиамида - увеличения ударной вязкости и теплостойкости при сохранении его прочности на разрыв и увеличения адгезии металлического покрытия к полимеру.

Для решения указанной задачи способ нанесения гальванического никелевого покрытия на изделие из стеклонаполненного полиамида включает обработку изделия для увеличения его ударной вязкости, теплостойкости и адгезии в растворе соли металла, выбранного из железа, меди и цинка, далее обработку изделия в растворе сульфида натрия и последующее нанесение никелевого покрытия толщиной более 50 мкм.

В предлагаемом способе в качестве полимерного материала использован стеклонаполненный полиамид, обладающий большей прочностью, но имеющий малую деформируемость, т.е. меньшую ударную вязкость. При гальванической металлизации стеклонаполненного полиамида по подслою сульфида металла, выбранного из железа, меди и цинка, получаем увеличенную ударную вязкость, теплостойкость и адгезию.

Были изготовлены детали по классической технологии с покрытием медью и никелем, по которому поверхность сначала сенсибилизируют, обрабатывая раствором солей олова, затем активируют раствором каталитически активного металла, например палладия, и по технологии с применением сульфидов переходных металлов с последующим нанесением слоя гальванического никеля. Нанесение металлического покрытия на детали из стеклонаполненного полиамида по сульфидному подслою включает следующие операции:

1. Пескоструйная обработка.

2. Промывка в ультразвуковой ванне в водном растворе технического моющего средства.

3. Промывка в проточной воде.

4. Обезжиривание в щелочном растворе.

5. Промывка в проточной воде.

6. Нанесение сульфидного подслоя путем последовательной обработки в растворах следующего состава, г/л:

раствор №1:

- медь сернокислая 5-водная от 100 до 200;

- аммиак водный от 100 до 150;

- гидрохинон от 1 до 5;

раствор №2:

- сульфид натрия от 1 до 10.

7. Нанесение никелевого покрытия гальваническим способом.

Нанесение сульфидного подслоя возможно также из растворов хлоридов меди или сульфатов или хлоридов железа или цинка.

Измерения адгезионной прочности (ГОСТ 9.313-89) показали, что адгезионная прочность металлического слоя по сульфидному подслою в 3 раза выше, чем по классической технологии.

Детали проходили испытания на воздействие комбинированной нагрузки на растяжение и удар. При этом детали, изготовленные по классической технологии, были разрушены, а детали с сульфидным подслоем выдержали испытание.

Контроль предела прочности при растяжении проводился на образцах по ГОСТ 11262-80, ударной вязкости - по ГОСТ 4647-80, теплостойкости по Мартенсу - по ГОСТ 21341-75.

Зависимость ударной вязкости, предела прочности при растяжении и теплостойкости от толщины никелевого покрытия, нанесенного по сульфидному подслою на стеклонаполненный полиамид, представлена в таблице.

Толщина покрытия, мкм	0	20	35	50	60	80
Ударная вязкость. КДж/м2	22	30	33	37	38	40
Прочность при растяжении, МПа	101	101	101	101	101	101
Теплостойкость по Мартенсу, °С	120	160	179	190	198	200

Необходимо отметить, что полиамиды - гидрофильные полимеры, их водопоглощение достигает нескольких процентов (в отдельных случаях до 8%) и существенно влияет (снижает) на прочность и ударную вязкость [см. Технические свойства полимерных материалов: Уч. - справ, пос. / В.К.Крыжановский, В.В.Бурлов, А.Д.Паниматченко, Ю.В.Крыжановская - СПб., Изд-во «Профессия», 2003, с.43). Кроме этого хорошо известно, что на прочностные свойства термопластов (полиамид и др.) существенное влияние оказывают режимы переработки их в изделия [см. Энциклопедия Полимеров. М., «Советская Энциклопедия», 1977, т.2. с.80]. Стеклонаполненный полиамид, состоящий из полиамида, усиленного наполнителем - длинными отрезками стеклянных нитей (не более 35%), сохраняет гидрофильность и перерабатывается аналогично термопластам. При этом указанные выше факторы не влияют на существо предложенного в заявке способа повышения ударной вязкости и теплостойкости стеклонаполненного полиамида. Таким образом, нам представляется целесообразным рассматривать относительное изменение ударной вязкости и теплостойкости, полученные после нанесения гальванического покрытия.

Толщина покрытия, мкм	0	20	35	50	60	80
Изменение ударной вязкости после металлизации	1,0*	1,36	1,50	1,68	1,73	1,82
Изменение теплостойкости по Мартенсу после металлизации	1,0*	1,33	1,49	1,58	1,65	1,67
*Примечание: за единицу принята ударная вязкость и теплостойкость стеклонаполненного полиамида без покрытия.

Как следует из приведенного примера, результатом осуществления заявленного способа нанесения металлических покрытий на пластмассы является увеличение ударной вязкости и теплостойкости стеклонаполненного полиамида при сохранении его прочности при растяжении.

Детали из металлизированного стеклонаполненного полиамида могут быть использованы в серийном производстве в таких областях техники как машиностроение, приборостроение и др., т.к. они обладают высокими прочностными характеристиками и теплостойкостью при их низкой себестоимости.

Способ нанесения гальванического никелевого покрытия на изделие из стеклонаполненного полиамида, включающий последовательную обработку изделия для увеличения его ударной вязкости, теплостойкости и адгезии в растворе соли металла, выбранного из железа, меди и цинка, далее обработку изделия в растворе сульфида натрия и последующее нанесение никелевого покрытия толщиной более 50 мкм.