Гальванический композиционный материал на основе никеля
Владельцы патента RU 2422561:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет" (Новочеркасский политехнический институт) (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности для увеличения срока службы деталей в узлах машин, механизмов, а также пресс-форм, обладающих повышенной микротвердостью. Гальванический материал содержит, мас.%: оксид алюминия 1,4-3,9; бор 0,7-3,1; никель - остальное. Технический результат: повышение микротвердости. 2 табл.
Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности с целью увеличения срока службы деталей в узлах машин, механизмов, а также пресс-форм, обладающих повышенной микротвердостью.
В промышленности появилась необходимость увеличения микротвердости различных материалов на основе никеля.
Увеличение микротвердости материалов на основе никеля можно достигнуть за счет легирования их металлами и (или) неметаллами.
Известны композиционные материалы на основе никеля с С, Si, SiC, TiC, TaC, ZrC, WC, SiO2, TiO2, BeO, ZrO2, Cr2O3, MoS2, MoSi2 и т.д. (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия, 1977. - 272 с.), а также с В (Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Кудимов Ю.Н., Сысоев Г.Н., Свицын Р.А., Балакай В.И. Электролит для осаждения покрытий сплавом никель-бор - А.с. СССР 1387528, МКИ С25D 3/56. - №4001609/31-02; заявл. 02.01.86; опубл. 08.12.87), обладающие повышенной микротвердостью по сравнению с чисто никелевыми покрытиями.
Существенным недостатком этих композиционных материалов и сплавов является то, что микротвердость является недостаточной.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности относится композиционный материал никель-бор-алмаз следующего состава, мас.%:
| бор | 0,2-3,2 |
| ультрадисперсный алмазный порошок | 0,1-2,6 |
| никель | остальное |
(Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Г.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ С22С 19/03, 26/00, С25D 15/00. - №5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. №32. - 3 с.).
Однако данный композиционный материал имеет недостаточную микротвердость.
Задачей настоящего изобретения является повышение микротвердости материалов на основе никеля с бором, легированных оксидом алюминия.
Указанная задача достигается получением композиционного материала никель-бор-оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| оксид алюминия | 1,4-3,9 |
| бор | 0,7-3,1 |
| никель | остальное |
Наличие оксида алюминия в композиционном материале никель-бор-оксид алюминия приводит к увеличению его микротвердости.
Увеличение содержания оксида алюминия выше верхнего заявляемого предела приводит к увеличению внутренних напряжений, ухудшению качества и снижению микротвердости композиционного материала.
Уменьшение содержания оксида алюминия в композиции ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению микротвердости композиционного материала.
Для апробирования предложенного состава композиционного материала никель-бор-оксид алюминия были изготовлены композиции, химический состав которых приведен в табл.1, где 2, 3, 4 - содержание оксида алюминия на нижнем, среднем и верхнем уровнях соответственно, а 1 и 5 - содержание оксида алюминия в композиции за граничными значениями.
Композиционный материал никель-бор-оксид алюминия получали электрохимическим способом из электролита следующего состава, г/л:
| хлорид никеля шестиводный | 200-350 |
| борная кислота | 25-40 |
| сахарин | 0,7-1,8 |
| оксид алюминия | 15-40 |
| декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86) | 1,2-4,5 |
Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 18-40°С, катодная плотность тока 0,5-11 А/дм2 при перемешивании.
| Таблица 1 | ||||
| Химический состав композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототипа - никель-бор-алмаз | ||||
| Композиционный материал и прототип | Оксид алюминия | Ультрадисперсный алмазный порошок | Бор | Никель |
| Предложенный 1 | 0,9 | - | 0,2 | 98,9 |
| 2 | 1,4 | - | 0,7 | 97,9 |
| 3 | 2,7 | - | 1,8 | 95,5 |
| 4 | 3,9 | - | 3,1 | 93,0 |
| 5 | 4,5 | - | 3,6 | 91,9 |
| Прототип | - | 1,3 | 1,7 | 97,0 |
Пример 1. Композиционный материал химического состава, мас.%:
оксид алюминия 0,9, бор 0,2, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 150, оксид алюминия 10, борная кислота 20, сахарин 0,5, декагидродекаборат натрия 0,7 при рН 5,5, температуре 16°С и катодной плотности тока 2 А/дм2. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли борную кислоту, сахарин и хлорид никеля, после того как довели уровень электролита до необходимого объема вводили декагидродекаборат натрия и оксид алюминия. рН электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).
Пример 2. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 1,4, бор 0,7, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200, оксид алюминия 15, борная кислота 25, сахарин 0,7, декагидродекаборат натрия 1,2 при рН 5,0, температуре 18°С и катодной плотности тока 3 А/дм2. Электролит готовили по методике, описанной выше.
Пример 3. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 2,7, бор 1,8, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 280, оксид алюминия 25, борная кислота 32, сахарин 1,2, декагидродекаборат натрия 2,5 при рН 3,0, температуре 30°С и катодной плотности тока 5 А/дм2. Электролит готовили по методике, описанной выше.
Пример 4. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 3,9, бор 3,1, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 350, оксид алюминия 40, борная кислота 40, сахарин 1,8, декагидродекаборат натрия 4,5 при рН 1,5, температуре 40°С и катодной плотности тока 11 А/дм2. Электролит готовили по методике, описанной выше.
Пример 5. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 4,5, бор 3,6, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 370, оксид алюминия 50, борная кислота 40, сахарин 2,0, декагидродекаборат натрия 5,0 при рН 1,1, температуре 45°С и катодной плотности тока 12 А/дм2. Электролит готовили по методике, описанной выше.
Прототип осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200-300, борная кислота 20-25, аммоний сернокислый 10-40, сахарин 0,6-1,5, декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86) 0,3-3,6, ультрадисперсная алмазная суспензия (УДА-В ТУ 84.1124-87) 0,05-1,2. Катодная плотность тока 1-5 А/дм2, рН 1,0-4,5, температура 18-25°С (Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Г.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ С22С 19/03, 26/00, С25D 15/00. - №5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. №32. - 3 с.).
В табл.2 приведены физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототипа никель-бор-алмаз.
| Таблица 2 | ||||||
| Физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототип никель-бор-алмаз. | ||||||
| Физико-механические свойства композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототип никель-бор-алмаз | Предложенный состав композиции | Прототип | ||||
| 1 | 3 | 2 | 4 | 5 | ||
| Микротвердость, ГПа | 24 | 30 | 32 | 31 | 28 | 23 |
| Внутренние напряжения, МПа | 58,8 | 59,0 | 61,2 | 64,4 | 69,3 | 64,8 |
Как видно из табл.2, микротвердость композиционного материала никель-бор-оксид алюминия превышает микротвердость никель-бор-алмаз (прототипа) в 1,3-1,4.
Композиционное электрохимическое покрытие на основе никеля, содержащее бор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| оксид алюминия | 1,4-3,9 |
| бор | 0,7-3,1 |
| никель | остальное |
