Способ электроосаждения композиционных покрытий на основе никеля и наноразмерного диоксида циркония

Авторы патента:

Кругликов Сергей Сергеевич (RU)

Винокуров Евгений Геннадьевич (RU)

Горелов Сергей Михайлович (RU)

Цупак Татьяна Евгеньевна (RU)

C25D15/00 - Покрытия с включенными в них материалами, например частицами, спиральными пружинами, проволокой, получаемые электролитическим способом или способом электрофореза

Владельцы патента RU 2586371:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева) (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения на детали, работающие под нагрузкой в агрессивных средах, для повышения надежности работы изделий. Способ включает электроосаждение композиционного покрытия на основе никеля и наноразмерного диоксида циркония из электролита, содержащего соли никеля и частицы диоксида циркония, при этом в качестве солей никеля используют тетрагидрат ацетата никеля в количестве 60-90 г/л и гексагидрат хлорида никеля в количестве 7-15 г/л при рН 4,3-4,7, в которые добавляют золь диоксида циркония, содержащий хлороводородную кислоту 1,3-1,7 моль/л и частицы диоксида циркония с размерами 2-6 нм и концентрацией 15-18 г/л, в количестве 6-56 мл/л, причем процесс электроосаждения проводят при температуре электролита 45-55 °С и плотности тока 2-12 А/дм². Технический результат: получение покрытий на основе никеля без питтинга с высокими значениями микротвердости, обеспечивающими высокую износостойкость и коррозионную стойкость, в частности, в хлоридных средах. 3 пр.

Изобретение относится к гальванотехнике, конкретно - к способам нанесения покрытий металлами и сплавами с повышенными значениями микротвердости, износостойкости и коррозионной стойкости, в частности в хлоридных средах, и может быть использовано для нанесения на детали, работающие под нагрузкой в агрессивных средах, что позволит повысить надежность работы изделий.

Известны процессы получения композиционных покрытий на основе никеля с включением в никелевое покрытие различных частиц неметаллов (алмаз, оксид кремния, диоксид титана, карбид кремния и др.) [1].

В качестве второй фазы для получения композиционного покрытия на основе никеля был выбран диоксид циркония, при добавлении которого в электролит никелирования происходит повышение микротвердости и коррозионной стойкости [2, 3].

Наиболее близким по технической сущности является способ получения композиционных покрытий на основе никелевой матрицы из электролита следующего состава, г/л: NiSO₄·7H₂O - 260, NiCl₂·6H₂O - 30, H₃BO₃ - 30; ПАВ; рН 3,0; температуре электролита 40 °С и плотности тока осаждения 3÷3,3 А/дм², и включенных в неё частиц диоксида циркония (средний размер частиц 10-30 нм) концентрацией 10 г/л, с содержанием второй фазы в покрытии в количестве 2,9÷4,1 об.% [4]. Эти КЭП обладают улучшенными механическими свойствами: повышенными значениями микротвёрдости и износостойкости.

Существенным недостатком этого способа является неустойчивость суспензии электролит никелирования-частицы дисперсной фазы, приводящая к неравномерному распределению концентрации частиц в композиционном покрытии, нестабильности процесса включения, связанной с изменением гидродинамических условий у поверхности покрываемых изделий, к образованию питтинга.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, то есть такой процесс получения покрытия никель-диоксид циркония, который обеспечивает устранение питтинга, получение покрытий с высокими значениями микротвердости, и обеспечивающими высокую износостойкость, высокую коррозионную стойкость с одинаковыми характеристиками по всей покрываемой поверхностью изделий благодаря равномерному распределению включающихся частиц диоксида циркония по всей поверхности и толщине покрытия.

Поставленная задача решается способом электроосаждения композиционных покрытий на основе никеля и наноразмерного диоксида циркония из электролита, содержащих соли никеля, включая хлорид никеля и частицы диоксида циркония, отличающимся тем, что с целью повышения микротвердости покрытия и его коррозионной стойкости в качестве солей никеля используют тетрагидрат ацетата никеля в количестве 60÷90 г/л, гексагидрат хлорида никеля в количестве 7÷15 г/л при рН 4,3÷4,7 с добавкой золя диоксида циркония, содержащего хлороводородную кислоту 1,5 моль/л и частицы диоксида циркония с размерами 2÷6 нм и концентрацией 15÷18 г/л, в количестве 6-56 мл/л, причем процесс электроосаждения проводят при температуре электролита 45÷55 °С и плотности тока 2÷12 А/дм².

Введение в электролит никелирования золя диоксида циркония в концентрации 6-56 мл/л (в пересчете на чистый диоксид циркония 0,1÷1,0 г/л), агрегативно устойчивого в данном электролите, со средними размерами частиц в электролите 60-90 нм обеспечивает равномерное распределение частиц по объему электролита и одинаковую концентрацию у разных участков поверхности покрываемых изделий независимо от гидродинамических условий, причем золь-электролит готовят путем соединения электролита никелирования с золем-концентратом, содержащим хлороводородную кислоту в концентрации 1,5 моль/л и частицы диоксида циркония в концентрации 15÷18 г/л и средним диаметром 2÷6 нм.

Приготовленный по вышеуказанной методике электролит-золь обладает высокой во времени агрегативной и седиментационной устойчивостью, которые и обеспечивают вышеперечисленные его преимущества.

Примеры осуществления способа

Пример 1.

Покрытие, полученное из электролита следующего состава, г/л: Ni(CH₃COO)₂×4H₂O - 60, NiCl₂×6H₂O - 7, pH - 4,3, с добавкой 6 мл/л золя диоксида циркония, содержащего хлороводородную кислоту 1,3 моль/л и частицы диоксида циркония с размером 2÷6 нм и концентрацией 16 г/л, при плотности тока 2 А/дм², температуре электролита 45 °С, характеризуются микротвердостью 3,92 ГПа, скоростью коррозии в 1 М HCl 51 г/(м²·сут) и отсутствием питтинга.

Пример 2.

Покрытие, полученное из электролита следующего состава, г/л: Ni(CH₃COO)₂×4H₂O - 75, NiCl₂×6H₂O - 10, pH - 4,5, с добавкой 29 мл/л золя диоксида циркония, содержащего хлороводородную кислоту 1,5 моль/л и частицы диоксида циркония с размером 2÷6 нм и концентрацией 17 г/л, при плотности тока 5 А/дм², температуре электролита 50 °С, характеризуются микротвердостью 4,29 ГПа, скоростью коррозии в 1 М HCl 2,6 г/(м²·сут) и отсутствием питтинга.

Пример 3.

Покрытие, полученное из электролита следующего состава, г/л: Ni(CH₃COO)₂×4H₂O - 90, NiCl₂×6H₂O - 15, pH - 4,7, с добавкой 56 мл/л золя диоксида циркония, содержащего хлороводородную кислоту 1,7 моль/л и частицы диоксида циркония с размером 2÷6 нм и концентрацией 18 г/л, при плотности тока 12 А/дм², температуре электролита 55 °С, характеризуются микротвердостью 3,91 ГПа, скоростью коррозии в 1 М HCl 2,9 г/(м²·сут) и отсутствием питтинга.

Приведенные примеры продемонстрировали решение поставленной задачи и продемонстрировали устойчивость золя из наночастиц диоксида циркония в электролите никелирования.

Литература

1. Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия. - 1977. - 272 с.

2. L. Benea: Electrodeposition and tribocorrosion behavior Ni-ZrO₂ // Journal Applied Electrochemistry. -2009. -Vol. 39, Р. 1671-1681.

3. F. Hou, W. Wang, H. Guo: Effect of dispersibility of ZrO₂ nanoparticles in Ni-ZrO₂ electroplated nanocomposite coatings on the mechanical properties of nanocomposite coatings // Applied Surface Science. -2006. -Vol. 252, P. 3812-3817.

4. W. Wang, F-Y. Hou, H. Wang, H-T. Guo: Fabrication and characterization of Ni-ZrO₂ composite nano-coatings by pulse electrodeposition // Scripta Materialia. 2005. Vol. 53. pp. 613-618.

Способ электроосаждения композиционного покрытия на основе никеля и наноразмерного диоксида циркония из электролита, содержащего соли никеля и частицы диоксида циркония, отличающийся тем, что в качестве солей никеля используют тетрагидрат ацетата никеля в количестве 60-90 г/л и гексагидрат хлорида никеля в количестве 7-15 г/л при рН 4,3-4,7, в которые добавляют золь диоксида циркония, содержащий хлороводородную кислоту 1,3-1,7 моль/л и частицы диоксида циркония с размерами 2-6 нм и концентрацией 15-18 г/л, в количестве 6-56 мл/л, причем процесс электроосаждения проводят при температуре электролита 45-55 °С и плотности тока 2-12 А/дм².

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности для повышения износостойкости режущего инструмента деталей, машин и механизмов.

Способ нанесения композиционных хромовых покрытий // 2576797

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электролитическим способам нанесения композиционных хромовых покрытий на металлические изделия, и может быть использовано в металлургии и машиностроении для получения коррозионно-стойких твердых хромовых покрытий.

Способ и устройство для электролитического осаждения покрытия // 2567143

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для ремонта лопаток соплового аппарата газовой турбины. Согласно изобретению обеспечивают лопатку (120, 130), образующую катод и имеющую покрываемую поверхность, ограничивающую критическую зону (21), анод (19), электролитическую ванну, содержащую нерастворимые частицы, и опору (12), на которой устанавливают упомянутую лопатку в рабочем положении относительно опорной стенки (14), помещают опору (12) в упомянутую ванну и осуществляют соосаждение частиц и металла анода (19), образуя покрытие (20) на покрываемой поверхности, при этом образом упомянутый анод (19) размещен обращенным к критической зоне (21), а упомянутая опора (12) снабжена средством контроля линий тока таким образом, чтобы получить покрытие (20) с толщиной, заданной и относительно постоянной для критической зоны (21) и постепенно уменьшающейся до практически нулевого значения вдоль краев упомянутого покрытия (20).

Способ получения композиционных покрытий на основе цинка // 2558327

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности в машиностроении, производстве монет, столовых приборов, дорожных ограждений и других изделий, подверженных истиранию, коррозии и эрозии.

Способ создания композитных покрытий // 2557188

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания композиционных электрохимических покрытий различного назначения. Способ получения композиционного покрытия включает осаждение металлического покрытия из водного электролита-суспензии с ультрадисперсными частицами алмаза.

Модифицированное гальваническое серебряное покрытие и способ его изготовления // 2551327

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в радиотехнике и электротехнике. Покрытие равномерно по всему объему серебра содержит астралены в количестве от 0,005 мас % до 0,5 мас %.

Способ изготовления алмазно-абразивной проволоки // 2545956

Изобретение относится к алмазно-абразивному инструменту, используемому для обработки особо твердых и хрупких материалов, преимущественно кремния, сапфира, гранатов, кварца, керамики, стекла и т.п., в частности к алмазному проволочному инструменту.

Самосмазывающееся покрытие и способ производства самосмазывающегося покрытия // 2542189

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных износостойких покрытий. Самосмазывающееся покрытие (7) состоит из металлического слоя (8), в который включен смазочный материал (1), способный высвобождаться при износе, при этом смазочный материал (1) состоит по меньшей мере из одного однократно разветвленного органического соединения (2), имеющего по меньшей мере одну функциональную группу (5), обладающую аффинностью к металлическому слою (8) и представляющую собой тиоловую группу (6).

Способ электролитического осаждения покрытия железо-дисульфид молибдена // 2537686

Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железо-дисульфид молибденовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Способ нанесения гальванических железных покрытий в проточном электролите с крупными дисперсными частицами // 2503751

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей машин и механизмов путем нанесения на их поверхность гальванических железных покрытий в проточном электролите.

Способ получения электрохимического серебряного покрытия // 2599471

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной, электротехнической, ювелирной и других отраслях промышленности. Способ включает электрохимическое осаждение из дицианаргентатного электролита, содержащего ионы серебра и модифицированные (т.е. обработанные аммиачной водой при высокой температуре и давлении) детонационные наноалмазы, состава (г/л): K[Ag(CN)2] (в расчете на Ag) - 20-35; K2CO3 - 40-50; KCNS - 150-200; модифицированные детонационные наноалмазы - 0,2-2,0 при температуре 18-25°С и плотности тока 0,3-2,0 А/дм2. Технический результат: повышение износостойкости, коррозионной стойкости, снижение пористости покрытий при малом расходе алмазов по простой технологии, что значительно увеличивает ресурс изделий. 2 табл., 11 табл., 1 пр.

Способ получения электрохимического серебро-наноуглерод-алмазного покрытия // 2599473

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электронной, электротехнической и других отраслях промышленности. Способ включает электрохимическое осаждение из дицианаргентатнороданистого электролита, содержащего ионы серебра и модифицированный наноуглерод-алмазный материал детонационного синтеза, г/л: K[Ag(CN)2] (в расчете на Ag) - 20-35; К2СО3 - 40-50; KCNS - 150-200; модифицированный 5-30%-ной азотной кислотой наноуглерод-алмазный материал - 0,2-2,0, при температуре 18-25°С и плотности тока 0,5-2,0 А/дм2. Технический результат: снижение удельного сопротивления, пористости покрытия, повышение его износостойкости и коррозионной стойкости при малом расходе алмазов и по простой технологии. 11 табл., 1 пр.

Способ беспористого твёрдого хромирования деталей из чугунов и сталей // 2603935

Изобретение относится к области нанесения гальванических покрытий на изделия из чугуна и стали. Способ включает последовательное осаждение слоев покрытия из электролита при прямой полярности тока, при этом деталь прогревают и подвергают катодной обработке при плотности катодного тока 100-150 А/дм2 и температуре 70-75°C в той же ванне при непрерывной циркуляции электролита, по окончании катодной обработки плотность тока снижают до 32 А/дм2 и продолжают хромирование до достижения толщины покрытия 8-10 мкм, далее без подачи тока проводят охлаждение электролита до температуры 45-50 °C посредством теплообменника с протоком холодной воды, а по достижении заданной температуры на деталь подают минимальный катодный ток с постепенным подъемом плотности до 45-50 А/дм2 и проводят хромирование до получения требуемой толщины покрытия. Процесс хромирования любых чугунов и сталей, в т.ч. азотированных, проводится в электролите одного состава и в одной ванне без применения анодной межслойной обработки. Технический результат: повышение микротвердости - от 1000 HV при удовлетворительной адгезии покрытия. 1 ил.

Модифицированный наноуглеродом электролит анодирования детали из алюминия или его сплава // 2607075

Изобретение относится к области гальванотехники и нанотехнологии. Электролит содержит серную кислоту, композицию «ЭКОМЕТ-А200» и порошок углеродного наноматериала «Таунит», введенный с помощью ультразвукового диспергатора, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л: серная кислота 180-220, композиция «ЭКОМЕТ-А200» 26-28, углеродный наноматериал «Таунит» от 0,005 до менее 0,03. Технический результат: упрощение технологии увеличения микротвердости алюминиевых поверхностей. 2 табл., 1 пр.

Электролит-суспензия для получения износостойких покрытий на основе железа // 2610381

Изобретение относится к области порошковой гальванотехники, а именно: к материалам для получения композиционных гальванических покрытий, и может быть использовано для создания износостойких покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства. Электролит-суспензия для получения износостойких покрытий на основе железа содержит нанодисперсный порошок оксида алюминия в виде частиц сферической формы размером 0,03 мкм и менее с концентрацией 0,5-50 г/л, который получен путем плазменной переконденсации крупнодисперсного порошка оксида алюминия. Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств предлагаемых покрытий, а именно: износостойкости и микротвердости, и седиментационной устойчивости электролита. 1 табл., 1 ил.

Способ получения медных гальванических покрытий, модифицированных наночастицами электроэрозионной меди // 2612119

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для модификации медных гальванических покрытий. Способ включает введение в сульфатный электролит меднения наночастиц меди, полученных электроэрозионным диспергированием медных отходов, размерностью 2,5-100 нм с концентрацией до 0,1 г на 100 мл электролита. Технический результат: повышение физико-механических характеристик медного покрытия. 3 табл., 6 ил., 1 пр.

Способ получения электрохимического оксидноанодного алмазосодержащего покрытия алюминия и его сплавов // 2631374

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к анодированию поверхности алюминия и его сплавов, и может быть использовано в различных областях промышленности для увеличения коррозионной стойкости, микротвердости изделий с покрытиями и создания подслоя для лаков и красок. Способ включает электрохимическое оксидирование в сернокислом электролите, содержащем детонационные наноалмазы, при этом используют детонационные наноалмазы, модифицированные аммиаком, сурьмой или бором, в количестве 0,5-10,0 г/л. Технический результат: повышение микротвердости и коррозионной стойкости покрытия, снижение его пористости при малом расходе ДНА по простой технологии. 3 з.п. ф-лы, 10 табл., 3 ил.