Электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий

Изобретение относится к области гальваностегии и может найти применение в радиоэлектронной промышленности, машиностроении и других областях, требующих получения тонких защитных пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий. Электролит содержит эвтектическую смесь холин-хлорида и мочевины, причем эвтектическая смесь приготовлена путем смешения компонентов в молярном соотношении, равном 1:2, в которой растворены хлорид никеля и хлорид алюминия в количестве, г/л раствора: хлорид никеля 3,2-33,0, хлорид алюминия 12,5-144,0. Технический результат - получение качественных тонких беспористых покрытий и снижение токсичности электролита за счет использования экологически безопасных компонентов.

 

Настоящее изобретение относится к области гальваностегии и может найти применение в радиоэлектронной промышленности, машиностроении и других областях, требующих получения тонких защитных пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий.

Изобретение относится к области нанесения тонких высококачественных покрытий никель-алюминий электролитическим способом из ионного электролита на основе эвтектической смеси холин-хлорида и мочевины. Широкое окно потенциалов и высокая стабильность электролита позволяют использовать его для нанесения качественных тонких покрытий, хорошо сцепленных с основой. Электролит, благодаря низкой стоимости и доступности компонентов, наряду с низкой токсичностью, может найти широкое применение для нанесения покрытий, обеспечивающих температурную и коррозионную защиту деталей машин, а также в областях, требующих получения тонких пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий.

В последнее время ионные жидкости получили широкое распространение в качестве электролитов для источников тока. Однако их высокая стоимость и токсичность не позволяют использовать их в качестве электролитов для осаждения пленок металлов и сплавов.

В статьях, содержащих сведения об электроосаждении никеля с использованием эвтектической на основе ионной жидкости [1] и [2] описана возможность гальванического осаждения никелевого покрытия из электролита на основе эвтектической смеси холин-хлорида и мочевины в молярном соотношении 1:2, содержащего хлорида никеля (II) 48 г/л и 124 г/л соответственно.

В статье, содержащей сведения об электролите для осаждения алюминия из электролита на основе эвтектики [3], описан электролит для осаждения алюминия из электролита на основе вышеописанной эвтектики в молярном соотношении 1:1, содержащего 50 г/л хлорида алюминия (III). Процесс проводят при температуре 80-95°С.

Вышеописанные способы не позволяют единовременно формировать покрытие никель-алюминий. К недостаткам этих электролитов следует отнести необходимость проведения процесса осаждения при высоких температурах, что обусловлено использованием в последнем случае эвтектики с молярным соотношением холин-хлорида и мочевины, равным 1:1, которая кристаллизуется при температуре ниже 75°С.

Известен способ формирования сплава железо-алюминий [4] из электролита на основе ионной жидкости 1-бутил-1-метилпирролидиний трифлуорометилсульфонат ([Py1,4]TfO), содержащего, г/л: хлорид железа (II) 12,7 и хлорид алюминия (III) 367,1.

Недостатком этого электролита является необходимость проведения процесса при высокой температуре (100°C), необходимость и сложность контроля pH среды, очень высокая стоимость и использование высокотоксичных компонентов, что негативно влияет на окружающую среду.

В заявке US 20120189778 А1 (опубл. 26.07.2012) электролиты для гальванического осаждения покрытий [5] - алюминий, ионные жидкости, включающие: 1-этил-3-метилимидазолий хлорид, 1-бутил-3-метилимидазолий хлорид, 1-бутил-1-метилпирролидиний бис(трифторметилсульфонил)амид, 1-этил-3-метилимидазолий бис(трифторметилсульфонил)амид, тригексил-тетраадецил фосфоний бис(трифторметилсульфонил)амид или их смеси.

Указанные электролиты, как наиболее близкие аналоги, можно принять в качестве прототипа.

Недостатками таких электролитов является необходимость точного контроля pH среды и его концентрации, что требует дополнительных затрат и может привести к ухудшению качества покрытия. Кроме того, электролиты имеют очень высокую стоимость, а использование высокотоксичных компонентов негативно влияет на окружающую среду.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение из электролита тонких высококачественных беспористых покрытий никель-алюминий за счет широкого окна потенциалов, высокой стабильности, хорошей выравнивающей способности электролита при низком выходе по току, а также значительное снижение его стоимости и токсичности.

Данная задача решается за счет того, что заявляемый электролит для гальванического осаждения покрытий никель-алюминий представляет собой эвтектическую смесь холин-хлорида и мочевины в молярном соотношении 1:2, в которой растворены хлорид никеля и хлорид алюминия в количестве, г/л раствора: хлорид никеля 3,2-33; хлорид алюминия 12,5-144.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность формирования качественных никель-алюминиевых покрытий из электролитов на основе ионных жидкостей, что значительно снижает стоимость и токсичность электролита. Смесь холин-хлорида и мочевины представляет собой эвтектику с температурой плавления 12°C. Применение данной эвтектической смеси в качестве основы для электролита обусловлено ее хорошей электропроводностью, электрохимической инертностью в широкой области потенциалов, термической устойчивостью, дешевизной и экологической безопасностью. Использование эвтектической смеси холин-хлорида и мочевины позволяет значительно сместить потенциалы выделения алюминия и никеля за счет образования сложных комплексных ионов, благодаря чему имеет место совместное осаждение этих металлов, которое наблюдается в области потенциалов 1200-1400 мВ (относительно серебряного электрода сравнения). Использование инертных анодов (углеродный или платиновый) позволяет контролировать концентрацию основных потенциалопределяющих ионов, что дает возможность поддерживать выход металла по току на низком уровне для получения максимально качественного и равномерного покрытия. Таким образом, использование эвтектической смеси холин-хлорида с мочевиной в качестве основы для электролита способствует не только получению качественных тонких беспористых покрытий никель-алюминий, но и значительно снижает стоимость и токсичность электролита за счет использования экологически безопасных компонентов.

Осуществление изобретения

Основой для представляемого электролита служит эвтектическая смесь холин-хлорида и мочевины, которая готовится путем смешения компонентов в определенном молярном соотношении 1:1,5-1:4 при незначительном нагреве. Снижение содержания мочевины в растворе приводит к образованию эвтектики, кристаллизующейся при температуре ниже 75°С, что делает невозможным применение электролита при комнатной температуре. Верхняя граница обусловлена пределом растворимости одного компонента в другом.

Оптимальным было выбрано соотношение холин-хлорида и мочевины, равное 1:2, при котором наблюдается самое широкое электрохимическое окно потенциалов (2,4 В для платинового электрода).

На основе данной эвтектической смеси готовили несколько электролитов различной концентрации по хлоридам алюминия (III) и никеля (II), соотношение между которыми брали равным 3:1.

При этом хлорид алюминия (III) добавляли в пределах 12,5-144,0 г/л. Верхний предел соответствует максимальной растворимости хлорида алюминия (III) в эвтектике, нижний предел обусловлен минимально заметной скоростью протекания процесса осаждения алюминия.

Содержание хлорида никеля (II) в предлагаемом электролите находится в пределах 3,2-33,0 г/л. Верхняя граница соответствует максимальной вязкости электролита. При содержании хлорида никеля (II) менее 3,2 г/л значительно ухудшаются характеристики покрытий.

Процесс электроосаждения проводили при температуре 25-30°С и плотности тока j=0,2-2,5 А/дм2. Нижний предел тока обусловлен началом совместного выделения алюминия и никеля при j=0,2 А/дм2. При катодной плотности тока выше j=2,5 А/дм2 происходит локальная деструкция электролита в прикатодной области, покрытие формируется низкого качества, плохо сцеплено с основой.

В качестве катода использовали медную пластину, покрываемая площадь которой составляла 5 см2. Анодом служил графитовый электрод. Поверхность медных пластин перед нанесением была тщательно подготовлена, обезжирена и отполирована. Для процесса нанесения использовали постоянный ток. Толщина покрытий рассчитывалась стандартным весовым методом.

Изготовлен опытный образец, в котором для нанесения качественных покрытий никель-алюминий использовался электролит, приготовленный следующим образом.

Холин-хлорид и эвтектику в молярном соотношении 1:2 смешивали в емкости и при незначительном нагреве выдерживали в течение 3 часов. Для получения 100 мл эвтектики брали 64 г холин-хлорида и 55,6 г мочевины. Затем в полученных 100 мл эвтектики растворяли при температуре 80-90°С 7,4 г хлорида алюминия (III) и 1,7 г хлорида никеля (II) в течение 8 часов. Полученный электролит представлял собой гомогенный прозрачный вязкий (~4310 мПа⋅с) раствор зеленого цвета. Электропроводность раствора при температуре 25°С ~610 мкС/см, электрохимическое окно потенциалов относительно серебряного электрода - 1,27-+1,34 В.

Из полученного раствора при температуре 25°С и плотности тока j=0,5 А/дм2 в течение 1 часа были получены качественные беспористые покрытия никель-алюминий толщиной 300-400 нм, имеющие хорошее сцепление с основой и обладающее высокими коррозионными и термобарьерными свойствами.

Использование предлагаемого электролита позволяет получать высококачественные тонкие пленки никель-алюминий; проводить процесс в условиях низкой температуры; свести к минимуму стоимость и токсичность.

Источники информации:

1. Abbott А.Р., El Ttaib K., Ryder K.S. and Smith E.L. // Electrodeposition of nickel using eutectic based ionic liquids / Transactions of the Institute of Metal Finishing, V. 86, №4, p. 234-240, 2008.

2. Liana Anicail, Andreea Floreal and Teodor VisanStudies // Regarding the Nickel Electrodeposition from Choline Chloride Based Ionic Liquids / Applications of Ionic Liquids in Science and Technology, p. 261-286, 2011.

3. Thanh-Cong Huynhl, Quang P.D. Dao and etc. // Electrodeposition of Aluminum on Cathodes in Ionic Liquid Based Choline Chloride/Urea/AlCl3 / Environment and Pollution, V. 3, №4, p. 59-69 2014.

4. Giridhar P., Weidenfeller B. // Electrodeposition of iron and iron-aluminium alloys in an ionic liquid and their magnetic properties / Phys. Chem. Chem. Phys., №16, p. 9317-9324, 2014.

5. Заявка US 20120189778 A1 (опубл. 26.07.2012) Электролиты для гальванического осаждения покрытий (прототип).

Электролит для гальванического осаждения покрытия никель-алюминий, содержащий эвтектическую смесь холин-хлорида и мочевины, полученную смешением компонентов в молярном соотношении, равном 1:2, в которой затем растворены хлорид никеля и хлорид алюминия в количестве, г/л раствора: хлорид никеля 3,2-33,0; хлорид алюминия 12,5-144,0.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к нанесению гальванических покрытий сплавом олово-цинк с содержанием цинка в сплаве 20-80%, и может быть использовано для нанесения защитных покрытий, в том числе в виде альтернативы кадмиевым покрытиям.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения на изделия гальванических покрытий цинковым сплавом. Способ электролитического осаждения цинкового сплава в щелочной ванне включает подачу тока через щелочную ванну для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащую катод и анод, причем катодная область, включающая катод, и анодная область, включающая анод, отделены друг от друга сепаратором, содержащим электропроводящий электролитный гель, при этом содержащийся в катодной области католит представляет собой щелочной электролит для электролитического осаждения никель-цинкового сплава, содержащий хелатообразователь на основе амина, а анолит, содержащийся в анодной области, представляет собой водный щелочной раствор.

Изобретение относится к области гальванотехники. Способ включает подачу тока через щелочную ванну для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащую катод и анод, причем катодная область, включающая катод, и анодная область, включающая анод, отделены друг от друга анионообменной мембраной, католит, содержащийся в катодной области, представляет собой щелочной электролит для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащий хелатообразователь на основе амина, а анолит, содержащийся в анодной области, представляет собой водный щелочной раствор.

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий цинк-никелевыми сплавами на сталях и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобильной промышленности и других областях.
Изобретение относится к области гальванотехники. Электролит содержит соль меди и соль никеля, вещество, образующее комплексы с металлами, множество обеспечивающих проводимость солей, отличающихся друг от друга, соединение, выбранное из группы, состоящей из дисульфидных соединений, серосодержащих аминокислот и их солей, соединение, выбранное из группы, состоящей из сульфоновых кислот, сульфимидных соединений, соединений сульфаминовых кислот, сульфонамидов и их солей, и продукт реакции простого глицидилового эфира и многоатомного спирта.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области упрочнения электроосажденного на стальные детали железохромистого покрытия цементацией, применяемого для восстановленных поверхностей стальных деталей.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и автомобилестроении для защиты от коррозии стальных изделий.

Изобретение относится к области металлургии, в частности получению стального компонента с металлическим покрытием, который используют в качестве материала для кузовов транспортных средств.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению сплава пермаллоя Ni81Fe19 для получения магнитомягкого материала элементов интегральных микросистем, концентрирующих или экранирующих магнитное поле. Способ включает электрохимическое осаждение пленок пермаллоя в гальванической ванне с вертикальным расположением электродов на постоянном токе при перемешивании хлоридного электролита, который содержит атомы никеля и железа при соотношении концентраций NNi/NFe = 4,26, соответствующему составу сплава, добавку соляной кислоты вводят для получения pH=1,7 ± 10 % в электролит с температурой 60-70°С, а осаждение проводят при плотности тока 20 ± 1,0 мА/см2 в локальных областях, ограниченных фоторезистивной маской на окисленной кремниевой пластине, поверхность которой металлизирована никелем с подслоем нихрома, при этом катодом и анодом служат листы никелевой фольги и катод контактирует с металлизированным слоем на краю пластины. Технический результат: получение пленок пермаллоя толщиной порядка 10 мкм при снижении механических напряжений в пленке и улучшении магнитных свойств без высокотемпературного отжига. 4 ил.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и автомобилестроении для защиты от коррозии стальных изделий. Электролит для электроосаждения цинк-никелевых покрытий содержит оксид цинка, едкий натр, никель сернокислый, триэтаноламин, диглицин и воду, а также дополнительно включает этилендиаминдиянтарную кислоту (ЭДДЯК) при следующем соотношении компонентов, г/л: оксид цинка 12; едкий натр 100; никель сернокислый 7; триэтаноламин 20; ЭДДЯК 0,5; диглицин 2; вода до 1 литра. Техническим результатом изобретения является снижение скорости коррозии гальванического покрытия с применением экологически безопасного процесса осуществления гальванического покрытия. 3 табл., 4 пр.
Изобретение относится к области гальваностехники и может быть использовано для восстановления изношенных поверхностей деталей машин. Электролит содержит, г/л: сульфат цинка 200-240; сульфат железа 15-20; сульфат алюминия 31-40; карбонат натрия 80-120; гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4. Технический результат: повышение физико-механических характеристик покрытия: адгезии, оптимальной структуры осадка, стабильности электролита и снижение дендридообразования.
Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых износостойких покрытий, в частности железо-кобальтовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Способ включает осаждение покрытия из электролита, содержащего хлорид железа 350-400 кг/м3, хлорид кобальта 5-50 кг/м3, соляную кислоту 0,5-2,0 кг/м3 и воду, на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии тока 1,2-6,0 при температуре электролита 30-50°C, при этом в состав электролита вводят хлорид натрия в количестве 5-20 кг/м3, а осаждение ведут в интервале катодных плотностей тока 60-100 А/дм2. Технический результат: повышение стабильности электролита, предотвращение быстрого его окисления, увеличение электропроводности электролита и скорости осаждения покрытия.

Изобретение относится к изготовлению дырчатых пластин аэрозольных устройств. Изготовление заготовки аэрозолеобразующей дырчатой пластины для ингаляционного распылителя лекарственного средства включает обеспечение матрицы из проводящего материала, нанесение на матрицу защитного покрытия в виде набора столбиков, гальванизацию областей вокруг столбиков, удаление защитного покрытия с получением заготовки из нанесенного гальваническим образом материала с образующими аэрозоль отверстиями в местах, где были столбики защитного покрытия, и удаление заготовки с матрицы. Указанные столбики имеют глубину в диапазоне от 5 до 40 мкм, ширину в плоскости матрицы в диапазоне от 1 до 10 мкм и плотность в диапазоне от 111 до 2500 мм-2. При этом за указанными стадиями нанесения защитного покрытия и гальванизации следует по меньшей мере один последующий цикл нанесения защитного покрытия и гальванизации поверх указанного нанесенного гальваническим образом материала для увеличения толщины заготовки. Общую толщину заготовки в по меньшей мере одном последующем цикле доводят до значения более 50 мкм. По меньшей мере один последующий цикл обеспечивает после удаления защитного покрытия области, по меньшей мере некоторые из которых перекрывают множество образующих аэрозоль отверстий, и нанесенный гальваническим образом материал, который закрывает некоторые из образующих аэрозоль отверстий. Указанный по меньшей мере один последующий цикл выполняют в соответствии с необходимым расходом через дырчатую пластину. В результате обеспечивается увеличение производительности распылителя. 7 н. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области гальваностегии и может найти применение в радиоэлектронной промышленности, машиностроении и других областях, требующих получения тонких защитных пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий. Электролит содержит эвтектическую смесь холин-хлорида и мочевины, причем эвтектическая смесь приготовлена путем смешения компонентов в молярном соотношении, равном 1:2, в которой растворены хлорид никеля и хлорид алюминия в количестве, гл раствора: хлорид никеля 3,2-33,0, хлорид алюминия 12,5-144,0. Технический результат - получение качественных тонких беспористых покрытий и снижение токсичности электролита за счет использования экологически безопасных компонентов.

Наверх