Способ электролитического нанесения защитно-декоративных никелевых покрытий на детали машин и оборудования
Владельцы патента RU 2754343:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) (RU)
Изобретение относится к нанесению защитно-декоративных никелевых покрытий, в частности к электролитическому нанесению блестящих никелевых покрытий с низкими внутренними напряжениями, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для увеличения срока службы и долговечности деталей машин и оборудования. Способ включает электроосаждение покрытия из электролита, содержащего сернокислый никель, хлористый никель, борную кислоту, блескообразующую добавку - изоникотиновую кислоту и воду, при рН электролита 4,0-4,5 и катодной плотности тока 4-9 А/дм2, при этом электролит дополнительно содержит пиколиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л: сернокислый никель 280-360; хлористый никель 50-60; борная кислота 25-40; изоникотиновая кислота 0,5-1,0; пиколиновая кислота 3-4, а электроосаждение проводят при температуре электролита 20°С и перемешивании с получением блестящих никелевых покрытий с внутренними напряжениями 82, 80, 70, 65 МПа при толщине покрытия 30 мкм. Техническим результатом изобретения является получение блестящих никелевых покрытий с низкими внутренними напряжениями. 3 табл., 5 пр.
Изобретение относится к нанесению защитно-декоративных никелевых покрытий, в частности к электролитическому нанесению блестящих никелевых покрытий с низкими внутренними напряжениями и может быть использовано в различных отраслях промышленности для увеличения срока службы и долговечности деталей машин и оборудования.
Известен электролит, включающий компоненты при следующем соотношении, г/л: сернокислый никель 250-300, хлористый никель 50-60, борная кислота 25-40 и изоникотиновая кислота 0,5-1,5. Результатом этого прототипа является то, что при введении изоникотиновой кислоты упрощается состав электролита никелирования, а также обеспечивается повышение класса чистоты поверхности [RU 2133305 C1. Электролит блестящего никелирования. Агеенко Н.С., Седойкин А.А., Поляков Н.А. публ. 20.07.1998]. Однако в покрытиях возрастают внутренние напряжения.
Известен электролит, включающий компоненты при следующем соотношении, г/л: сернокислый никель 250-300, хлористый никель 28-30, α-аминоуксусная кислота 18-20, 2-пиридинкарбоновая кислота (пиколиновая кислота) 3-5. Результатом этого изобретения является то, что данный состав электролита позволяет получать никелевые покрытия с низкими внутренними напряжениями, но с незначительным блеском [SU 1357463 A1. Электролит для нанесения никелевых покрытий. Агеенко Н.С., Тумакова О.С., Ахметов М.Х., Гордина Л.Д., Скударнов В.А. - публ. 07.12.1987, Бюл. №45].
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения блестящего никелевого покрытия с использованием электролита блестящего никелирования, включающего, г/л: сернокислый никель 50-350; борная кислота 20-40; хлорид натрия или калия 5-25; хлорамин Б или сахарин 0,5-25; новокор-Н 0,15-9,8 (в состав которого входят: метанол 250; пропаргиловый спирт 160; 1,4-бутиндиол 150; формалин 50) [RU 2071996. Водный электролит блестящего никелирования. Балакай В.И. публ. 2002 г. в БИ №7]. Недостатком указанного выше способа получения блестящих никелевых покрытий является многокомпонентность электролита в отношении добавок, представленных в виде сложных органических соединений, которые могут с разной скоростью расходоваться при электролизе, что может затруднить корректировку электролита в процессе электроосаждения.
Задачей изобретения является повышение класса чистоты поверхности, получение блестящих никелевых покрытий, а также снижение внутренних напряжений никелевых покрытий.
Техническим результатом изобретения является получение блестящих никелевых покрытий с низкими внутренними напряжениями.
Технический результат достигается за счет того, что способ включает электроосаждение покрытия из электролита, содержащего сернокислый никель, хлористый никель, борную кислоту, блескообразующую добавку - изоникотиновую кислоту и воду, при рН электролита 4,0 – 4,5 и катодной плотности тока 4-9 А/дм2, при этом электролит дополнительно содержит пиколиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л:
сернокислый никель 280 – 360
хлористый никель 50 – 60
борная кислота 25 - 40
изоникотиновая кислота 0,5 – 1,0
пиколиновая кислота 3 – 4,
а электроосаждение проводят при температуре электролита 20°С и перемешивании с получением блестящих никелевых покрытий с внутренними напряжениями 82, 80, 70, 65 МПа при толщине покрытия 30 мкм.
Совместное использование в качестве блескообразователя и добавки, снижающей внутренние напряжения, производных пиридинкарбоновых кислот - соответственно изоникотиновой и пиколиновой, в виде композиции добавок в электролит приводит к повышению степени блеска покрытий (чистоты поверхности до 14 класса) и одновременно к снижению внутренних напряжений в покрытиях.
Электролит для нанесения блестящих никелевых покрытий с низкими внутренними напряжениями содержит, г/л: сернокислый никель 280 - 360; хлористый никель 50 - 60; борную кислоту 25 - 40; изоникотиновую кислоту 0,5 - 1, пиколиновую кислоту 3 – 4, и позволяет в интервале рН 4-4,5, при температуре 20 °С получать покрытия толщиной до 100 мкм и более с выходом по току никеля 70 - 88%.
Электролит готовят следующим образом. В дистиллированной воде, последовательно растворяют сульфат никеля, хлорид никеля и борную кислоту. Проводят термостатирование при 90 °С для растворения всех компонентов электролита, раствор интенсивно перемешивают. Затем раствор фильтруют и прорабатывают при катодной плотности тока, равной 1,5 А/дм2, с гофрированным медным катодом и перемешиванием. Корректировку значений pH электролита производят добавлением NaOH или H2SO4. В приготовленный раствор последовательно вводят пиридинкарбоновые кислоты в предложенных концентрациях.
Процесс электролиза проводят при перемешивании электролита. Электроосаждение никелевых покрытий проводили при рН электролита 4-4,5, температуре 20-60 °С и катодной плотности тока 4-9 А/дм2 с перемешиванием. Блеск полученных покрытий оценивали на качественном уровне с помощью блескомера Elcometr. Выход по току рассчитывали гравиметрически. Внутренние напряжения определяли по методу гибкого катода. Предлагаемый способ получения блестящего никелевого покрытия с низкими внутренними напряжениями с использованием нового блескообразователя в качестве смеси двух пиридинкарбоновых кислот иллюстрируется следующими примерами.
В табл. 1 приведены составы электролитов и оптимальные условия электроосаждения.
В табл. 2 приведены значения свойств никелевых покрытий, таких как: выход по току, стабильность электролита и внутренние напряжения.
В табл. 3 приведены АСМ-изображения морфологии никелевых покрытий и значения шероховатостей для каждого АСМ-изображения.
При концентрации добавки изоникотиновой кислоты в электролите менее 0,5 г/л снижается степень блеска покрытий. Концентрация более 2,5 г/л нецелесообразно также из-за снижения степени блеска покрытий и скорости осаждения покрытий.
Таблица 1
|
Состав электролита
и режимы электролиза № электролита |
Концентрации компонентов в электролите, г/л | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Сернокислый никель | 280 | 280 | 280 | 280 | 280 |
| Хлористый никель | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| Борная кислота | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| Изоникотиновая кислота | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1 | 1 |
| Пиколиновая кислота | 3 | 4 | 5 | 3 | 4 |
| Температура, °С | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | 4-9 | ||||
| рН электролита | 4-4,5 |
Таблица 2
| Свойства никелевых покрытий | Показатели | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Выход по току, % | 84 | 70 | 73 | 70 | 89 |
| Стабильность электролита, % | 100 | ||||
| Внутренние напряжения, МПа при толщине 30 мкм |
82 | 82 | 80 | 70 | 65 |
Таблица 3
|
Морфология никелевых покрытий
№ электролита |
Показатели | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Шероховатость, мкм | 19,0 | 15,7 | 14,8 |
| АСМ-изображения поверхности |
|
|
|
| 4 | 5 | ||
| Шероховатость, мкм | 22 | 27 | |
| АСМ-изображения поверхности |
|
|
Способ электролитического нанесения защитно-декоративных никелевых покрытий на детали машин и оборудования, включающий электроосаждение покрытия из электролита, содержащего сернокислый никель, хлористый никель, борную кислоту, блескообразующую добавку - изоникотиновую кислоту и воду, при рН электролита 4,0-4,5 и катодной плотности тока 4-9 А/дм2, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит пиколиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л:
| сернокислый никель | 280-360 |
| хлористый никель | 50-60 |
| борная кислота | 25-40 |
| изоникотиновая кислота | 0,5-1,0 |
| пиколиновая кислота | 3-4, |
а электроосаждение проводят при температуре электролита 20°С и перемешивании с получением блестящих никелевых покрытий с внутренними напряжениями 82, 80, 70, 65 МПа при толщине покрытия 30 мкм.
