|
|
|
|
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
|
(19)
|
RU
|
(11)
|
2352694
|
(13)
|
C1
|
|
(51) МПК
C25D15/00 (2006.01)
|
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 12.01.2010 - действует
|
|
|
|
|
(21), (22) Заявка: 2008110630/02, 19.03.2008
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
19.03.2008
(46) Опубликовано: 20.04.2009
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2297476 C1, 20.04.2007. RU 2213812 C1, 10.10.2003. GB 1265472 A, 01.03.1972. GB 1236954 A, 23.06.1971.
Адрес для переписки:
346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ), ОИС
|
(72) Автор(ы):
Балакай Владимир Ильич (RU),
Арзуманова Анна Валерьевна (RU),
Курнакова Наталья Юрьевна (RU),
Балакай Илья Владимирович (RU),
Балакай Ксения Владимировна (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)
|
(54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТ-ФТОРОПЛАСТ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности, где необходимо применение износостойких покрытий. Электролит содержит, г/л: хлорид никеля 200-350, хлорид кобальта 2-10, борную кислоту 25-40, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э 7-35, хлорамин Б 1,5-4,5 и воду. Технический результат: повышение износостойкости. 2 табл.
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-кобальт-фторопласт, с целью применения их в различных отраслях промышленности, в качестве износостойких покрытий. Чем выше эти характеристики, тем выше надежность и долговечность изделий и шире область их применения.
Известны электролиты для нанесения сплавов и композиционных покрытий на основе никеля с целью получения покрытий с повышенной износостойкостью следующего состава, г/л:
1) хлорид никеля 60, сульфат никеля 300, борная кислота 30, Cr2О3 100 (TiO2 25, TiC 50) (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М: Химия, 1977. - 272 с);
2) хлорид никеля 200-300, борная кислота 20-30, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на С2В9Н12 2-, В10Н102-, В12Н122-) 0,5-1,0, спирты ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 0,2-0,9, соляная кислота или гидрокись аммония (35%) до рН 1-5 (Гальванические покрытия сплавом никель-бор взамен хрома. Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Сысоев Г.Н., Балакай В.И. // Теоретические основы технологии нанесения химических покрытий из металлов и сплавов: Тез. докл. Укр. республ. конф. - К., 1988. - С.34-35.).
3) хлорид никеля 200-300, борная кислота 25-35, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на С2В9Н122-, В10Н102-, В12Н122-) 0,5-6,0, фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э 5-30 (1. Балакай В.И. Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-фторопласт. Пат. 2213812 Рос. Федерация, МПК 7 С25Д 15/00. -  2002113832/02; заявл. 27.05.2002; опубл. 10.10.2003, Бюл. 28. - 4 с).
Однако покрытия, осажденные из данных электролитов, имеют недостаточную износостойкость.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава никель-фторопласт, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, хлорамин Б и фторопластовую эмульсию при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля
|
150-350,
|
борная кислота
|
25-40,
|
хлорамин Б
|
1,5-4,5,
|
фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э
|
5-35.
|
Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 20-40°С, катодная плотность тока 6-14 А/дм2 (Балакай В.И., Балакай И.В., Герасименко Ю.Я Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-фторопласт. Пат. РФ 2297476, МПК 7 C25D 15/00. - 2005130886/02(034622); - заявл. 05.10.2005; опубл. 20.04.2007; Бюл. 11. - 3 с.)
Покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточную износостойкость.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости.
Поставленная задача достигается тем, что электролит, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э, хлорамин Б, хлорид кобальта при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля
|
200-350,
|
хлорид кобальта
|
2-10,
|
борная кислота
|
25-40,
|
хлорамин Б
|
1,5-4,5,
|
фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э
|
|
(ТУ 6-05-041-508-79)
|
7-35.
|
Режимы электролиза: рН 1,1-5,5, температура 18-40°С, катодная плотность тока 1,0-12,0 А/дм2 при перемешивании.
Наличие кобальта в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-кобальт-фторопласт с высокой износостойкостью.
Никель является хорошим конструкционным материалом, поэтому большое значение имеет разработка на его основе покрытий обладающих высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения. В связи с этим был разработан материал на основе никеля в виде сплава никель-бор, который обладает высокой твердостью и износостойкостью (получено авторское свидетельство 1387528). С целью увеличения износостойкости сплава никель-бор было предложено дополнительно вводить в покрытие фторопласт (так называемый самосмазывающий материал), который образует на поверхности композиционных покрытий никель-бор-фторопласт и никель-фторопласт тонкую пленку из фторопласта в результате трения двух поверхностей друг о друге и раздавливания фторопласта, находящегося в покрытии (получены патенты 2213812, 2213813, 2297476). Однако из-за того, что покрытие обычно не имеет идеально гладкую поверхностью, то более твердое покрытие в последнем случае своими выступами должно разрушать самосмазывающий материал, который образуется на поверхности покрытий в виде фторопласта с большей скоростью и тем самым снижать износостойкость покрытий и их коэффициент трения. Поэтому было предложено с целью увеличения износостойкости покрытий и снижения коэффициента трения наносить на трущиеся изделия не композиционное покрытие никель-бор-фторопласт и никель-фторопласт, а композиционное покрытие никель-кобальт-фторопласт, т.к. покрытия при введении в электролит хлорида кобальта получаются более мелкокристаллическими и равномерными. В настоящее время износостойкие и самосмазываемые покрытия представляют определенный практический интерес.
Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли 25 г/л борной кислоты, 1,5 г/л хлорамина Б, 200 г/л хлорида никеля и 2 г/л хлорид кобальта, после того как довели уровень электролита до необходимого объема, вводили 7 г/л фторопластовой эмульсии Ф-4Д-Э. рН электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л). Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике, описанной выше. А значения износостойкости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2 соответственно.
Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства композиционных покрытий никель-кобальт-фторопласт, осажденных при температуре (18-40°С) из предлагаемого электролита и из прототипа никель-фторопласт, приведены в табл.2.
Таблица 1
|
|
Составы электролитов и режимы электролиза
|
|
Состав электролитов и режимы электролиза
|
Концентрация компонентов, г/л
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
прот
|
|
Хлорид никеля
|
150
|
200
|
275
|
350
|
370
|
250
|
Хлорид кобальта
|
1
|
2
|
6
|
10
|
15
|
-
|
Борная кислота
|
20
|
25
|
32
|
40
|
45
|
30
|
Хлорамин Б
|
1,0
|
1,5
|
3,0
|
4,5
|
5,0
|
3,0
|
Фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э
|
5
|
7
|
20
|
35
|
38
|
20
|
рН электролита
|
5,7
|
5,5
|
3,0
|
1,1
|
1,0
|
3,0
|
Температура,°С
|
16
|
18
|
30
|
40
|
45
|
21
|
Катодная плотность тока, А/дм2
|
4
|
6
|
9
|
14
|
13
|
6
|
Граничные концентрации компонентов электролита выбраны по следующим соображениям:
1) увеличение содержания никеля в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно, что связано с предельной растворимостью хлорида никеля, уменьшением рассеивающей способности и стабильности электролита, ухудшением качества покрытий, увеличением расхода никеля за счет уноса электролита вместе с деталями;
2) уменьшение содержания никеля в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению скорости процесса, снижению выхода по току и ухудшению качества осаждаемого покрытия;
3) увеличение содержания кобальта в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений;
4) уменьшение содержания кобальта в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, снижению износостойкости покрытий;
5) увеличение содержания борной кислоты в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно. Это связано с пределом растворимости борной кислоты и ухудшением качества покрытий;
6) уменьшение содержания борной кислоты ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к уменьшению буферной емкости электролита, снижению выхода по току, интервалов работы электролита, ухудшению качества покрытий;
7) увеличение содержания хлорамина Б выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;
8) уменьшение содержания хлорамина Б ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений;
9) увеличение содержания фторопластовой эмульсии выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;
10) уменьшение содержания фторопластовой эмульсии ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.
Таблица 2
|
|
Физико-механические свойства покрытий
|
|
Характеристики электролитов и композиционных покрытий никель-кобальт-фторопласт и никель-фторопласт
|
Электролиты
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Прот.
|
|
Износостойкость в условиях граничного трения со сталью Ст 45 при нагрузке 20-30 кгс/см2, мкм/ч
|
0,45
|
0,37
|
0,32
|
0,30
|
0,31
|
0,42
|
Микротвердость, ГПа
|
5,2
|
5,8
|
6,4
|
6,9
|
7,2
|
4,6
|
Внутренние напряжения, МПа
|
63,7
|
64,8
|
67,2
|
70,5
|
84,6
|
61,2
|
Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см2
|
0
|
1
|
1
|
1
|
2
|
1
|
Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавов
|
Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84
|
|
|
|
|
|
Содержание кобальта, мас.%
|
0,6
|
1,7
|
4,6
|
7,1
|
9,3
|
-
|
Содержание фторопласта, мас.%
|
0,7
|
1,1
|
2,5
|
3,9
|
4,4
|
2,9
|
Скорость осаждения, мкм/ч
|
36
|
61
|
75
|
138
|
147
|
75
|
Рассеивющая способность (по Херингу и Блюму), %
|
9
|
11
|
13
|
15
|
18
|
11
|
Стабильность, %
|
100
|
100
|
100
|
100
|
100
|
100
|
Как видно из табл.2, износостойкость композиционного покрытия никель-кобальт-фторопласт, осажденного из заявляемого электролита, превышает износостойкость композиционного покрытия никель-фторопласт, осажденного из прототипа, в 1,2-1,3 раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.
Это позволяет расширить область применения композиционного покрытия никель-кобальт-фторопласт в качестве износостойкого покрытия в машиностроении.
Формула изобретения
Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-кобальт-фторопласт, содержащий хлорид никеля, борную кислоту, фторопластовую эмульсию Ф-4Д-Э, хлорамин Б и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид кобальта при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля
|
200-350
|
хлорид кобальта
|
2-10
|
борная кислота
|
25-40
|
фторопластовая эмульсия Ф-4Д-Э
|
7-35
|
хлорамин Б
|
1,5-4,5
|
|
|
|
|
| |
