RU2280109C1 - Electrolyte for applying composition type nickel base electrochemical coatings - Google Patents

Abstract

FIELD: electrolytic metallurgy.

SUBSTANCE: electrolyte contains, g/l: nickel sulfate, 220; nickel chloride, 45; sodium or potassium acetate, 30; fullerene C₆₀, 0.025 - 0.050. Sliding friction coefficient of coatings applied with use of such electrolyte is lowered by 1.5 - 3 times.

EFFECT: lowered sliding friction coefficient of coatings.

1 tbl

Description

Изобретение относится к области гальванотехники и предназначено для получения композиционных электрохимических покрытий на основе никеля.The invention relates to the field of electroplating and is intended to produce composite electrochemical coatings based on nickel.

По мере развития гальванотехники все большее распространение получают композиционные покрытия, которые наносятся из электролитов суспензий, т.е. электролитов, модифицированных добавками высокодисперсных порошков или микроволокон, когда частицы дисперсной фазы при электроосаждении заращиваются металлом, закрепляясь на поверхности изделия в металлической матрице.With the development of electroplating, composite coatings that are applied from suspension electrolytes, i.e. electrolytes modified by the addition of finely divided powders or microfibers, when the particles of the dispersed phase are deposited by metal during electrodeposition, fixing on the surface of the product in a metal matrix.

Композиционные покрытия получают в тех случаях, когда предусматривается модифицирование поверхности металлических изделий для придания им новых свойств (повышение коррозионной устойчивости, снижение трения и износа, увеличение твердости и т.д.). Известен электролит для осаждения износостойких композиционных покрытий, имеющий следующий состав, г/л: сульфат никеля или кобальта 230-320; хлорид никеля или кобальта 30-60; карбид кремния или оксид алюминия 25-85; дисульфид молибдена 4-20 (Авторское свидетельство СССР №1805697, МПК С 25 D 15/00, заявлено 14.05.1990 // Изобретения. - 1995. - №29. - С.325). Недостатком данного электролита является высокое содержание частиц дисперсной фазы, что создает трудности при осаждении покрытия, возникают проблемы с равномерностью осадка по толщине, покрытие имеет склонность к отслаиванию.Composite coatings are obtained in cases where it is envisaged to modify the surface of metal products to give them new properties (increase corrosion resistance, reduce friction and wear, increase hardness, etc.). Known electrolyte for the deposition of wear-resistant composite coatings, having the following composition, g / l: Nickel or cobalt sulfate 230-320; nickel or cobalt chloride 30-60; silicon carbide or alumina 25-85; molybdenum disulfide 4-20 (USSR author's certificate No. 1805697, IPC C 25 D 15/00, claimed on 05/14/1990 // Inventions. - 1995. - No. 29. - S.325). The disadvantage of this electrolyte is the high content of particles of the dispersed phase, which creates difficulties in the deposition of the coating, there are problems with the uniformity of the precipitate in thickness, the coating has a tendency to delamination.

Известен электролит, позволяющий получить покрытия более высокого качества. Он имеет следующий состав, г/л: хлорид никеля или хлорид кобальта или хлорид железа 300; борная кислота 40; аморфный бор 10-40; ультрадисперсный углеродный конденсат 2-140. Углеродный конденсат имеет следующий состав, мас.%: карбин 2-5; графит 1-15; некристаллический углерод 3-50; алмаз - остальное (Патент РФ №2026892, МПК С 25 D 15/00, заявлено 05.06.1990 // Изобретения. - 1995. - №2. - С.150). Однако использование данного электролита ограничивается высокой стоимостью и дефицитностью входящих в его состав компонентов, таких как карбин и алмаз. Получение последнего в дисперсном состоянии связано со значительными трудностями не только технологического, но и организационного характера (использование технологии взрыва).Known electrolyte, allowing to obtain coatings of higher quality. It has the following composition, g / l: nickel chloride or cobalt chloride or iron chloride 300; boric acid 40; amorphous boron 10-40; ultrafine carbon condensate 2-140. Carbon condensate has the following composition, wt.%: Carbine 2-5; graphite 1-15; non-crystalline carbon 3-50; diamond - the rest (RF Patent No. 2026892, IPC C 25 D 15/00, filed 05.06.1990 // Inventions. - 1995. - No. 2. - P.150). However, the use of this electrolyte is limited by the high cost and scarcity of its constituent components, such as carbine and diamond. Obtaining the latter in a dispersed state is associated with significant difficulties not only of a technological, but also of an organizational nature (the use of explosion technology).

За прототип выбран известный электролит, описанный в источнике: Тимошков Ю.В., Губаревич Т.М., Ореховская Т.И. и др. Свойства композиционных никелевых покрытий с различными типами ультрадисперсных алмазных частиц // Гальванотехника и обработка поверхности. 1999, Т.7, №2, с.20-25. По совокупности сходных существенных признаков он наиболее близок к предложенному техническому решению. Известный электролит имеет следующий состав, г/л:A well-known electrolyte described in the source was selected for the prototype: Timoshkov Yu.V., Gubarevich T.M., Orekhovskaya T.I. et al. Properties of composite nickel coatings with various types of ultrafine diamond particles // Electroplating and surface treatment. 1999, Vol. 7, No. 2, pp. 20-25. In terms of a combination of similar essential features, it is closest to the proposed technical solution. Known electrolyte has the following composition, g / l:

Сульфат никеляNickel sulfate 240240 Хлорид никеляNickel chloride 4040 Борная кислотаBoric acid 30thirty Ультрадисперсный алмазUltrafine diamond 2-202-20

Недостатком известного электролита является наличие ультрадисперсного алмаза. Для его получения используется взрывной детонационный синтез и это существенно усложняет технологию приготовления электролита. Кроме того, покрытия, осаждаемые из данного электролита, обладают высоким коэффициентом трения, что снижает их износостойкость.A disadvantage of the known electrolyte is the presence of ultrafine diamond. To obtain it, explosive detonation synthesis is used and this significantly complicates the technology of electrolyte preparation. In addition, coatings deposited from this electrolyte have a high coefficient of friction, which reduces their wear resistance.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача создать технологически простой в приготовлении электролит для получения износостойких композиционных электрохимических покрытий.The claimed invention was tasked with creating a technologically simple electrolyte to prepare to obtain wear-resistant composite electrochemical coatings.

Для достижения поставленной задачи электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе никеля содержит сульфат никеля и хлорид никеля, дополнительно содержит дисперсную фазу фуллерена С₆₀, а в качестве буферной добавки содержит ацетат натрия или калия при следующем соотношении компонентов, г/л:To achieve this, the electrolyte for the preparation of nickel-based composite electrochemical coatings contains nickel sulfate and nickel chloride, additionally contains the dispersed phase of fullerene C ₆₀ , and as a buffer additive contains sodium or potassium acetate in the following ratio of components, g / l:

Сульфат никеляNickel sulfate 220220 Хлорид никеляNickel chloride 4545 Ацетат натрия или калияSodium or potassium acetate 30thirty Фуллерен С₆₀ Fullerene C ₆₀ 0,025-0,0500.025-0.050

Технический результат, получаемый при использовании заявленного электролита, заключается в снижении коэффициента трения скольжения покрытий в 1,5-3 раза.The technical result obtained by using the claimed electrolyte is to reduce the sliding friction coefficient of coatings by 1.5-3 times.

Процесс нанесения покрытия ведут при катодной плотности тока 6-10 А/дм² и температуре 25°С. Электролит готовят путем растворения каждого компонента в дистиллированной воде. Затем растворы солей фильтруют и переливают из ванн подготовки электролита в бак-накопитель, в который добавляют требуемое количество водной дисперсии фуллерена С₆₀ со средним размером частиц 24 нм.The coating process is carried out at a cathodic current density of 6-10 A / dm ² and a temperature of 25 ° C. An electrolyte is prepared by dissolving each component in distilled water. Then, the salt solutions are filtered and poured from the electrolyte preparation baths into the storage tank, to which the required amount of an aqueous dispersion of fullerene C ₆₀ with an average particle size of 24 nm is added.

Конкретные примеры, иллюстрирующие использование изобретения, представлены в таблице 1 "Влияние состава электролита на коэффициент трения покрытий".Specific examples illustrating the use of the invention are presented in table 1 "Effect of electrolyte composition on the coefficient of friction of coatings."

Из таблицы видно, что введение в электролит дисперсных частиц фуллерена С₆₀ приводит к снижению коэффициента трения скольжения композиционных покрытий. Это происходит за счет того, что фуллерен С₆₀, включаясь в осадок, выполняет функцию сухой смазки. Как следует из таблицы, коэффициенты трения снижаются при повышении содержания фуллерена С₆₀ в электролите. Причиной этому служит увеличение содержания частиц дисперсной фазы в покрытии с ростом концентрации фуллерена С₆₀.The table shows that the introduction into the electrolyte of dispersed particles of fullerene C ₆₀ leads to a decrease in the sliding friction coefficient of composite coatings. This is due to the fact that fullerene C ₆₀ , being included in the precipitate, serves as a dry lubricant. As follows from the table, the friction coefficients decrease with increasing content of fullerene C ₆₀ in the electrolyte. The reason for this is the increase in the content of particles of the dispersed phase in the coating with increasing concentration of fullerene C ₆₀ .

Таким образом, предлагаемый электролит позволяет получать качественные защитные покрытия, приводит к снижению коэффициента трения скольжения в 1,5-3 раза. Предлагаемый электролит может найти применение в различных отраслях промышленности для модифицирования поверхности деталей машин и механизмов.Thus, the proposed electrolyte allows to obtain high-quality protective coatings, leading to a decrease in the coefficient of sliding friction by 1.5-3 times. The proposed electrolyte can find application in various industries for modifying the surface of machine parts and mechanisms.

Таблица 1
Влияние состава электролита на коэффициент трения покрытийTable 1
The effect of electrolyte composition on the coefficient of friction of coatings Состав электролита, режим осаждения и свойства покрытийElectrolyte composition, deposition mode and coating properties 1one 22 33 ПрототипPrototype Содержание сульфатаSulfate content       сульфата никеляnickel sulfate никеля, г/лnickel, g / l 220220 220220 220220 240240 Содержание хлоридаChloride content       хлорида никеляnickel chloride никеля, г/лnickel, g / l 4545 4545 4545 4040 Содержание ацетатаAcetate content       буферной добавкиbuffer additives натрия или калия, г/лsodium or potassium, g / l 30thirty 30thirty 30thirty 30thirty         неметаллическогоnon-metallic Содержание фуллеренаFullerene content       порошкаpowder С₆₀, г/лC ₆₀ , g / l 0,0250,025 0,0350,035 0,0500,050 2-202-20 Температура электролита, Electrolyte temperature         °С° C 2525 2525 2525 50fifty Катодная плотностьCathode density         тока, А/дм² current, A / dm ² 1010 1010 1010 1010 Коэффициент тренияCoefficient of friction         покрытийcoatings 0,240.24 0,210.21 0,160.16 0,35-0,500.35-0.50

Claims (1)

Электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе никеля, включающий сульфат никеля, хлорид никеля и буферную добавку, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дисперсную фазу фуллерена С₆₀, а в качестве буферной добавки - ацетат натрия или калия, при следующем соотношении компонентов, г/л:An electrolyte for producing composite nickel-based electrochemical coatings, including nickel sulfate, nickel chloride and a buffer additive, characterized in that it additionally contains a dispersed phase of fullerene C ₆₀ , and sodium or potassium acetate as a buffer additive, in the following ratio of components, g / l: Сульфат никеляNickel sulfate 220220 Хлорид никеляNickel chloride 4545 Ацетат натрия или калияSodium or potassium acetate 30thirty Фуллерен С₆₀ Fullerene C ₆₀ 0,025-0,0500.025-0.050