RU2418106C2 - Electrolyte for sedimentation of composite coating nickel-boron-aluminium oxide - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: electrolyte contains six-water nickel chloride 200-350 g/l, boric acid 25-40 g/l, saccharine 0.7-1.8 g/l, aluminium oxide 15-40 g/l, deca-hydro-decaborate of sodium 1.2-4.5 g/l.

EFFECT: increased micro-hardness.

2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области гальванотехнике, в частности к осаждению композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, с целью применения их в различных отраслях промышленности, в качестве покрытий, обладающих высокой микротвердостью. Чем выше микротвердость, тем выше надежность и долговечность изделий и шире область их применения.The invention relates to the field of electroplating, in particular to the deposition of a composite coating of Nickel-boron-alumina, with the aim of using them in various industries, as coatings with high microhardness. The higher the microhardness, the higher the reliability and durability of products and the wider the scope of their application.

Известны электролиты для нанесения сплавов и композиционных покрытий на основе никеля с целью получения покрытий с повышенной микротвердостью следующего состава, г/л:Known electrolytes for applying alloys and composite coatings based on nickel in order to obtain coatings with increased microhardness of the following composition, g / l:

1. сульфат или сульфамат никеля или кобальта 100-250, хлорид никеля 15-20, борная кислота 15-20, соль анионного полиэдрического бората общей формулой M_z C_n B_m H_x (где M - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0,2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12) 0,03-0,45 (А.С. СССР №1129974, 1981);1. sulfate or sulfamate of nickel or cobalt 100-250, nickel chloride 15-20, boric acid 15-20, anionic polyhedral borate salt with the general formula M _z C _n B _m H _x (where M is sodium, potassium or ammonium, z = 1, n = 0.2, m = 3, 9, 10, 12, x = 8, 10, 12) 0.03-0.45 (AS USSR No. 1129974, 1981);

2. хлорид никеля или кобальта 10-20, сульфамат никеля или кобальта 50-200, борная кислота 25-30, алкилпроизводное бората общей формулой C₂B₉H₁₂NH_nR_m (где R - алкил, n=0, 1, 2, 3, m=1, 2, 3, 4) 0,5-4,0 (А.С. СССР №527488, 1974);2. nickel or cobalt chloride 10-20, nickel or cobalt sulfamate 50-200, boric acid 25-30, borate alkyl derivative of the general formula C ₂ B ₉ H ₁₂ NH _n R _m (where R is alkyl, n = 0, 1, 2, 3, m = 1, 2, 3, 4) 0.5-4.0 (AS USSR No. 527488, 1974);

3. хлорид никеля 60, сульфат никеля 300, борная кислота 30, Cr₂O₃ 100 (TiO₂ 25, TiC 50) (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия, 1977. - 272 с.);3. Nickel chloride 60, nickel sulfate 300, boric acid 30, Cr ₂ O ₃ 100 (TiO ₂ 25, TiC 50) (Sayfullin RS Composite coatings and materials. - M.: Chemistry, 1977. - 272 p. );

4. хлорид никеля 200-300, борная кислота 20-30, соль анионного полиэдрического бората (в пересчете на C₂B₉H₁₂ ^2-, B₁₀H₁₀ ^2-, B₁₂H₁₂ ^2-) 0,5-1,0, спирты ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 0,2-0,9, соляная кислота или гидрокись аммония (35%) до pH 1-5 (Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Кудимов Ю.Н., Сысоев Г.Н., Свицын Р.А., Балакай В.И. Электролит для осаждения покрытий сплавом никель-бор - А.с. СССР 1387528, МКИ C25D 3/56. - №4001609/31-02; заявл. 02.01.86; опубл. 08.12.87).4. Nickel chloride 200-300, boric acid 20-30, salt of anionic polyhedral borate (in terms of C ₂ B ₉ H ₁₂ ^2- , B ₁₀ H ₁₀ ^2- , B ₁₂ H ₁₂ ^2- ) 0.5-1 , 0, alcohols of the series 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 0.2-0.9, hydrochloric acid or ammonium hydroxide (35%) to pH 1-5 (Kukoz F.I., Kudryavtseva I.D., Kudimov Yu.N., Sysoev G.N., Svitsyn R.A., Balakai V.I. Electrolyte for coating deposition with nickel-boron alloy - A.S. USSR 1387528, MKI C25D 3/56. - No. 4001609 / 31- 02; claimed 02.01.86; published 08.12.87).

Однако покрытия, осажденные из данных электролитов, имеют недостаточную микротвердость.However, coatings deposited from these electrolytes have insufficient microhardness.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава никель-бор-алмаз следующего состава, г/л:Closest to the proposed invention relates to an electrolyte for deposition of an alloy of Nickel-boron-diamond of the following composition, g / l:

хлорид никеля шестиводныйnickel chloride hexahydrate 200-300,200-300, борная кислотаboric acid 20-25,20-25, аммоний сернокислыйammonium sulfate 10-40,10-40, сахаринsaccharin 0,6-1,5,0.6-1.5 декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86)sodium decahydrodecaborate (TU 6-02-01-513-86) 0,3-3,6,0.3-3.6 ультрадисперсная алмазная суспензияultrafine diamond suspension   (УДА-В ТУ 84.1124-87)(UDA-V TU 84.1124-87) 0,05-1,2.0.05-1.2.

Катодная плотность тока 1-5 А/дм², pH 1,0-4,5, температура 18-25°C (Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Т.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ C22C 19/03, 26/00, С25D 15/00. - №5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. №32. - 3 c.).The cathodic current density is 1-5 A / dm ² , pH 1.0-4.5, temperature 18-25 ° C (Degtyar L.A., Kudryavtseva I.D., Kukoz F.I., Sysoev T.N. Composite electrochemical coating. - AS USSR 2048573, MKI C22C 19/03, 26/00, C25D 15/00. - No. 5020525/02; claimed 03.01.92; published 11.02.95, Bull. No. 32. - 3 c.).

Покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточную микротвердость.Coatings deposited from this electrolyte have insufficient microhardness.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение микротвердости. Поставленная задача достигается тем, что в состав электролита, содержащий хлорид никеля, декагидродекаборан натрия, борную кислоту, сахарин, дополнительно вводят оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, г/л:The task of the invention is to increase microhardness. The problem is achieved by the fact that in the electrolyte composition containing Nickel chloride, sodium decahydrodecaborane, boric acid, saccharin, aluminum oxide is additionally introduced in the following ratio of components, g / l:

хлорид никеля шестиводныйnickel chloride hexahydrate 200-350,200-350, борная кислотаboric acid 25-40,25-40, сахаринsaccharin 0,7-1,8,0.7-1.8 оксид алюминияaluminium oxide 15-40,15-40, декагидродекаборат натрияsodium decahydrodecaborate   (ТУ 6-02-01-513-86)(TU 6-02-01-513-86) 1,2-4,5.1.2-4.5.

Режимы электролиза: pH 1,5-5,0, температура 18-40°C, катодная плотность тока 0,5-11,0 А/дм² при перемешивании.Electrolysis modes: pH 1.5-5.0, temperature 18-40 ° C, cathodic current density 0.5-11.0 A / dm ² with stirring.

Наличие оксида алюминия в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие никель-бор-оксид алюминия с высокой микротвердостью.The presence of alumina in the electrolyte allows electrodeposition of the composite coating nickel-boron-alumina with high microhardness.

Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°C растворяли 25 г/л борной кислоты, 0,7 г/л сахарина, 200 г/л хлорида никеля шестиводного, после того как довели уровень электролита до необходимого объема вводили 15 г/л оксид алюминия и 1,2 г/л декагидродекаборат натрия. pH электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).Example 1. The electrolyte was prepared as follows. In an electrolytic bath filled to 3/4 of the required volume with tap water, at a temperature of 60-70 ° C, 25 g / l of boric acid, 0.7 g / l of saccharin, 200 g / l of nickel chloride hexahydrate were dissolved electrolyte to the required volume was introduced 15 g / l alumina and 1.2 g / l sodium decahydrodecaborate. The pH of the electrolyte was adjusted either with hydrochloric acid or with sodium or potassium hydroxide (100-150 g / l).

Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике, описанной выше. А значения микротвердости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2, соответственно.The preparation of the remaining electrolytes, including the average, upper and foreign concentrations of the components, which are given in table 1, was carried out according to the method described above. And the microhardness values of the coatings deposited from each electrolyte are given in Table 2, respectively.

Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства композиционных покрытий никель-бор-оксид алюминия и никель-бор-алмаз приведены в табл.2.Comparative operational characteristics of electrolytes and physicomechanical properties of composite coatings nickel-boron-alumina and nickel-boron-diamond are given in Table 2.

Граничные концентрации компонентов электролита выбраны по следующим соображениям:The boundary concentrations of the electrolyte components are selected for the following reasons:

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;1. an increase in the nickel content in the electrolyte above the upper claimed limit is impractical, which is associated with the limiting solubility of nickel chloride, a decrease in the dissipation ability and stability of the electrolyte, deterioration in the quality of coatings, an increase in nickel consumption due to entrainment of the electrolyte together with parts;

Таблица 1Table 1 Составы электролитов и режимы электролизаElectrolyte Compositions and Electrolysis Modes Состав электролитов и режимыThe composition of electrolytes and modes Концентрация компонентов, г/лThe concentration of components, g / l электролизаelectrolysis 1one 22 33 4four 55 прот.prot. Хлорид никеля шестиводныйNickel chloride hexahydrate 150150 200200 280280 350350 370370 250250 Борная кислотаBoric acid 20twenty 2525 3232 4040 4545 30thirty СахаринSaccharin 0,50.5 0,70.7 1,21,2 1,81.8 2,02.0 1,01,0 Оксид алюминияAluminium oxide 1010 15fifteen 2525 4040 50fifty -- Декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86)Sodium decahydrodecaborate (TU 6-02-01-513-86) 0,70.7 1,21,2 2,52.5 4,54,5 5,05,0 1,91.9 Ультрадисперсная алмазная суспензия (УДА-В ТУ 84.1124-87)Ultrafine diamond suspension (UDA-V TU 84.1124-87)           0,60.6 pH электролитаpH of electrolyte 5,55.5 5,05,0 3,03.0 1,51,5 1,01,0 2,72.7 Температура, °CTemperature ° C 1616 18eighteen 30thirty 4040 4545 2121 Катодная плотность тока, А/дмCathode current density, A / dm 1one 22 66 11eleven 1212 33

Таблица 2table 2 Физико-механические свойства покрытийPhysico-mechanical properties of coatings Характеристики электролита и композиционного покрытия никель-кобальт-алмаз и никель-бор-алмазNickel-cobalt-diamond and nickel-boron-diamond electrolyte and composite coating characteristics ЭлектролитыElectrolytes 1one 22 33 4four 55 прот.prot. Микротвердость, ГПаMicrohardness, GPa 2323 30thirty 3131 30thirty 2828 2323 Внутренние напряжения, МПаInternal stress, MPa 62,362.3 64,064.0 67,267.2 70,470,4 75,375.3 -- Пористость при толщине 4-5 мкм, пор/см² Porosity at a thickness of 4-5 μm, pore / cm ² 1one 22 22 33 4four -- Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавовAdhesion to the core of steel, copper and its alloys Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84Meets GOST 9.302-84 Содержание оксида алюминия, мас.%The content of alumina, wt.% 0,90.9 1,41.4 2,72.7 3,93.9 4,54,5 -- Содержание бора, мас.%The content of boron, wt.% 0,20.2 0,60.6 1,81.8 3,13,1 3,63.6 1,61,6 Содержание ультрадисперсного алмазного порошка, мас.%The content of ultrafine diamond powder, wt.% 0,10.1 0,40.4 1,81.8 3,23.2 3,63.6 1,31.3 Стабильность, %Stability% 100one hundred 100one hundred 100one hundred 100one hundred 100one hundred 100one hundred

2. уменьшение содержания никеля в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению скорости процесса, снижению выхода по току и ухудшению качества осаждаемого покрытия;2. a decrease in the nickel content in the electrolyte below the lower claimed limit leads to a decrease in the process speed, a decrease in current efficiency and a deterioration in the quality of the deposited coating;

3. увеличение содержания оксида алюминия в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к уменьшению микротвердости и износостойкости покрытий;3. an increase in the content of aluminum oxide in the electrolyte above the upper claimed limit leads to a decrease in microhardness and wear resistance of coatings;

4. уменьшение содержания оксида алюминия в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению микротвердости и износостойкости покрытий;4. a decrease in the content of aluminum oxide in the electrolyte below the lower claimed limit leads to a decrease in microhardness and wear resistance of coatings;

5. увеличение содержания борной кислоты в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно. Это связано с пределом растворимости борной кислоты и ухудшением качества покрытий и уменьшения износостойкости покрытий;5. an increase in the content of boric acid in the electrolyte above the upper claimed limit is impractical. This is due to the solubility limit of boric acid and the deterioration of the quality of coatings and a decrease in the wear resistance of coatings;

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 и уменьшению износостойкости покрытий;6. a decrease in the content of boric acid below the lower limit of the specified concentration leads to a decrease in the buffer capacity of the electrolyte, lower current efficiency, intervals of the electrolyte, deterioration in the quality of coatings and a decrease in the wear resistance of coatings;

7. увеличение содержания сахарина выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;7. an increase in the saccharin content above the upper claimed limit leads to a deterioration in the quality of coatings, an increase in internal voltages, a decrease in current efficiency and the maximum allowable cathodic current density;

8. уменьшение содержания сахарина ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий, увеличению внутренних напряжений;8. a decrease in saccharin content below the lower claimed limit leads to a deterioration in the quality of coatings, an increase in internal stresses;

9. увеличение содержания декагидродекаборат натрия выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий и уменьшению износостойкости покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;9. an increase in the content of sodium decahydrodecaborate above the upper claimed limit leads to a deterioration in the quality of the coatings and a decrease in the wear resistance of the coatings, an increase in internal stresses, a decrease in the current efficiency and the maximum permissible cathodic current density;

10. уменьшение содержания декагидродекаборат натрия ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению износостойкости покрытий.10. The decrease in the content of sodium decahydrodecaborate below the lower claimed limit leads to a decrease in the wear resistance of the coatings.

Как видно из табл.2, микротвердость композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, осажденного из заявляемого электролита, превышает микротвердость никель-бор-алмаз, осажденного из прототипа, в 1,3-1,4 раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.As can be seen from table 2, the microhardness of the composite coating of Nickel-boron-aluminum oxide deposited from the inventive electrolyte exceeds the microhardness of Nickel-boron-diamond deposited from the prototype, 1.3-1.4 times while maintaining the basic physical and mechanical properties coatings.

Это позволяет расширить область применения композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия в качестве износостойкого покрытия в машиностроении.This allows you to expand the scope of the composite coating nickel-boron-alumina as a wear-resistant coating in mechanical engineering.

Claims (1)

Электролит для осаждения композиционного покрытия никель-бор-оксид алюминия, включающий хлорид никеля, борную кислоту, сахарин, оксид алюминия и декагидродекаборат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:
хлорид никеля шестиводный 200-350 борная кислота 25-40 сахарин 0,7-1,8 оксид алюминия 15-40 декагидродекаборат натрия 1,2-4,5 The electrolyte for the deposition of the composite coating Nickel-boron-alumina, including Nickel chloride, boric acid, saccharin, alumina and decahydrodecaborate sodium in the following ratio, g / l:
nickel chloride hexahydrate 200-350 boric acid 25-40 saccharin 0.7-1.8 aluminium oxide 15-40 sodium decahydrodecaborate 1.2-4.5