RU2448203C1 - Electrolyte for obtaining composite nickel coatings - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: electrolyte contains nickel sulphate 220 g/l, nickel chloride 40 g/l, sodium acetate or potassium acetate 30 g/l, and graphite nitrate 2-10 g/l.

EFFECT: obtaining high-quality protective coatings with reduced sliding friction coefficient.

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, 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 electrolyte suspensions, i.e. electrolytes modified by the addition of finely divided powders, when 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.).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.).

Известен электролит для осаждения износостойких композиционных покрытий, имеющий следующий состав, г/л: сульфат никеля 240-340; хлорид никеля 30-60; борная кислота 30-40; диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты 0,4-0,8; ПАВ 0,4-3; фторопластовый порошок 20-150 (Патент РФ №2155246, МПК C25D 15/00, заявлено 26.01.1999 // Изобретения. - 2000. - №24. - С.296). 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.Known electrolyte for the deposition of wear-resistant composite coatings, having the following composition, g / l: Nickel sulfate 240-340; nickel chloride 30-60; boric acid 30-40; 4,6-disulfoisophthalic acid diimide 0.4-0.8; Surfactant 0.4-3; fluoroplastic powder 20-150 (RF Patent No. 2155246, IPC C25D 15/00, claimed January 26, 1999 // Inventions. - 2000. - No. 24. - C.296). 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 C25D 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, а именно 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 C25D 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, namely, 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 данный электролит наиболее близок к предложенному техническому решению. В качестве дисперсной фазы он содержит ультрадисперсный алмаз, а в качестве буферной добавки - борную кислоту. 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, C.20-25. By the set of similar essential features, this electrolyte is closest to the proposed technical solution. It contains ultrafine diamond as a dispersed phase, and boric acid as a buffer additive. 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. Следует также отметить высокую цену ультрадисперсных алмазов, приводящую к существенному удорожанию композиционных покрытий.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. It should also be noted the high price of ultrafine diamonds, leading to a significant increase in the cost of composite coatings.

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

Для достижения поставленной задачи электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе никеля, содержащий сульфат никеля, хлорид никеля 40 г/л, дисперсную фазу и буферную добавку 30 г/л, в качестве дисперсной фазы содержит нитрат графита, а в качестве буферной добавки - ацетат натрия или ацетат калия при следующем соотношении компонентов, г/л:To achieve the task, an electrolyte for producing composite nickel-based electrochemical coatings containing nickel sulfate, nickel chloride 40 g / l, a dispersed phase and a buffer additive of 30 g / l, contains graphite nitrate as a dispersed phase, and acetate as a buffer additive sodium or potassium acetate in the following ratio, g / l:

Сульфат никеляNickel sulfate 220220 Хлорид никеляNickel chloride 4040 Ацетат натрия или ацетат калияSodium acetate or potassium acetate 30thirty Нитрат графитаGraphite nitrate 2-102-10

Технический результат, получаемый при использовании заявленного электролита, заключается в снижении коэффициента трения скольжения покрытий в 1,5-2 раза.The technical result obtained by using the claimed electrolyte is to reduce the sliding friction coefficient of coatings by 1.5-2 times.

Процесс нанесения покрытия ведут при катодной плотности тока 6-10 А/дм² и температуре 25-50°C. Электролит готовят путем растворения сульфата никеля, хлорида никеля и ацетата натрия или ацетата калия в дистиллированной воде. Затем растворы фильтруют и переливают из ванн подготовки электролита в бак-накопитель, в который добавляют требуемое количество нитрата графита.The coating process is carried out at a cathodic current density of 6-10 A / dm ² and a temperature of 25-50 ° C. An electrolyte is prepared by dissolving nickel sulfate, nickel chloride and sodium acetate or potassium acetate in distilled water. Then the solutions are filtered and poured from the electrolyte preparation baths into the storage tank, to which the required amount of graphite nitrate is added.

Конкретные примеры, иллюстрирующие использование изобретения, представлены в таблице 1 "Влияние состава электролита на коэффициент трения скольжения покрытий".Specific examples illustrating the use of the invention are presented in Table 1, “Effect of Electrolyte Composition on the Coefficient of Friction of the Coatings of Coatings."

Из таблицы видно, что введение в электролит нитрата графита приводит к снижению коэффициента трения скольжения композиционных покрытий. Как следует из таблицы, коэффициенты трения скольжения снижаются при повышении содержания нитрата графита в электролите от 2 г/л до 10 г/л. Причиной этому служит увеличение содержания частиц дисперсной фазы в покрытии с ростом концентрации нитрата графита. При уменьшении содержания нитрата графита в электролите ниже 2 г/л дисперсные частицы слабо влияют на свойства покрытий. Увеличение концентрации нитрата графита более 10 г/л нецелесообразно, т.к. в этом случае свойства осадков не улучшаются.The table shows that the introduction of graphite nitrate into the electrolyte leads to a decrease in the sliding friction coefficient of composite coatings. As follows from the table, the sliding friction coefficients decrease with increasing graphite nitrate content in the electrolyte from 2 g / l to 10 g / l. The reason for this is the increase in the content of particles of the dispersed phase in the coating with increasing concentration of graphite nitrate. With a decrease in the content of graphite nitrate in the electrolyte below 2 g / l, dispersed particles weakly affect the properties of the coatings. An increase in the concentration of graphite nitrate of more than 10 g / l is impractical because in this case, the properties of precipitation do not improve.

Таким образом, предлагаемый электролит позволяет получать качественные защитные покрытия, приводит к снижению коэффициента трения скольжения в 1,5-2 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 1.5-2 times. The proposed electrolyte can find application in various industries for modifying the surface of machine parts and mechanisms.

Таблица 1Table 1 Влияние состава электролита на коэффициент трения скольжения покрытийEffect of electrolyte composition on the sliding coefficient of friction of coatings Состав электролита, режим осаждения и свойства покрытийElectrolyte composition, deposition mode and coating properties         1one 22 33 ПрототипPrototype Содержание сульфата никеля, г/лNickel sulfate content, g / l 220220 220220 220220 сульфата никеляnickel sulfate 240240 Содержание хлорида никеля, г/лThe content of Nickel chloride, g / l 4040 4040 4040 хлорида никеляnickel chloride 4040 буферной добавки (борная кислота)buffering agent (boric acid) Содержание ацетата натрия или калия, г/лThe content of sodium or potassium acetate, g / l 30thirty 30thirty 30thirty 30thirty неметаллического порошка (ультрадисперсный алмаз)non-metallic powder (ultrafine diamond) Содержание нитрата графита, г/лThe content of graphite nitrate, g / l 22 55 1010 2-202-20 Температура электролита, °CElectrolyte temperature, ° C 25-5025-50 25-5025-50 25-5025-50 50fifty Катодная плотность тока, А/дм² Cathode current density, A / dm ² 1010 1010 1010 1010 Коэффициент трения скольженияSlip friction coefficient 0,230.23 0,190.19 0,140.14 0,35-0,500.35-0.50

Claims (1)

Электролит для получения композиционных никелевых покрытий, содержащий сульфат никеля, хлорид никеля, дисперсную фазу и буферную добавку, отличающийся тем, что в качестве дисперсной фазы он содержит нитрат графита, а в качестве буферной добавки - ацетат натрия или ацетат калия при следующем соотношении компонентов, г/л:
сульфат никеля 220 хлорид никеля 40 ацетат натрия или ацетат калия 30 нитрат графита 2-10 An electrolyte for producing composite nickel coatings containing nickel sulfate, nickel chloride, a dispersed phase and a buffer additive, characterized in that it contains graphite nitrate as a dispersed phase, and sodium acetate or potassium acetate as a buffer additive in the following ratio of components, g / l:
nickel sulfate 220 nickel chloride 40 sodium acetate or potassium acetate thirty graphite nitrate 2-10