RU2465374C1 - Solution used for chemical deposition of composite nickel coatings - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: solution used for chemical deposition of composite nickel coatings contains nickel sulphate, sodium acetate, sodium hypophosphite, inert particles, which include nanodisperse particles of aluminium oxide and have the size of 50 - 80 nm, at the following content, g/l: nickel sulphate 20, sodium acetate 10, sodium hypophosphite 10, nanodisperse particles of aluminium oxide 0.3.

EFFECT: invention allows increasing the quantity of particles included in nickel coating of particles, increasing their uniform distribution in the coating, as well as improving micro hardness and corrosion resistance of the obtained nickel coating.

2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано при химическом никелировании стальных деталей как с целью антикоррозионной защиты, так и для решения функциональных задач: увеличения микротвердости, износостойкости и жаростойкости, создания режущих слоев.The invention relates to the field of deposition of metal coatings and can be used for chemical nickel plating of steel parts both for the purpose of corrosion protection and for solving functional problems: increasing microhardness, wear resistance and heat resistance, creating cutting layers.

За прототип к заявленному изобретению принимаем патент РФ №2108416, МПК С25D 15/00, опубликован 10.04.1998 г., сущность которого заключается в том, что в раствор химического никелирования, содержащий никель сернокислый, натрий уксуснокислый, гипофосфит натрия и инертные частицы, дополнительно введен препарат хромоксан, при этом содержание всех указанных компонентов должно быть в следующих соотношениях (г/л):For the prototype of the claimed invention, we take the patent of the Russian Federation No. 2108416, IPC C25D 15/00, published on 04/10/1998, the essence of which is that in a solution of chemical nickel containing nickel sulfate, sodium acetate, sodium hypophosphite and inert particles, additionally the drug chromoxane was introduced, while the content of all these components should be in the following ratios (g / l):

сернокислый никель 20nickel sulfate 20

уксуснокислый натрий 10sodium acetate 10

гипофосфит натрия 10sodium hypophosphite 10

хромоксан 0,1-0,2chromoxane 0.1-0.2

Этот раствор по составу наиболее близок к заявленному. При введении в него инертных частиц (алмаз марки АСВ (размер частиц 63-80 мкм) и тальк (размер частиц 5-10 мкм) при температуре 92°C, кислотности pH 4,6 и плотности загрузки 1 дм²/л формируются композиционные химические покрытия с включенными в них частицами.This solution in composition is closest to the declared. With the introduction of inert particles (ASB diamond (particle size 63-80 μm) and talc (particle size 5-10 μm) at a temperature of 92 ° C, a pH of 4.6 and a loading density of 1 dm ² / L, composite chemical coatings with particles included in them.

Недостатком прототипа является недостаточное включение инертных частиц в покрытие и неравномерность их распределения по всему объему покрытия (особенно по сложному профилю детали), низкая микротвердость и коррозионная стойкость покрытия. На отдельных участках покрываемой поверхности наблюдается избыток частиц, иногда перекрывающих друг друга, а на других участках - полное их отсутствие в никелевом покрытии. Малое количество соосажденных с никелем частиц и их неравномерное распределение приводит к получению различных характеристик покрытий на разных участках, что отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах изделия. Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков путем введения инертных частиц другой природы, увеличения количества включаемых в осадок никеля частиц, повышения равномерности их распределения в покрытии и улучшения физико-механических свойств никелевого покрытия.The disadvantage of the prototype is the lack of inclusion of inert particles in the coating and the uneven distribution over the entire volume of the coating (especially along the complex profile of the part), low microhardness and corrosion resistance of the coating. In some areas of the surface to be coated, there is an excess of particles, sometimes overlapping each other, and in other areas, their complete absence in the nickel coating. A small number of particles coprecipitated with nickel and their uneven distribution leads to different coatings in different areas, which negatively affects the performance of the product. An object of the invention is to eliminate these drawbacks by introducing inert particles of a different nature, increasing the number of particles included in the nickel precipitate, increasing the uniformity of their distribution in the coating, and improving the physicomechanical properties of the nickel coating.

Техническая задача решается в растворе для химического осаждения композиционных никелевых покрытий, содержащем сернокислый никель, уксуснокислый натрий, гипофосфит натрия, инертные частицы при следующем содержании, г/л:The technical problem is solved in a solution for the chemical deposition of composite nickel coatings containing nickel sulfate, sodium acetate, sodium hypophosphite, inert particles with the following content, g / l:

сернокислый никель 20nickel sulfate 20

уксуснокислый натрий 10sodium acetate 10

гипофосфит натрия 10sodium hypophosphite 10

отличающийся тем, что инертные частицы имеют размеры 50…80 нм и концентрация их в растворе составляет 0,3 г/л, причем в качестве инертных частиц используются нанодисперсный порошок (НДП) оксида алюминия.characterized in that the inert particles have sizes of 50 ... 80 nm and their concentration in the solution is 0.3 g / l, moreover, nanodispersed powder (NDP) of aluminum oxide is used as inert particles.

Преимущества раствора перед прототипом: достаточное внедрение частиц в покрытии, равномерное распределение частиц в покрытии, высокая микротвердость полученного никелевого покрытия, высокая коррозионная стойкость.The advantages of the solution over the prototype: sufficient introduction of particles in the coating, uniform distribution of particles in the coating, high microhardness of the obtained nickel coating, high corrosion resistance.

На фигуре 1 представлена схема нанесения композиционных никелевых покрытий. На фигуре 2 представлена поверхность никелевого покрытия: а) без частиц; б) с частицами. В таблице представлены результаты испытаний на микротвердость.The figure 1 presents a scheme for applying composite nickel coatings. The figure 2 presents the surface of the Nickel coating: a) without particles; b) with particles. The table shows the results of microhardness tests.

Покрытия наносим в стеклянном сосуде 1 (см. фиг 1).We apply coatings in a glass vessel 1 (see Fig. 1).

Приготовление раствора 2 заключается в следующем. Вначале нагреваем дистилированную воду до температуры 60°C. Далее в отдельной фарфоровой емкости смешиваем некоторую часть воды с инертными частицами и путем растирания в течение 30 мин доводим до пастообразного состояния. Полученная концентрированная суспензия выливается в основную емкость при постоянном перемешивании. Далее в полученной суспензии растворяем сернокислый никель и уксуснокислый натрий. Получившийся раствор-суспензию нагреваем до температуры 80°C и добавляем гипофосфит натрия. После тщательного перемешивания поднимаем температуру до рабочей - 92°C.The preparation of solution 2 is as follows. First, we heat distilled water to a temperature of 60 ° C. Next, in a separate porcelain container, we mix some of the water with inert particles and by grinding for 30 minutes bring to a pasty state. The resulting concentrated suspension is poured into the main container with constant stirring. Next, in the resulting suspension, dissolve nickel sulfate and sodium acetate. The resulting solution-suspension is heated to a temperature of 80 ° C and sodium hypophosphite is added. After thorough mixing, raise the temperature to working - 92 ° C.

В раствор помещаем стальные пластинки 3 (сталь 65Г, размер 100×15×2 мм), расположенные вертикально. Процесс химического никелирования осуществляем при режимах: температуре 92°C, кислотности pH 4,6, времени нанесения покрытия 1 ч. В качестве инертных частиц 4 используем нанодисперсный порошок (НДП) оксида алюминия (размер частиц 50…80 нм).In the solution we place steel plates 3 (steel 65G, size 100 × 15 × 2 mm) located vertically. The process of chemical nickel plating is carried out under the following conditions: temperature 92 ° C, acidity pH 4.6, coating time 1 h. As inert particles 4, we use nanodispersed powder (NDP) of aluminum oxide (particle size 50 ... 80 nm).

Концентрация НДП подобрана таким образом, чтобы обеспечить достижение максимального эффекта, оптимального количества включаемых в покрытие частиц, равномерности их распределения и улучшение физико-механических свойств никелевого покрытия. При снижении концентрации (менее 0,3 г/л) эффективность внедрения частиц снижается, при повышении частиц в растворе (более 0,3 г/л) ведет к избытку частиц в покрытии, тем самым снижаются функциональные свойства покрытия.The concentration of the NDP is selected in such a way as to ensure the achievement of the maximum effect, the optimal number of particles included in the coating, the uniformity of their distribution and the improvement of the physicomechanical properties of the nickel coating. With a decrease in concentration (less than 0.3 g / l), the efficiency of particle incorporation decreases, with an increase in particles in solution (more than 0.3 g / l) it leads to an excess of particles in the coating, thereby reducing the functional properties of the coating.

Визуально равномерность включения частиц в осадок химического никеля определяем подсчетом их количества в покрытии в поле зрения электронного микроскопа «MIRA II TESCAN» (Чехия). Для сравнения, фотографии структуры поверхностей никелевого покрытия без частиц а) и покрытия с внедренными частицами б) представлены на фиг.2 (×500).Visually, the uniformity of the inclusion of particles in the precipitate of chemical nickel is determined by counting their number in the coating in the field of view of the MIRA II TESCAN electron microscope (Czech Republic). For comparison, photographs of the structure of the surfaces of nickel coatings without particles a) and coatings with embedded particles b) are presented in Fig. 2 (× 500).

Чтобы больше удостовериться в равномерности внедрения частиц и повышении микротвердости покрытия были проведены испытания на микротвердость согласно ГОСТ 9450-76 «Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников» на приборе ПМТ-3. Измерение микротвердости проводили на тех же стальных пластинках в трех зонах (1 - верхняя часть пластинки, 2 - средняя часть пластинки, 3 - нижняя часть пластинки) по шесть измерений в каждой зоне, вычисляя среднее значение микротвердости в каждой зоне.In order to make sure that the particles penetrate more uniformly and increase the microhardness of the coating, microhardness tests were carried out according to GOST 9450-76 “Measurement of microhardness by indentation of diamond tips” on the PMT-3 device. The microhardness was measured on the same steel plates in three zones (1 - the upper part of the plate, 2 - the middle part of the plate, 3 - the lower part of the plate), six measurements in each zone, calculating the average microhardness in each zone.

Результаты опытов, представленные в таблице, показывают, что применение в качестве инертных частиц НДП оксида алюминия с размерами частиц 50…80 нм и концентрацией их в растворе 0,3 г/л позволяет увеличить равномерность внедрения частиц в покрытие и повысить микротвердость покрытия в 1,9 раза по сравнению с покрытием без НДП.The results of the experiments presented in the table show that the use of inert particles of NDP aluminum oxide with particle sizes of 50 ... 80 nm and their concentration in solution of 0.3 g / l allows you to increase the uniformity of the introduction of particles into the coating and increase the microhardness of the coating in 1, 9 times compared to the coating without NDP.

Коррозионные испытания будем проводить согласно ГОСТ 9.308-85 при повышенной относительной влажности и температуре с периодической конденсацией влаги и введением агрессивной составляющей - хлористого натрия. Образцы необходимо взвесить на аналитических весах типа ВЛА-200М и поместить в камеру коррозионных испытаний.Corrosion tests will be carried out according to GOST 9.308-85 at high relative humidity and temperature with periodic condensation of moisture and the introduction of an aggressive component - sodium chloride. Samples must be weighed on an analytical balance such as VLA-200M and placed in a corrosion test chamber.

Для проведения испытаний подготавливаем двенадцать образцов. На шесть из них наносим химическое покрытие никеля, на другие шесть - композиционное никелевое покрытие.For testing, we prepare twelve samples. Six of them are coated with nickel, and six are coated with nickel.

Для получения солевого тумана используем раствор хлористого натрия концентрацией 50 г/дм³. Образцы поместим в камеру коррозионных испытаний, которую нагреем до температуры 35°C. Продолжительность испытаний 12 ч. Распыление солевого тумана производим в начале каждого часа испытаний.To obtain salt fog, we use a solution of sodium chloride concentration of 50 g / DM ³ . Samples will be placed in a corrosion test chamber, which we will heat to a temperature of 35 ° C. The duration of the tests is 12 hours. We spray the salt fog at the beginning of each hour of testing.

Коррозионную стойкость покрытий будем оценивать по потере массы образцов после удаления продуктов коррозии.Corrosion resistance of coatings will be evaluated by the loss of mass of the samples after removal of corrosion products.

Удаление продуктов коррозии осуществим помещением деталей после испытаний в ванну с раствором (8%-ный раствор NaOH) и выдержим их в течение 20 мин при температуре 20°C.Corrosion products can be removed by placing the parts after testing in a bath with a solution (8% NaOH solution) and keeping them for 20 minutes at a temperature of 20 ° C.

В результате испытаний коррозионная стойкость композиционного никелевого покрытия в 2,2 раза выше, чем у чистого покрытия никеля.As a result of the tests, the corrosion resistance of the composite nickel coating is 2.2 times higher than that of a pure nickel coating.

Claims (1)

Раствор для химического осаждения композиционных никелевых покрытий, содержащий сернокислый никель, уксуснокислый натрий и гипофосфит натрия при содержании, г/л: сернокислый никель 20, уксуснокислый натрий 10 и гипофосфит натрия 10, и инертные частицы, отличающийся тем, что инертные частицы имеют размеры 50-80 нм и концентрация их в растворе составляет 0,3 г/л, причем в качестве инертных частиц используются нанодисперсные частицы оксида алюминия. A solution for the chemical deposition of composite nickel coatings containing nickel sulfate, sodium acetic acid and sodium hypophosphite at a content of, g / l: nickel sulfate 20, sodium acetate 10 and sodium hypophosphite 10, and inert particles, characterized in that the inert particles are 50- 80 nm and their concentration in the solution is 0.3 g / l, and nanodispersed particles of aluminum oxide are used as inert particles.

Images