RU2506343C1

RU2506343C1 - Application of nickel-boride coating on metal surfaces

Info

Publication number: RU2506343C1
Application number: RU2013107253/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Никитин; Андрей Витальевич Сидоров
Original assignee: Виктор Владимирович Никитин; Андрей Витальевич Сидоров
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-02-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to surface metallisation processes, particularly, to application of nickel-boride coating on metal surface by autocatalytic deposition from alkaline solution. Proposed solution contains the following components, in wt %: nickel chloride - 0.35-0.63, sodium borohydride - 0.025-0.105, lead tungstate- 0.0018-0.0054, ethylenediamine - 20.0-28.0, sodium hydroxide to pH of 10.0 to 14.0, demineralised water making the rest. Prior to coat deposition current at density of 0.027±0.005 A/cm² is fed to processed part. In particular cases, current is fed for 5-60 seconds while solution concentration and temperature are selected to allows deposition rate of 10-12 mcm/h.

EFFECT: higher mechanical strength and adhesion, sufficient resistance to abrasion.

3 cl

Description

Изобретение относится к технологии металлизации поверхности, а именно к методам химического осаждения никеля из водного раствора на металлическую поверхность.The invention relates to surface metallization technology, and in particular to methods for the chemical deposition of nickel from an aqueous solution onto a metal surface.

Известен (SU, авторское свидетельство 263359) способ осаждения покрытия никель - бор, согласно известному способу используют раствор, содержащих хлорид никеля, гидроксид натрия, этилендиамин, боргидрид натрия, метабисульфит калия и калий-натрий виннокислый, причем процесс осаждения проводят при температуре 40-60°C и pH от 13 до 14.Known (SU, copyright certificate 263359) is a nickel-boron coating deposition method; according to the known method, a solution containing nickel chloride, sodium hydroxide, ethylene diamine, sodium borohydride, potassium metabisulfite and potassium sodium tartrate is used, and the deposition process is carried out at a temperature of 40-60 ° C and pH 13 to 14.

Недостатком известного способа следует признать очень низкую скорость осаждения, слабую механическую прочность готового покрытия, а также слабую стойкость его к истиранию.The disadvantage of this method should be recognized as a very low deposition rate, poor mechanical strength of the finished coating, as well as its low abrasion resistance.

Известен (SU, авторское свидетельство 300537) способ химического осаждения покрытия никель - бор, согласно которому покрытие высаживают на заранее подготовленную поверхность из раствора, содержащего хлорид никеля, этилендиамин, калий пирофосфорнокислый, гидроксид натрия, тиосульфат натрия, боргидрид тетраметиламмония при температуре 30-90°C и pH от 12,9 до 14.Known (SU, copyright certificate 300537) is a method of chemical deposition of a nickel-boron coating, according to which the coating is deposited on a prepared surface from a solution containing nickel chloride, ethylenediamine, potassium pyrophosphate, sodium hydroxide, sodium thiosulfate, tetramethylammonium borohydride at a temperature of 30-90 ° C and pH 12.9 to 14.

Известен (SU, авторское свидетельство 306197) способ осаждения покрытия никель - бор из раствора, содержащего хлорид никеля, тиосульфат натрия, этилендиамин, гидроксид натрия и этилендиаминдиборан при температуре 30-70°C и pH от 12,7 до 13.Known (SU, copyright 306197) is a method for depositing a nickel-boron coating from a solution containing nickel chloride, sodium thiosulfate, ethylenediamine, sodium hydroxide and ethylene diamindiborane at a temperature of 30-70 ° C and a pH of 12.7 to 13.

Известен также (RU, патент 2023749) способ химического никелирования, согласно которому проводят осаждение никеля из раствора, содержащего соль никеля, причем в качестве соли никеля используют бис-гидразин дихлорид никеля, а осаждение ведут из водно-аммиачных растворов с концентрацией никеля 0,3-2,5%.Also known (RU, patent 2023749) is a method of chemical nickel plating, according to which nickel is precipitated from a solution containing a nickel salt, moreover, nickel bis-hydrazine nickel dichloride is used as a nickel salt, and the precipitation is carried out from aqueous ammonia solutions with a nickel concentration of 0.3 -2.5%.

Известное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога разработанного способа.The known technical solution is taken as the closest analogue of the developed method.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в получении механически прочного, с хорошей адгезией, а также стойкого к истиранию блестящего покрытия на основе никеля.The technical result achieved by the implementation of the developed method consists in obtaining mechanically strong, with good adhesion, as well as an abrasion-resistant shiny nickel-based coating.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ нанесения никель-боридного покрытия на изделия из металлов методом автокаталитического осаждения из щелочного раствора, содержащего соль никеля. При реализации способа предварительно на обрабатываемую деталь подают катодный ток с плотностью 0,027±0,005 А/см², создавая на поверхности обрабатываемой детали, по меньшей мере, частичный отрицательный заряд, а также активные центры, при этом используют раствор, содержащий хлорид никеля, борогидрид натрия, гидроксид натрия, этилсндиамин, вольфрамат свинца и деминерализованную воду при следующем соотношении компонентов (% масс):To achieve the technical result, it is proposed to use the developed method for applying a nickel boride coating to metal products by autocatalytic deposition from an alkaline solution containing nickel salt. When implementing the method, a cathode current with a density of 0.027 ± 0.005 A / cm ^{2 is} preliminarily applied to the workpiece, creating at least a partial negative charge on the surface of the workpiece, as well as active centers, using a solution containing nickel chloride, sodium borohydride , sodium hydroxide, ethylenediamine, lead tungstate and demineralized water in the following ratio of components (% of mass):

Хлорид никеляNickel chloride 0,35-0,630.35-0.63 Борогидрат натрияSodium borohydrate 0,025-0,1050,025-0,105 Вольфрамат свинцаTungstate lead 0,0018-0,00540.0018-0.0054 ЭтилендиаминEthylenediamine 20,0-28,020.0-28.0

Гидроксид натрия до получения величины pH от 10,0 до 14,0Sodium hydroxide to obtain a pH from 10.0 to 14.0

Деминерализованная водаDemineralized water остальное.rest.

При реализации способа предпочтительно для усиления получаемого технического результата концентрацию рабочего раствора и его температуру подбирают таким образом, чтобы скорость осаждения покрытия составляла от 10 до 12 мкм/час. Для создания активных центров на поверхности обрабатываемой детали катодный ток указанной плотности обычно подают в течение от 5 до 60 сек.When implementing the method, it is preferable to enhance the obtained technical result, the concentration of the working solution and its temperature are selected so that the deposition rate of the coating ranged from 10 to 12 microns / hour. To create active centers on the surface of the workpiece, the cathode current of the specified density is usually supplied for 5 to 60 seconds.

Для приготовления раствора желательно предварительно растворять компоненты в деминерализованной воде с последующим соединением растворов компонентов.To prepare the solution, it is desirable to pre-dissolve the components in demineralized water, followed by the combination of the solutions of the components.

Перед нанесением покрытия поверхность изделия, на которую его наносят, необходимо очистить, в том числе и обезжирить, а также активировать. Очистка поверхности может быть выполнена любым известным в данной области техники способом.Before coating, the surface of the product on which it is applied must be cleaned, including degreased, and activated. Surface cleaning can be performed by any method known in the art.

Использование указанного качественного и количественного состава раствора обусловлено ниже приведенными причинами.The use of the indicated qualitative and quantitative composition of the solution is due to the following reasons.

При использовании содержания хлорида никеля ниже указанной величины значительно снижается скорость осаждения покрытия. При увеличении содержания хлорида никеля свыше указанной величины уменьшается механическая прочность покрытия.When using the content of Nickel chloride below the specified value, the deposition rate of the coating is significantly reduced. With an increase in the nickel chloride content above this value, the mechanical strength of the coating decreases.

При использовании содержания этилендиамина ниже указанной величины значительно ухудшается механическая прочность покрытия, а также его стойкость к истиранию и коррозионная стойкость. При увеличении содержания этилендиамина выше указанной величины заметно уменьшается скорость осаждения покрытия.When using the content of ethylenediamine below the specified value, the mechanical strength of the coating, as well as its abrasion and corrosion resistance, are significantly impaired. With an increase in the ethylene diamine content above this value, the deposition rate of the coating decreases markedly.

При использовании содержания гидроксида натрия, не обеспечивающего величину pH 10 и выше, значительно ухудшаются все механические характеристики покрытия.When using a sodium hydroxide content that does not provide a pH value of 10 or higher, all the mechanical characteristics of the coating are significantly impaired.

При использовании содержания борогидрида натрия ниже указанной величины значительно ухудшается механическая прочность покрытия, а также его стойкость к истиранию и коррозионная стойкость. При увеличении содержания борогидрида выше указанной величины заметно уменьшается скорость осаждения покрытия.When using the content of sodium borohydride below the specified value, the mechanical strength of the coating, as well as its resistance to abrasion and corrosion resistance, are significantly deteriorated. With an increase in the content of borohydride above the indicated value, the deposition rate of the coating noticeably decreases.

Введение ионов свинца в раствор приводит к повышению стабилизации раствора, а также улучшению механических характеристик покрытия. Однако положительное влияние ионов свинца в растворе, а также оптимальное количество свинца в готовом покрытии ограничено указанным диапазоном содержания вольфрамата свинца.The introduction of lead ions into the solution leads to increased stabilization of the solution, as well as improved mechanical properties of the coating. However, the positive effect of lead ions in the solution, as well as the optimal amount of lead in the finished coating is limited to the specified range of lead tungstate content.

Введение вольфрама в образующееся покрытие повышает механическую прочность покрытия, а также прочность и стойкость к истиранию. Получаемые значения вольфрама в покрытии ограничены указанным диапазоном содержания вольфрамата свинца.The introduction of tungsten in the resulting coating increases the mechanical strength of the coating, as well as the strength and resistance to abrasion. The resulting tungsten values in the coating are limited to the indicated range of lead tungstate content.

Указанные в составе раствора вещества для получения плотного, коррозионно- и износостойкого покрытия необходимо использовать не только в обоснованных выше количествах, но и в приведенной выше совокупности. Замена какого-либо из компонентов раствора или введение в раствор дополнительных ионов не позволяет получить покрытие, содержащее требуемые количества свинца и вольфрама, а также требуемой коррозионной стойкости и износостойкости.The substances indicated in the composition of the solution for obtaining a dense, corrosion- and wear-resistant coating must be used not only in the quantities justified above, but also in the above combination. Replacing any of the components of the solution or introducing additional ions into the solution does not allow obtaining a coating containing the required amounts of lead and tungsten, as well as the required corrosion resistance and wear resistance.

При подаче тока с плотностью менее 0,0265 А/см² наносимое покрытие имеет худшую адгезию, вплоть до отслаивания покрытия, особенно при охлаждении.When a current with a density of less than 0.0265 A / cm ^{2 is} applied, the applied coating has worse adhesion, up to peeling of the coating, especially during cooling.

При подаче тока с плотностью более 0,0275 А/см² наносимое покрытие после нанесения растрескивается.When a current with a density of more than 0.0275 A / cm ^{2 is} applied, the applied coating cracks after application.

При реализации способа предварительно растворяют в небольших количествах деминерализованной воды 5,0 г хлорида никеля, 0,6 г борогидрида натрия, 0,5 г вольфрамата свинца и 240 г этилендиамина. Полученные растворы смешивают, доводят объем раствора до 940 мл приливанием деминерализованной воды. Вводят концентрированный раствор гидроксида натрия в деминерализованной воде до pH 13. Затем доводят деминерализованной водой объем раствора до 1000 мл.When implementing the method, 5.0 g of nickel chloride, 0.6 g of sodium borohydride, 0.5 g of lead tungstate and 240 g of ethylene diamine are pre-dissolved in small amounts of demineralized water. The resulting solutions are mixed, the volume of the solution is adjusted to 940 ml by pouring demineralized water. A concentrated solution of sodium hydroxide in demineralized water is introduced to a pH of 13. Then, the volume of the solution is adjusted to 1000 ml with demineralized water.

При нанесении покрытия заранее подготовленную деталь (поверхность зачищена и обезжирена) погружают в раствор, подключают к отрицательному источнику электрического тока через переменное сопротивление, опускают в раствор инертный электрод, выполненный из нержавеющей стали или углеродного материала (графит) и пропуская по образовавшейся цепи электрический ток плотностью 0,027±0,005 А/см². Продолжительность пропускания электрического тока выбирают опытным путем. Затем пропускание электрического тока прекращают и на активированную поверхность детали из раствора начинает осаживаться покрытие в режиме автокаталитического осаждения. Для регулирования скорости осаждения изменяют концентрацию раствора, а также его температуру. Указанное регулирование проводят до начала технологического процесса.When applying a coating, a pre-prepared part (the surface is cleaned and degreased) is immersed in a solution, connected to a negative source of electric current through an alternating resistance, an inert electrode made of stainless steel or carbon material (graphite) is immersed in the solution and an electric current of density 0.027 ± 0.005 A / cm ² . The duration of transmission of electric current is chosen empirically. Then, the transmission of electric current is stopped and the coating begins to precipitate on the activated surface of the part from the solution in the autocatalytic deposition mode. To control the deposition rate, change the concentration of the solution, as well as its temperature. The specified regulation is carried out before the start of the process.

Полученное блестящее покрытие, содержащее в среднем:The resulting brilliant coating, containing on average:

НикельNickel 91,0-95,0%91.0-95.0% борboron 5,0-7,0%5.0-7.0% свинецlead 0,5-1,0%0.5-1.0% вольфрамtungsten 0,1-1,0%0.1-1.0%

обладает с хорошей адгезией к металлической поверхности, механически прочно, стойко к истиранию блестящего покрытия на основе никеля.possesses with good adhesion to a metal surface, mechanically strong, resistant to abrasion of a shiny nickel-based coating.

Claims

1. Способ нанесения никель-боридного покрытия на изделия из металлов методом автокаталитического осаждения из щелочного раствора, содержащего соль никеля, отличающийся тем, что предварительно на обрабатываемое изделие подают ток с плотностью 0,027±0,005 А/см², при этом используют раствор, содержащий хлорид никеля, борогидрид натрия, гидроксид натрия, этилендиамин, вольфрамат свинца и деминерализованную воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид никеля 0,35-0,63 Борогидрид натрия 0,025-0,105 Вольфрамат свинца 0,0018-0,0054 Этилендиамин 20,0-28,0 Гидроксид натрия до получения величины pH от 10,0 до 14,0 Деминерализованная вода Остальное

1. The method of applying a nickel-boride coating on metal products by autocatalytic deposition from an alkaline solution containing nickel salt, characterized in that the current to the workpiece is supplied with a density of 0.027 ± 0.005 A / cm ² , using a solution containing chloride nickel, sodium borohydride, sodium hydroxide, ethylenediamine, lead tungstate and demineralized water, in the following ratio, wt.%:
Nickel chloride 0.35-0.63 Sodium borohydride 0,025-0,105 Tungstate lead 0.0018-0.0054 Ethylenediamine 20.0-28.0 Sodium hydroxide to pH from 10.0 to 14.0 Demineralized water Rest

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию раствора и его температуру подбирают с обеспечением скорости осаждения покрытия от 10 до 12 мкм/ч.2. The method according to claim 1, characterized in that the concentration of the solution and its temperature are selected with a coating deposition rate of 10 to 12 μm / h.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ток подают в течение 5÷60 с. 3. The method according to claim 1, characterized in that the current is supplied for 5 ÷ 60 s.