RU2761573C1 - Method for deposition of composite coating - Google Patents

Method for deposition of composite coating Download PDF

Info

Publication number
RU2761573C1
RU2761573C1 RU2021105261A RU2021105261A RU2761573C1 RU 2761573 C1 RU2761573 C1 RU 2761573C1 RU 2021105261 A RU2021105261 A RU 2021105261A RU 2021105261 A RU2021105261 A RU 2021105261A RU 2761573 C1 RU2761573 C1 RU 2761573C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
nickel
phosphorus
particles
alternating current
Prior art date
Application number
RU2021105261A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юлия Евгеньевна Мамонтова
Юрий Александрович Стекольников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина"
Priority to RU2021105261A priority Critical patent/RU2761573C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761573C1 publication Critical patent/RU2761573C1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: electroplating technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electroplating, in particular to the repair of worn machine parts, and can be used in the production of composite coatings with increased microhardness, wear resistance. The method involves deposition of a coating from an alternating current electrolyte, while the coating is deposited on an asymmetric alternating current with a cathode pulse current density of 7-15 A/dm2 with an asymmetry coefficient of 6-8 from an electrolyte containing, g/l: hexaqua nickel chloride 20-30, sodium hypophosphite monohydrate 15-20, aminoacetic acid 12-17, sodium acetate 8-12, sulfanilic acid 2-3, particles of multilayer carbon nanotubes 0.4-1.6 at pH = 5.5, temperature 25-35°C.
EFFECT: ensuring the same content of phosphorus and particles of multilayer carbon nanotubes in a nickel matrix, i.e. ensuring the consistency of the coating composition, with high microhardness of the coating and adhesion to the base of the part.
1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам нанесения композиционных твердых покрытий сплавами никель-фосфор-углерод с повышенной микротвердостью и износостойкостью и может быть использовано при восстановлении в размер изношенных деталей в машиностроении гальваническими покрытиями. The invention relates to methods for applying composite hard coatings with nickel-phosphorus-carbon alloys with increased microhardness and wear resistance and can be used when restoring worn parts to size in mechanical engineering with galvanic coatings.

Для упрочнения поверхности ремонтируемых деталей гальванопокрытиями необходим электролит, обеспечивающий высокую твердость в сочетании с высокой рассеивающей и кроющей способностью. Решение подобных задачи предлагается в изобретениях (1-3). Наиболее близким по решаемой задаче и технической сущности является способ, предлагаемый в (3), включающий электроосаждение из электролита, содержащего, г/л: сульфат никеля семиводный 120-170, аминоуксусную кислоту 12-20, хлорид ион 4-7, гипофосфит натрия одноводный 4-7, сахарин 1,5-2,5, лаурил сульфат натрия 0,05-1,0, при рН=2,2-2,6, температуре 48-53°С и катодной плотности тока 2-7 А/дм2 с применением реверса тока, при котором длительность анодных импульсов составляет 1-6 с, катодных 3-10 с, а соотношение их длительностей 0,20-0,75, причем средняя плотность тока катодных и анодных импульсов одинакова. To harden the surface of repaired parts with electroplated coatings, an electrolyte is required that provides high hardness in combination with high scattering and hiding power. The solution to such problems is proposed in the inventions (1-3). The closest in terms of the problem to be solved and the technical essence is the method proposed in (3), including electrodeposition from an electrolyte containing, g / l: nickel sulfate heptahydrate 120-170, aminoacetic acid 12-20, chloride ion 4-7, sodium hypophosphite monohydrate 4-7, saccharin 1.5-2.5, sodium lauryl sulfate 0.05-1.0, at pH = 2.2-2.6, temperature 48-53 ° C and cathode current density 2-7 A / dm 2 using a reverse current, in which the duration of the anode pulses is 1-6 s, cathodic pulses 3-10 s, and the ratio of their durations is 0.20-0.75, and the average current density of the cathode and anode pulses is the same.

Недостатком прототипа является невысокая рассеивающая способность для обработки деталей сложной формы, небольшая концентрация фосфора в покрытии 4,2-6,4%, уменьшающаяся с ростом катодной плотности тока, колебания концентрации фосфора в покрытии приводят к неравномерности величины микротвердости по поверхности и толщине покрытия. The disadvantage of the prototype is a low scattering ability for processing parts of complex shapes, a small concentration of phosphorus in the coating 4.2-6.4%, decreasing with an increase in the cathode current density, fluctuations in the concentration of phosphorus in the coating lead to uneven microhardness values over the surface and thickness of the coating.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение одинакового содержания фосфора и частиц многослойных углеродных нанотрубок в никелевой матрице, а следовательно, микротвердости покрытия, повышенной коррозионной стойкости, сцепляемости покрытия с основой, рассеивающей способности электролита, маслоемкости. The technical objective of the present invention is to provide the same content of phosphorus and particles of multilayer carbon nanotubes in the nickel matrix, and therefore, the microhardness of the coating, increased corrosion resistance, adhesion of the coating to the base, the scattering ability of the electrolyte, oil absorption.

Поставленная задача решается путем электроосаждения покрытия никель-фосфор-многослойные углеродные нанотрубки из электролита, содержащего, г/л: никель хлористый шестиводный 20-30, гипофосфит натрия одноводный 15-20, аминоуксусная кислота 12-17, ацетат натрия 8-12, сульфаниловая кислота 2-3, частицы многослойных нанотрубок 0,4-1,6 при рН=5,5, температуре 25-35°С, плотности асимметричного переменного тока 7-15 А/дм2 с коэффициентом асимметрии 6-8. The problem is solved by electrodeposition of a nickel-phosphorus-multilayer carbon nanotube coating from an electrolyte containing, g / l: nickel chloride hexahydrate 20-30, sodium hypophosphite monohydrate 15-20, aminoacetic acid 12-17, sodium acetate 8-12, sulfanilic acid 2-3, particles of multilayer nanotubes 0.4-1.6 at pH = 5.5, temperature 25-35 ° C, asymmetric alternating current density 7-15 A / dm 2 with an asymmetry coefficient of 6-8.

Покрытия никель-фосфор-многослойные углеродные нанотрубки, полученные согласно предлагаемому способу, характеризуются постоянством химического состава по фосфору и углероду в диапазоне плотностей тока 7-15 А/дм2, постоянством значений микротвердости 7,0-8,1 ГПа (измерения на микротвердомере ПМТ-3 и нагрузке на индентор 200 кгс/мм2). Применение асимметричного переменного тока является одним из преимуществ предлагаемого способа.Nickel-phosphorus-multilayer carbon nanotube coatings obtained according to the proposed method are characterized by the constancy of the chemical composition for phosphorus and carbon in the range of current densities of 7-15 A / dm 2 , the constancy of the microhardness values of 7.0-8.1 GPa (measurements on the PMT microhardness tester -3 and the load on the indenter 200 kgf / mm 2 ). The use of asymmetric alternating current is one of the advantages of the proposed method.

ПримерExample

Электроосаждение сплава никель-фосфор-многослойные наноуглеродные частицы вели из предлагаемого выше состава электролита до толщины 20 мкм, при этом при коэффициенте асимметрии 7 и плотности катодного асимметричного тока 7 А/дм2 содержание фосфора составило 8,5%, углерода 0,85% при концентрации наноуглеродных частиц в электролите 0,4 г/л (и 1,29% при 1,6 г/л); аналогично при плотности тока 15 А/дм2 соответственно, фосфора 15%, углерода от 1,56% (до 2,12%). По данным растрового микроанализа все полученные осадки никель-фосфор наноуглеродные трубки представляют собой никель с включениями фосфора и углерода. При введении в состав никель фосфорного покрытия многослойных углеродных наночастиц заметно меняется морфология поверхности. Если на поверхности Ni-P покрытия наблюдаются скопления крупных сферолитов правильной формы размером 220-280 ангстрем, то включение частиц многослойных углеродных нанотрубок приводит к измельчению сферолитов. Анализ дифрактограмм модифицированных углеродом покрытий показал, что преимущественной кристаллографической ориентацией осадка является никель (111), т.к. относительный текстурный коэффициент составил 80%. Кристаллиты состоят из более мелких частиц размером 35-42 нанометра, что и обуславливает повышенную микротвердость. Отжиг образцов с покрытиями никель-фосфор-углерод в вакууме при 400°С в течение 1 часа приводит к повышению микротвердости из-за уменьшения размеров сферолитов до 20-25 нанометров до 9,5-10 ГПа, что сопоставимо с твердостью износостойких хромовых покрытий.The electrodeposition of the nickel-phosphorus-multilayer nanocarbon particles was carried out from the proposed above electrolyte composition to a thickness of 20 μm, while with an asymmetry coefficient of 7 and a cathodic asymmetric current density of 7 A / dm 2, the phosphorus content was 8.5%, carbon 0.85% at the concentration of nanocarbon particles in the electrolyte is 0.4 g / l (and 1.29% at 1.6 g / l); similarly, at a current density of 15 A / dm 2, respectively, phosphorus 15%, carbon from 1.56% (up to 2.12%). According to the raster microanalysis data, all the obtained precipitates of nickel-phosphorus nanocarbon tubes are nickel with inclusions of phosphorus and carbon. When multilayer carbon nanoparticles are added to the nickel-phosphorus coating, the surface morphology noticeably changes. If on the surface of the Ni-P coating there are accumulations of large spherulites of regular shape with a size of 220-280 angstroms, then the inclusion of particles of multilayer carbon nanotubes leads to grinding of the spherulites. An analysis of the diffraction patterns of the carbon-modified coatings showed that the preferred crystallographic orientation of the deposit is nickel (111), since the relative texture coefficient was 80%. Crystallites consist of smaller particles 35-42 nanometers in size, which causes increased microhardness. Annealing of samples with nickel-phosphorus-carbon coatings in vacuum at 400 ° C for 1 hour leads to an increase in microhardness due to a decrease in the size of spherulites to 20-25 nanometers to 9.5-10 GPa, which is comparable to the hardness of wear-resistant chromium coatings.

Источники информацииSources of information

1. AС CCCP 1803480 (1993).1. AC CCCP 1803480 (1993).

2. АС СССР 1807093 (1993).2. USSR AS 1807093 (1993).

3. Пат. РФ 2617440 (2015).3. Pat. RF 2617440 (2015).

Claims (1)

Способ электроосаждения покрытий никель-фосфор-многослойные углеродные нанотрубки, включающий осаждение покрытия из электролита на переменном токе, отличающийся тем, что покрытие осаждают на ассиметричном переменном токе с плотностью тока катодного импульса 7-15 А/дм2 с коэффициентом асимметрии 6-8 из электролита, содержащего, г/л: никель хлористый шестиводный 20-30, гипофосфит натрия одноводный 15-20, аминоуксусная кислота 12-17, ацетат натрия 8-12, сульфаниловая кислота 2-3, частицы многослойных углеродных нанотрубок 0,4-1,6 при рН=5,5, температуре 25-35°С.A method of electrodeposition of nickel-phosphorus-multilayer carbon nanotube coatings, including the deposition of a coating from an electrolyte on an alternating current, characterized in that the coating is deposited on an asymmetric alternating current with a cathodic pulse current density of 7-15 A / dm 2 with an asymmetry coefficient of 6-8 from the electrolyte containing, g / l: nickel chloride hexahydrate 20-30, sodium hypophosphite monohydrate 15-20, aminoacetic acid 12-17, sodium acetate 8-12, sulfanilic acid 2-3, particles of multilayer carbon nanotubes 0.4-1.6 at pH = 5.5, temperature 25-35 ° C.
RU2021105261A 2021-03-01 2021-03-01 Method for deposition of composite coating RU2761573C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105261A RU2761573C1 (en) 2021-03-01 2021-03-01 Method for deposition of composite coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105261A RU2761573C1 (en) 2021-03-01 2021-03-01 Method for deposition of composite coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761573C1 true RU2761573C1 (en) 2021-12-10

Family

ID=79174379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021105261A RU2761573C1 (en) 2021-03-01 2021-03-01 Method for deposition of composite coating

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761573C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2437967C1 (en) * 2010-07-01 2011-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Procedure for sedimentation of composite coating nickel-vanadium-phosphorus-boron nitride
CN103266340B (en) * 2013-05-07 2016-01-20 常州市洋士纺织机械科技有限公司 Ni-P-nano-diamond powder compound wear resistant coatings plating solution and application thereof
RU2617470C1 (en) * 2015-12-28 2017-04-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университе имени Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева) Method for nickel-phosphorus coating electrodeposition
CN108251870A (en) * 2018-01-16 2018-07-06 中国科学院金属研究所 A kind of Ni-P crystalline alloys coating and its application in diamond enhances During Welding Alumimium Matrix Composites

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2437967C1 (en) * 2010-07-01 2011-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Procedure for sedimentation of composite coating nickel-vanadium-phosphorus-boron nitride
CN103266340B (en) * 2013-05-07 2016-01-20 常州市洋士纺织机械科技有限公司 Ni-P-nano-diamond powder compound wear resistant coatings plating solution and application thereof
RU2617470C1 (en) * 2015-12-28 2017-04-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университе имени Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева) Method for nickel-phosphorus coating electrodeposition
CN108251870A (en) * 2018-01-16 2018-07-06 中国科学院金属研究所 A kind of Ni-P crystalline alloys coating and its application in diamond enhances During Welding Alumimium Matrix Composites

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Beltowska-Lehman et al. Optimisation of the electrodeposition process of Ni-W/ZrO2 nanocomposites
Tsyntsaru et al. Tribological and corrosive characteristics of electrochemical coatings based on cobalt and iron superalloys
Su et al. A comparative study of electrodeposition techniques on the microstructure and property of nanocrystalline cobalt deposit
Su et al. Characterizations of nanocrystalline Co and Co/MWCNT coatings produced by different electrodeposition techniques
Lv et al. Electrodeposition of nanocrystalline nickel assisted by flexible friction from an additive-free Watts bath
Su et al. Establishing relationships between electrodeposition techniques, microstructure and properties of nanocrystalline Co–W alloy coatings
Lajevardi et al. Characterization of the microstructure and texture of functionally graded nickel-Al2O3 nano composite coating produced by pulse deposition
Xiong et al. The effects of Cr2O3 particles on the microstructure and wear-resistant properties of electrodeposited CoNiP coatings
Huang et al. Characterization of Cr–Ni multilayers electroplated from a chromium (III)–nickel (II) bath using pulse current
Xing et al. Investigation on microstructure and tribological performances of electrodeposited Ni-W-Y2O3 composite coatings
CN104862764A (en) Strengthened and toughened nickel-nanometer diamond composite electrodeposition plating solution, and manufacturing method of plating layer
RU2761573C1 (en) Method for deposition of composite coating
Antihovich et al. Electrodeposition of nickel and composite nickel-fullerenol coatings from low-temperature sulphate-chloride-isobutyrate electrolyte
Aruna et al. Comparative study on the effect of current density on Ni and Ni–Al2O3 nanocomposite coatings produced by electrolytic deposition
Sivasakthi et al. Pulse electrodeposited nickel using sulphamate electrolyte for hardness and corrosion resistance
Bostani et al. Fabrication and properties evaluation of functionally graded Ni-NCZ composite coating
JP2002146588A (en) Metal plating method
US4388379A (en) Electrodeposition of low stress, hard iron alloy and article so produced
CN109252147A (en) Prepare method, chemical plating fluid and the plating liquid and preparation method thereof of copper-graphite alkene composite deposite
Liu et al. Influence of current density on nano-Al2O3/Ni+ Co bionic gradient composite coatings by electrodeposition
Hu et al. Effect of current density and cobalt concentration on the characteristics of NiCo coatings prepared by electrodesposition with a supergravity field
Martínez-Hernández et al. Electrodeposition of Ni-P/SiC composite films with high hardness
Ledwig et al. Microstructure and corrosion resistance of composite nc-TiO2/Ni coating on 316L steel
Rudnik et al. Codeposition of SiC particles with cobalt matrix
JPH06316789A (en) Composite chromium plating and plating method