SU1664877A1 - Method of producing composite nickel-boron coatings - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к гальваностегии, в частности к получению покрытий никель-бор, и может быть использовано дл  нанесени  на издели  композиционных электрохимических покрытий, примен емых дл  работы в услови х воздействи  агрессивных сред, износа и механических нагрузок. Цель - повышение твердости и коррозионной стойкости покрытий. Способ включает электрохимическое осаждение покрытий из электролита никелировани , содержащего дисперсные частицы аморфного бора и последующую термообработку в вакууме при температуре образовани  боридов никел , которую провод т в присутствии порошкообразной смеси, содержащей, мас.%: углеродистый молибден 25 - 30The invention relates to electroplating, in particular to the production of nickel-boron coatings, and can be used to apply composite electrochemical coatings on products used to work under conditions of corrosive media, wear and mechanical loads. The goal is to increase the hardness and corrosion resistance of coatings. The method includes electrochemical deposition of coatings from a nickel plating electrolyte containing dispersed particles of amorphous boron and subsequent heat treatment in vacuum at a nickel boride formation temperature, which is carried out in the presence of a powder mixture containing, by weight%: carbon molybdenum 25 - 30

гексофторсиликат никел  3 - 5Nickel hexofluorosilicate 3 - 5

технический углерод 0,1 - 0,3technical carbon 0,1 - 0,3

силицид никел  - остальное. В процессе термообработки и насыщени  рабочего объема парами никел  и молибдена происходит микролегирование поверхностного сло  элементами тугоплавких металлов, что способствует повышению стойкости покрытий и растрескиванию под напр жением в коррозионных средах. 1 табл.nickel silicide - the rest. In the process of heat treatment and saturation of the working volume with nickel and molybdenum vapors, micro-doping of the surface layer with elements of refractory metals occurs, which contributes to an increase in the durability of coatings and cracking under stress in corrosive environments. 1 tab.

Description

Изобретение относитс  к гальваностегии и может быть использовано дл  получени  композиционных электрохимических никель-бор покрытий, примен емых дл  работы в услови х воздействий агрессивных сред, износа и механических нагрузок.The invention relates to electroplating and can be used to obtain composite electrochemical nickel-boron coatings used for working under the conditions of exposure to corrosive media, wear and mechanical loads.

Цель - повышение твердости и коррозионной стойкости покрытий.The goal is to increase the hardness and corrosion resistance of coatings.

Способ включает электроосаждение покрытий никель-бора и термообработку в вакууме при температуре образовани  бо- ридов никел .The method includes the electrodeposition of nickel-boron coatings and heat treatment in vacuum at the temperature of formation of nickel borides.

При этом в рабочий объем печи помещают порошкообразную смесь следующего состава , мас.%:At the same time in the working volume of the furnace is placed a powder mixture of the following composition, wt.%:

Углеродистый молибден25-30Carbon molybdenum25-30

Гексафторсиликат никел 3-5Nickel hexafluorosilicate 3-5

Технический углерод1-5Carbon black1-5

Борный ангидрид0,1-0,3Boric anhydride 0.1-0.3

Силицид никел ОстальноеSilicide nickel Else

Давление насыщенных паров никел  и молибдена, образующихс  в вакууме при температуре отжига, преп тствует испарению бора с поверхности покрытий, что приводит к получению в покрыти х сплава высокой микротвердости (18900 МПа), В присутствии гексафторси иката никел  в качестве активатора происходит микролегирование поверхностного сло  покрытий молибденом, что повышает стойкость к расОThe vapor pressure of nickel and molybdenum formed in vacuum at annealing temperature prevents boron from evaporating from the surface of the coatings, which results in high microhardness (18900 MPa) alloy in coatings. molybdenum, which increases resistance to rasO

кto

00 VI VI00 VI VI

трескиванию под напр жением в коррозионной среде. По данным ретгеноаруктур- ного анализа, концентраци  молибдена от поверхности покрытий до глубины 5 -10 мкм измен етс  от 1 до 0,5 мае.%. При превышении концентрации гексафторсиликата никел  выше 5 мас.% возрастает пористость покрытий из-за избытка фторидов. При понижении концентрации гексафторсиликата никел  в смеси ниже 3 мас.% из-за недостаточной активации поверхности повышаетс  скорость коррозии и возникает склонность к растрескиванию. При понижении концентрации углеродистого молибдена ниже 25 мас.% стойкость покрытий к растрескиванию снижаетс . Превышение концентрации углеродистого молибдена в смеси выше 30 мас.% не улучшает свойства покрытий , привод  к повышению стоимости смеси . Технический углерод в концентрации до 5 мас.% присутствует в смеси дл  предотвращени  ее спекани . При превышении указанной концентрации происходит науглероживание покрытий, повышающее их хрупкость. Борный ангидрид в количестве до 0,3 мас.% повышает плотность внешнего сло  покрытий, снижа  количество пор. При превышении указанной предельной концентрации борного ангидрида происходит окисление смеси.stress cracking in a corrosive environment. According to the X-ray analysis, the concentration of molybdenum from the surface of the coatings to a depth of 5 -10 µm varies from 1 to 0.5 mass%. When exceeding the concentration of nickel hexafluorosilicate above 5 wt.%, The porosity of the coatings increases due to an excess of fluorides. With a decrease in the concentration of nickel hexafluorosilicate in the mixture below 3 wt.%, Due to insufficient activation of the surface, the corrosion rate increases and a tendency to cracking occurs. When the concentration of carbon molybdenum is lower than 25 wt.%, The resistance of coatings to cracking decreases. The excess concentration of carbon molybdenum in the mixture above 30 wt.% Does not improve the properties of coatings, leading to an increase in the cost of the mixture. Carbon black in a concentration of up to 5 wt.% Is present in the mixture to prevent sintering. When exceeding the specified concentration, carburization of coatings occurs, increasing their brittleness. Boric anhydride in an amount of up to 0.3 wt.% Increases the density of the outer layer of coatings, reducing the number of pores. When exceeding the specified maximum concentration of boric anhydride, the mixture is oxidized.

После термообработки покрыти  структурно состо т из боридов никел  Ni2B, NiaB в поверхностном слое, переход щих в твердый раствор бора в никеле, под которым образуетс  при отжиге диффузионна  зона из боридов железа FeB. Причем, когда количество компонентов порошкообразной смеси находитс  в предлагаемых пределах, зона боридов никел  в покрыти х расшир етс , а зона твердого раствора становитс  уже, за счет чего достигаетс  высока  микротвердость 18900 МПа покрытий, низка  скорость коррозии 0,36 г/м2 и отсутствие растрескивани  под напр жением.After heat treatment, the coatings are structurally composed of nickel borides Ni2B, NiaB in the surface layer, transforming into a solid solution of boron in nickel, under which the diffusion zone of iron borides FeB forms during annealing. Moreover, when the number of components of the powder mixture is within the proposed limits, the nickel boride zone in coatings expands, and the solid solution zone becomes narrower, thereby achieving a high microhardness of 18,900 MPa of coatings, a low corrosion rate of 0.36 g / m2 and no cracking. under stress.

Пример. Электрохимически на поверхности стальных образцов нанос т покрытие никель-бор.Example. Electrochemically, nickel-boron coating is applied to the surface of steel samples.

Покрыти  осаждают в ванне объемом 0,02 м3 из электролита, содержащего, г/л: Сернокислый никель230-320The coatings are precipitated in a 0.02 m3 bath of electrolyte containing, g / l: Nickel sulphate 230-320

Верна  кислота25-40True Acid25-40

Двухлористый никель40-60Nickel dichloride40-60

Аморфный бор12-30Amorphous bor12-30

Осаждение ведут при 323-328 К, при плотности тока 5,0-7,5 А/дм2. Электролит в ванне перемешивают в продолжение всего процесса осаждени . Величину рН электролита корректируют в пределах 2,5-3,0 серной кислотой. Полученные осадки помещают в вакуумную печь и терморбрабатываютDeposition is carried out at 323-328 K, at a current density of 5.0-7.5 A / dm2. The electrolyte in the bath is stirred throughout the precipitation process. The pH value of the electrolyte is adjusted in the range of 2.5-3.0 with sulfuric acid. The precipitates obtained are placed in a vacuum oven and heat treated.

при 35-40 Па и 1273 К в течение 3,6 103 с. При этом в рабочий обьем печи помещают порошкообразную смесь, состо щую из углеродистого молибдена, гексафторсиликатаat 35-40 Pa and 1273 K for 3.6 103 s. At the same time, a powder mixture consisting of carbon molybdenum and hexafluorosilicate is placed into the working volume of the furnace.

никел , технического углерода (сажи), борного ангидрида и силицида никел  в определенных концентраци х. Охлаждение после термообработки осуществл ют вместе с печью под вакуумом.nickel, carbon black (carbon black), boric anhydride, and nickel silicide in certain concentrations. Cooling after heat treatment is carried out with the furnace under vacuum.

В таблице приведены свойства полученных покрытий в зависимости от концентраций компонентов смеси.The table shows the properties of the coatings obtained, depending on the concentrations of the mixture components.

Кроме стали ст. 20 способ используют дл  получени  композиционных покрытийIn addition to steel art. 20 method used to obtain composite coatings

на углеродистых и легированных стал х, к которым применимо диффузионное бориро- вание. Коррозионные испытани  образцов с покрыти ми провод т в средах морской воды и раствора уксусной кислоты и хлорида натри , насыщенных сероводородом поon carbon and doped steels, to which diffusion boronation is applicable. Corrosion tests of samples with coatings are carried out in sea water and a solution of acetic acid and sodium chloride saturated with hydrogen sulfide by

методикам, изложенным в стандартах NACEthe procedures outlined in the NACE standards

ТМ 01-77, NACE TM 02-84. МикротвердостьTM 01-77, NACE TM 02-84. Microhardness

определ ют по ГОСТ 9450-76 прибором determined according to GOST 9450-76 by instrument

ПМТ-5 при увеличении 487х с нагрузкой 0,5PMT-5 at 487x magnification with a load of 0.5

и 1,0 Н. Глубину сло  определ ют как глубину зоны повышенной микротвердости, отличающейс  от микротвердости феррита основы образца на 5%. Наличие микротрещин определ ют металлографически на нетравленных шлифах при увеличении 200х. При этом используют металлографический микроскоп. Скорость коррозии определ ют гравиметрическим методом после удалени  продуктов коррозии по ГОСТ 9.907-83.and 1.0 N. The depth of the layer is defined as the depth of the zone of increased microhardness, which differs from the microhardness of the base ferrite of the sample by 5%. The presence of microcracks is determined metallographically on non-etched sections with a magnification of 200x. At the same time using a metallographic microscope. The corrosion rate is determined by the gravimetric method after removal of corrosion products according to GOST 9.907-83.

Взвешивание провод т на электронных весах ВЛКЭ-500.Weighing is carried out on electronic scales VLKE-500.

Полученные результаты приведены а таблице.The results are shown in the table.

Как видно из приведенных данных, покрыти  обладают повышенной твердостью и коррозионной стойкостью и могут быть использованы дл  защиты деталей машин.As can be seen from the above data, the coatings have increased hardness and corrosion resistance and can be used to protect machine parts.

4545

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ получени  композиционных покрытий никель-бор, включающий электрохимическое осаждение покрыти  и тер- мообработку в вакууме при температуре образовани  боридов никел , отличающийс  тем, что, с целью повышени  твердости и коррозионной стойкости покрытий, термообработку провод т в присутствии по- рошкообразнойсмеси, содержащей, мас.%: Углеродистый молибден25-30The method of obtaining nickel-boron composite coatings, including electrochemical deposition of a coating and heat treatment in vacuum at a nickel boride formation temperature, characterized in that, in order to increase the hardness and corrosion resistance of coatings, heat treatment is carried out in the presence of a powder mixture containing .%: Carbon molybdenum25-30 Гексафторсиликат никел 3-5Nickel hexafluorosilicate 3-5 Технический углерод1-5Carbon black1-5 Борный ангидрид0,1-0,3Boric anhydride 0.1-0.3 Силицид никел ОстальноеSilicide nickel Else