Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И НАНОРАЗМЕРНОГО ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ

Изобретение относится к гальванотехнике, конкретно - к способам нанесения покрытий металлами и сплавами с повышенными значениями микротвердости, износостойкости и коррозионной стойкости, в частности в хлоридных средах, и может быть использовано для нанесения на детали, работающие под нагрузкой в агрессивных средах, что позволит повысить надежность работы изделий.

Известны процессы получения композиционных покрытий на основе никеля с включением в никелевое покрытие различных частиц неметаллов (алмаз, оксид кремния, диоксид титана, карбид кремния и др.) [1].

В качестве второй фазы для получения композиционного покрытия на основе никеля был выбран диоксид циркония, при добавлении которого в электролит никелирования происходит повышение микротвердости и коррозионной стойкости [2, 3].

Наиболее близким по технической сущности является способ получения композиционных покрытий на основе никелевой матрицы из электролита следующего состава, г/л: NiSO₄·7H₂O - 260, NiCl₂·6H₂O - 30, H₃BO₃ - 30; ПАВ; рН 3,0; температуре электролита 40 °С и плотности тока осаждения 3÷3,3 А/дм², и включенных в неё частиц диоксида циркония (средний размер частиц 10-30 нм) концентрацией 10 г/л, с содержанием второй фазы в покрытии в количестве 2,9÷4,1 об.% [4]. Эти КЭП обладают улучшенными механическими свойствами: повышенными значениями микротвёрдости и износостойкости.

Существенным недостатком этого способа является неустойчивость суспензии электролит никелирования-частицы дисперсной фазы, приводящая к неравномерному распределению концентрации частиц в композиционном покрытии, нестабильности процесса включения, связанной с изменением гидродинамических условий у поверхности покрываемых изделий, к образованию питтинга.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, то есть такой процесс получения покрытия никель-диоксид циркония, который обеспечивает устранение питтинга, получение покрытий с высокими значениями микротвердости, и обеспечивающими высокую износостойкость, высокую коррозионную стойкость с одинаковыми характеристиками по всей покрываемой поверхностью изделий благодаря равномерному распределению включающихся частиц диоксида циркония по всей поверхности и толщине покрытия.

Поставленная задача решается способом электроосаждения композиционных покрытий на основе никеля и наноразмерного диоксида циркония из электролита, содержащих соли никеля, включая хлорид никеля и частицы диоксида циркония, отличающимся тем, что с целью повышения микротвердости покрытия и его коррозионной стойкости в качестве солей никеля используют тетрагидрат ацетата никеля в количестве 60÷90 г/л, гексагидрат хлорида никеля в количестве 7÷15 г/л при рН 4,3÷4,7 с добавкой золя диоксида циркония, содержащего хлороводородную кислоту 1,5 моль/л и частицы диоксида циркония с размерами 2÷6 нм и концентрацией 15÷18 г/л, в количестве 6-56 мл/л, причем процесс электроосаждения проводят при температуре электролита 45÷55 °С и плотности тока 2÷12 А/дм².

Введение в электролит никелирования золя диоксида циркония в концентрации 6-56 мл/л (в пересчете на чистый диоксид циркония 0,1÷1,0 г/л), агрегативно устойчивого в данном электролите, со средними размерами частиц в электролите 60-90 нм обеспечивает равномерное распределение частиц по объему электролита и одинаковую концентрацию у разных участков поверхности покрываемых изделий независимо от гидродинамических условий, причем золь-электролит готовят путем соединения электролита никелирования с золем-концентратом, содержащим хлороводородную кислоту в концентрации 1,5 моль/л и частицы диоксида циркония в концентрации 15÷18 г/л и средним диаметром 2÷6 нм.

Приготовленный по вышеуказанной методике электролит-золь обладает высокой во времени агрегативной и седиментационной устойчивостью, которые и обеспечивают вышеперечисленные его преимущества.

Примеры осуществления способа

Пример 1.

Покрытие, полученное из электролита следующего состава, г/л: Ni(CH₃COO)₂×4H₂O - 60, NiCl₂×6H₂O - 7, pH - 4,3, с добавкой 6 мл/л золя диоксида циркония, содержащего хлороводородную кислоту 1,3 моль/л и частицы диоксида циркония с размером 2÷6 нм и концентрацией 16 г/л, при плотности тока 2 А/дм², температуре электролита 45 °С, характеризуются микротвердостью 3,92 ГПа, скоростью коррозии в 1 М HCl 51 г/(м²·сут) и отсутствием питтинга.

Пример 2.

Покрытие, полученное из электролита следующего состава, г/л: Ni(CH₃COO)₂×4H₂O - 75, NiCl₂×6H₂O - 10, pH - 4,5, с добавкой 29 мл/л золя диоксида циркония, содержащего хлороводородную кислоту 1,5 моль/л и частицы диоксида циркония с размером 2÷6 нм и концентрацией 17 г/л, при плотности тока 5 А/дм², температуре электролита 50 °С, характеризуются микротвердостью 4,29 ГПа, скоростью коррозии в 1 М HCl 2,6 г/(м²·сут) и отсутствием питтинга.

Пример 3.

Покрытие, полученное из электролита следующего состава, г/л: Ni(CH₃COO)₂×4H₂O - 90, NiCl₂×6H₂O - 15, pH - 4,7, с добавкой 56 мл/л золя диоксида циркония, содержащего хлороводородную кислоту 1,7 моль/л и частицы диоксида циркония с размером 2÷6 нм и концентрацией 18 г/л, при плотности тока 12 А/дм², температуре электролита 55 °С, характеризуются микротвердостью 3,91 ГПа, скоростью коррозии в 1 М HCl 2,9 г/(м²·сут) и отсутствием питтинга.

Приведенные примеры продемонстрировали решение поставленной задачи и продемонстрировали устойчивость золя из наночастиц диоксида циркония в электролите никелирования.

Литература

1. Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия. - 1977. - 272 с.

2. L. Benea: Electrodeposition and tribocorrosion behavior Ni-ZrO₂ // Journal Applied Electrochemistry. -2009. -Vol. 39, Р. 1671-1681.

3. F. Hou, W. Wang, H. Guo: Effect of dispersibility of ZrO₂ nanoparticles in Ni-ZrO₂ electroplated nanocomposite coatings on the mechanical properties of nanocomposite coatings // Applied Surface Science. -2006. -Vol. 252, P. 3812-3817.

4. W. Wang, F-Y. Hou, H. Wang, H-T. Guo: Fabrication and characterization of Ni-ZrO₂ composite nano-coatings by pulse electrodeposition // Scripta Materialia. 2005. Vol. 53. pp. 613-618.