Результат интеллектуальной деятельности: Способ нанесения никелевых покрытий на алюминиевые сплавы

Изобретение относится к электрохимическому способу нанесения покрытий на изделия, изготовленные из алюминиевых сплавов и использующихся для внешней отделки изделий и деталей машин аэробусов, автомобилей импортного и отечественного производства (колесные диски и элементы декоративной отделки кузова), в приемных устройствах морской и авиационной техники. Многослойные защитно-декоративные покрытия, использующиеся для этих целей, представляют собой последовательно нанесенные медь, никель и хром. Для использования деталей под пайку наносят никель-олово-висмут или медь-никель-олово.

Но процесс нанесения покрытий на алюминиевую основу связан с рядом проблем, в числе которых является низкая адгезии их с основой. Используемые в современном производстве технологические схемы нанесения защитно-декоративных покрытий включали в себя после цинкатной обработки обязательную стадию меднения [1], которое в основном применялось для улучшения адгезионной способности последующих слоев. Осаждение медного подслоя рекомендуется осуществлять из пирофосфатного электролита, который обладает существенными недостатками (низкие рабочие плотности тока, точное соблюдение концентраций компонентов электролита, а также сложность приготовления самого электролита). После нанесения медного или никелевого подслоя обязательна длительная термообработка, которая улучшает сцепление покрытия с алюминиевой основой. При этом выявляется значительный процент бракованных изделий. Из-за наличия образовавшихся окисных слоев на подготовленной поверхности необходимо вводить дополнительные операции активирования и промывок, что в значительной мере усложняет весь технологический процесс и приводит к увеличению материальных затрат на химикаты и оборудование. Поэтому этот метод нанесения защитно-декоративных покрытий нетехнологичен из-за невозможности осуществления непрерывного процесса покрытия деталей без перемонтажа.

Решить проблему низкой адгезии покрытия с основой можно с помощью предварительной анодной обработки поверхности изделий в смеси серной и ортофосфорной кислот с добавкой бифторида аммония [2]. Показано, что на анодную пленку, сформированную в такой смеси, можно наносить из кислых электролитов беспористое медное гальваническое покрытие мелкокристаллической структуры с высокой степенью адгезии, причем на любые марки алюминиевых сплавов.

В значительной мере упростить всю технологическую схему можно за счет введения предварительного процесса анодирования с последующим нанесением сразу никелевого покрытия. Однако при использовании такого способа предварительной подготовки поверхности металла предъявляются определенные требования к составу электролита никелирования. Для обеспечения целостности оксидной пленки электролит никелирования должен соответствовать определенным требованиям: среда электролита никелирования должна быть кислой или слабо кислой, а также не содержать хлор-ионов, в отсутствии которых необходимо обеспечить нормальную работоспособность никелевых анодов.

В работе [3] предложен электролит, удовлетворяющий этим требованиям и позволяющий наносить никелевые покрытия с высокой степенью адгезии на анодированный алюминий и различные марки его сплавов. Однако при нанесении последующей декоративной отделки блестящее покрытие получить не удалось.

Поставлена задача - разработка состава электролита никелирования, позволяющая наносить никелевое покрытие на анодированные алюминиевые сплавы.

Технический результат - усовершенствование технологической схемы нанесения многослойных защитно-декоративных покрытий на алюминиевые сплавы, получение качественного никелевого покрытия мелкокристаллической структуры с высокой степенью адгезии с основой, которое можно применять и как подслой для многослойных покрытий, и как самостоятельное покрытие.

Этот технический результат достигается тем, что в способе нанесения никелевого гальванического покрытия на детали из алюминиевых сплавов, включающем анодирование в водном растворе, содержащем серную и ортофосфорную кислоты с добавкой бифторида аммония при анодной плотности тока 3 А/дм², перед нанесением никелевого гальванопокрытия проводят химическую обработку полученной оксидной пленки в течение 2 минут в растворе [4], имеющем следующий состав, г/л:

Никель хлористый 6-водный 40

Ортофосфорная кислота 500

Вода остальное

Последующее никелирование проводят в растворе следующего состава, г/л:

Никель сернокислый 7-водный 90-100

Винная кислота 8-10

Поливиниловый спирт 0,005-0,006

Вода остальное

при катодной плотности тока 4-5 А/дм², температура электролита 50±2⁰С, рН 2-2.5.

Способ осуществляют следующим образом. Покрытию подвергают детали, изготовленные из алюминиевых сплавов марок В95ПЧУМ, АМцН2, АД1М, Д16АТ, АМг6БМ. Перед анодированием детали обезжиривали в растворе NaOH концентрацией 20-40 г/л с добавкой “Экомет А-180” в количестве 3-5 г/л в течение 2 минут при температуре 40-50°С. После промывки образцы осветляли в смеси азотной и плавиковой кислот, взятых в соотношении 3:1 с целью удаления травильного шлама с поверхности пластины. Затем проводили анодирование в водном растворе серной и ортофосфорной кислот с добавкой бифторида аммония NH₄F∙HF при комнатной температуре, не превышающей 20-25°С. Время анодирования составляло 5 минут при анодной плотности тока 3 А/дм². После проведенного анодирования на деталь наносят никелевое покрытие из предложенного электролита без предварительной химической обработки. Толщина покрытия составляла 10-13 мкм. Было выявлено, что поверхность детали получалась непрокрытой вследствие экранирующего выделения водорода на катоде. Катодный выход по току составлял всего 60-65%. Для улучшения качества покрытий и повышения катодного выхода по току рекомендуется создать в пленке активные никелевые центры. С этой целью перед процессом никелирования следует проводить химическую обработку оксидной пленки при комнатной температуре в течение 2 минут в растворе следующего состава, г/л:

Никель хлористый 6-водный 40

Ортофосфорная кислота 500

Вода остальное

Затем промывали и никелировали. Время никелирования определялось требуемой толщиной никелевого покрытия. Состав (в г/л) и режимы работы электролита следующие:

Никель сернокислый 7-водный 90-100

Винная кислота 8-10

Поливиниловый спирт 0,005-0,006

Вода остальное

при катодной плотности тока 4-5 А/дм² температура электролита 50±2°С, рН 2-2.5

При этом покрытие получилось светлым, гладким и мелкокристаллическим. Непрокрытий не наблюдалось. Покрытие обладало высокой степенью адгезии с алюминиевой основой. Это было подтверждено рядом методов: методом рисок, нагревом при температуре 200-210°С в течение 1 часа в печи и методом изменения температуры (стандартные приемы), а также ручной полировкой бязевыми кругами с пастой ГОИ №1. Отслоение покрытий при этом не наблюдалось. Катодный выход по току повысился до 80-87%. Анодный выход по току составил 100% при анодной плотности тока 0,5А/дм². Дальнейшее нанесение слоев никель блестящий-хром блестящий позволили получить на деталях качественное декоративное покрытие.

Таким образом, предлагаемый способ нанесения никелевого покрытия на алюминиевые сплавы с высокой степенью адгезии покрытия позволят в значительной мере модернизировать используемые технологии нанесения многослойных защитно-декоративных и функциональных покрытий (олово-висмут), а также использовать полученное по предлагаемому способу никелевое покрытие как самостоятельное. Надо отметить, что предлагаемый способ позволяет наносить качественное никелевое покрытие на поверхность как деформируемых, так и литейных алюминиевых сплавов.

Источники информации

1. Грилихес С.Я., Евсеева Т.А., Соловьева Л.В. Защитно-декоративные покрытия алюминия. Л.: ЛДНТП, 1980. с.24.

2. Патент РФ № 2529328, С25Д11/08, опубл. 27.09.2014.

3. Девяткина Т.И., Лучнева С.И., Рогожин В.В. и др. Модификация электролита никелирования для осаждения покрытий на алюминий и его сплавы/ЖПХ. 2016. т.89. №8. с.995-1001.

4. Попилов Л.Я. Советы заводскому технологу. Справочное пособие. Л.: Лениздат, 1975. с.266.