Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОЛИТ НИКЕЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электрохимическому нанесению никеля и его сплавов на стальные детали, например, узлы трения-скольжения с получением композиционно кластерных гальванических покрытий (ККГП), и может найти применение в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известен электролит никелирования, имеющий следующий химический состав, г/л:

который может содержать микрочастицы порошков нитрида бора, карбида кремния, оксида титана, оксида алюминия дисперсностью 0,4-5 мкм.

Недостатком электролита никелирования является то, что полученные покрытия обладают низкими антифрикционными свойствами.

Известен электролит никелирования для получения композиционных электрохимических покрытий, содержащий, г/л:

Недостатком известного электролита является низкая износостойкость получаемого покрытия.

Известен также электролит для осаждения композиционного покрытия никель - фторопласт, который содержит, г/л:

Недостатком известного электролита является неудовлетворительная износостойкость получаемых композиционных покрытий, т.е. они могут работать только при низких нагрузках.

Известен электролит никелирования для осаждения композиционных покрытий следующего состава, г/л:

Недостатком известного электролита для получения покрытия является низкая износостойкость и отсутствие промышленного выпуска бисульфата графита.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является электролит никелирования, содержащий, г/л:

Наночастицы имеют дисперсность 50-200 нм и удельную поверхность 20-390 м²/г.

Недостатком прототипа является то, что покрытия, сформированные в этом электролите, не обладают достаточными антифрикционными свойствами и не обеспечивают высокой износостойкости.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка электролита никелирования, обеспечивающего получение композиционно-кластерных гальванических покрытий (ККГП) на основе никеля, имеющих повышенные значения микротвердости, износостойкости и улучшенные антифрикционные свойства.

Для решения поставленной задачи предложен электролит никелирования, содержащий никель сульфаминовокислый, никель хлористый, кобальт сульфаминовокислый, борную кислоту, поверхностно-активное вещество, наночастицы оксида металла и воду, который в качестве наночастиц оксида металла содержит оксид алюминия и/или оксид циркония, а в качестве поверхностно-активного вещества -натрий лаурилсульфат и дополнительно содержит микрочастицы оксида алюминия ά и γ фазы и дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, г/л:

микрочастицы:

Микрочастицы оксида алюминия и дисульфида молибдена имеют дисперсность 0,5÷20 мкм.

В качестве блескообразующей добавки электролит дополнительно содержит сахарин.

Установлено, что введение в электролит микрочастиц Al₂O₃ ά и γ фазы, а также MoS₂ способствует формированию композиционной структуры с улучшенными физико-механическими свойствами (износостойкость, микротвердость, антифрикционные свойства). При использовании микрочастиц Al₂O₃ β-фазы композиционное покрытие не формируется, в связи с неустойчивым фазовым состоянием данной модификации в сульфаминовокислом электролите.

Одновременное введение в электролит наночастиц оксида алюминия и/или оксида циркония и микрочастиц в виде композиции из оксида алюминия ά и γ фазы и дисульфида молибдена, обеспечивает получение поликомпозиционного самосмазывающегося покрытия, сочетающего низкий коэффициент трения - скольжения и высокую износостойкость. Частицы дисульфида молибдена вводят в композиционное покрытие для того, чтобы снизить эффект непосредственного трибологического контакта. Вследствие ориентации частиц дисульфида молибдена кристаллической плоскостью базиса параллельно направлению трения и, следовательно, действию сдвиговых деформаций, обеспечивается локализация этих деформаций в смазочном слое, что обеспечивает снижение энергетических потерь в процессе трения, поскольку сопротивление сдвигу в этих слоях существенно ниже, чем в материале подложки.

Установлено, что лаурилсульфат натрия, как поверхностно-активное вещество, поддерживает седиментационную устойчивость нано- и микрочастиц и увеличивает рассеивающую способность электролита. Электролит содержит сахарин в качестве блескообразователя.

Примеры осуществления

Пример 1

Электролит никелирования готовили путем смешивания приготовленного раствора сульфаминовокислого никеля с остальными компонентами. Оксид алюминия άи γ фазы и дисульфид молибдена вводили в электролит в виде суспензии и осаждали композиционное покрытие с применением активного барботажа электролита воздухом при вертикальном расположении анода и катода.

В качестве наночастиц оксида металла использовали оксид алюминия и/или оксид циркония.

Осаждение никелевого покрытия проводили при следующих соотношениях компонентов, г/л: никель сульфаминовокислый - 325, никель хлористый - 4, кобальт сульфаминовокислый - 12, борная кислота - 25, натрий лаурилсульфат - 0,01, сахарин - 0,5, наночастицы ZrO₂ - 2, микрочастицы Al₂O₃ ά и γ фазы - 10, микрочастицы MoS₂ - 4.

Режим осаждения: температура 42°C, рН=4,0, плотность тока 5 А/дм².

Примеры 2, 3, 4 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 представлены составы электролитов, где примеры 1-4 - предлагаемый состав, пример 5 - прототип.

В таблице 2 представлены физико-механические свойства (микротвердость, износостойкость) композиционно-кластерных никелевых покрытий, получаемых из предлагаемого электролита и прототипа.

Полученные покрытия по внешнему виду соответствуют требованиям ГОСТ 9.301-86.

Контроль содержания микрочастиц в композиционном покрытии проводили микроскопическим способом с применением металографического метода.

Контроль прочности сцепления проводили методом нагрева по ГОСТ 3802-88. Контроль микротвердости проводили с помощью микротвердомера ПМТ-3М при нагрузке 50 г.

Контроль износостойкости и антифрикционных характеристик покрытий проводили на образцах типа Н03-264 на машине торцевого трения И-47 по СТП 1.595-14-285-9.

Как видно из таблицы 2, покрытие, получаемое из предлагаемого электролита, по сравнению с прототипом обладает повышенной на 15-20% микротвердостью, пониженным на 15-25% коэффициентом трения по стали, увеличенной более чем в 2 раза износостойкостью.

Применение предлагаемого электролита увеличит ресурс работы узлов машин и механизмов.