×
10.03.2013
216.012.2e22

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных покрытий. Способ в основе включает введение в электролит дисперсной фазы в виде твердых субмикрочастиц, при этом введение осуществляют в виде шипучих растворимых таблеток состава: наноуглеродный материал марки «Таунит» от 1,6 до 8,3 мас.%, поверхностно-активное вещество - поливинилпирролидон от 8 до 16 мас.%, гидрокарбонат натрия от 30 до 50 мас.%, лимонная кислота от 10 до 50 мас.%. Способ обеспечивает получение гальванических покрытий с высокой микротвердостью, износостойкостью и низкой пористостью. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к способам приготовления электролитов для получения композиционных покрытий на основе металлов с включением твердых субмикрочастиц, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности для увеличения износостойкости и твердости покрытий.

Известен способ нанесения гальванических покрытий на изделия из стали, алюминия и других металлов [1], включающий последовательное осаждение слоя покрытия из электролита при прямой полярности тока, удаление части этого покрытия при обратной полярности тока и заключительное осаждение покрытия при прямой полярности тока, причем на электролит в течение всего процесса воздействуют ультразвуковыми колебаниями, а в покрываемом изделии дополнительно возбуждают ультразвуковые колебания резонансной частоты, при этом используют электролит, содержащий ультрадисперсную фазу.

Недостатком такого способа является необходимость использования ультразвуковой установки, что связано с дополнительными затратами, и необходимость подбора резонансной частоты для эффективного перемешивания электролита, что усложняет технологию нанесения гальванических покрытий.

Эти же недостатки присущи принятому за прототип способу приготовления электролита для получения композиционных покрытий на основе металлов [2], который включает введение в электролит дисперсной фазы в виде твердых субмикрочастиц и последующее диспергирование электролита до состояния высокодисперсного метастабильного коллоида воздействием ультразвуковых колебаний. В частном случае выполнения дисперсную фазу перед введением в электролит предварительно очищают от загрязнений в ультразвуковой ванне для получения композиционных покрытий на основе металлов.

Такой способ обеспечивает высокую седиментационную и агрегативную устойчивость и повышенные физико-механические характеристики покрытий за счет доведения степени дисперсности частиц дисперсной фазы до уровня первоначальных образований или кристаллитов. Недостатком такого способа является необходимость использования ультразвуковой установки и сложность подбора резонансной частоты для эффективного диспергирования дисперсной фазы, которая применительно к дисперсии кластерных алмазов трудоемка и энергоемка.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются:

- упрощение диспергирования наноуглеродного материала «Таунит» (УНМ) в электролите;

- повышение седиментативной и агрегативной устойчивости УНМ «Таунит» в электролите.

Технический результат заключается в упрощении технологии введения УНМ в электролит для получения гальванических покрытий с высокой микротвердостью, износостойкостью и низкой пористостью.

Указанный технический результат достигается тем, что согласно способу приготовления электролита для получения композиционных покрытий на основе металлов, включающему введение в электролит дисперсной фазы в виде твердых субмикрочастиц, введение в электролит дисперсной фазы осуществляют в виде шипучих растворимых таблеток состава: УНМ, зарегистрированный под торговой маркой «Таунит» от 1,6 до 8,3 мас.%, поверхностно-активное вещество (ПАВ) - поливинипирролидон - от 8 до 16 мас.%, гидрокарбонат натрия - от 30 до 50 мас.%, лимонная кислота - от 10 до 50 мас.%.

Таблетки в электролит вводят исходя из соотношения 1 г таблетки на 1 дм 3 раствора.

Достижение состояния высокодисперсного метастабильного коллоида осуществляют введением поливинилпирролидона.

Введение в электролит дисперсной фазы в виде шипучих растворимых таблеток состава: УНМ, зарегистрированный под торговой маркой «Таунит» - от 1,6 до 8,3 мас.%, поверхностно-активное вещество (ПАВ) - поливинилпирролидон - от 8 до 16 мас.%, гидрокарбонат натрия - от 30 до 50 мас.%, лимонная кислота - от 10 до 50 мас.%. обеспечивает достижение микротвердости покрытия, превосходящий описанное в прототипе металлалмазное покрытие, но при этом за счет введения УНМ в гораздо меньшем количестве, чем алмазного порошка, достигается снижение себестоимости покрытия. Увеличение микротвердости покрытия происходит за счет совершенствования структуры хромового покрытия в результате воздействия на него наноуглеродных трубок в процессе осаждения. Одновременно увеличивается скорость осаждения и исключается пористость покрытия.

Введение в состав шипучих растворимых таблеток УНМ, зарегистрированного под торговой маркой «Таунит», в количестве 1,6 до 8,3 мас.% от массы таблетки, обеспечивает получение электролита для гальванических покрытий с высокой микротвердостью, износостойкостью и низкой пористостью. При этом концентрация наноуглеродного материала влияет на свойства электролита. При содержании УНМ менее 1,6 мас.% от массы таблетки происходит снижение физико-механических свойств покрытия, а использование большего количества УНМ, чем 8,3 мас.% неэффективно, так как приводит к удорожанию электролита без заметного повышения качества покрытия.

Введение в состав электролита поверхностно-активного вещества (ПАВ) - поливинилпирролидона - в количестве от 8 до 16 мас.% обеспечивает повышение седиментативной и агрегативной устойчивости УНМ «Таунит» в электролите за счет образования высокодисперсного метастабильного коллоида.

Введение в электролит гидрокарбоната натрия в количестве от 30 до 50 мас.% и лимонной кислоты в количестве от 10 до 50 мас.% обеспечивает упрощение диспергирования УНМ «Таунит» в электролите за счет эффективного перемешивания раствора пузырьками диоксида углерода, выделяющегося при взаимодействии гидрокарбоната натрия с электролитом и лимонной кислотой при их растворении. В то же время, смесь гидрокарбоната натрия и лимонной кислоты в безводном состоянии хорошо таблетируется и таблетки могут храниться в течение длительного времени.

Выполнение таблеток, вводимых в электролит, исходя из соотношения 1 г таблетки на 1 дм 3 раствора, обеспечивает упрощение дозировки и повышение точности дозирования, что делает применение дисперсной добавки более доступной и исключает грубые ошибки при приготовлении электролита.

Получение высокодисперсного метастабильного коллоида введением поливинилпирролидона обеспечивает повышение седиментативной и агрегативной устойчивости УНМ «Таунит» в электролите, что обеспечивает повышение качества электролита за счет стабилизации его свойств.

Ниже приводится описание заявляемого способа.

Согласно изобретению приготовление электролита для получения композиционных покрытий на основе металлов включает введение в электролит, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту и воду, дисперсной фазы. Дисперсную фазу вводят в виде шипучих растворимых таблеток состава: наноуглеродный материал, зарегистрированный под торговой маркой «Таунит» - от 1,6 до 8,3 мас.%, поверхностно-активное вещество (ПАВ) - поливинилпирролидон - от 8 до 16 мас.%, гидрокарбонат натрия - от 30 до 50 мас.%, лимонная кислота - от 10 до 50 мас.% из расчета 1 г таблеток на 1 дм 3 электролита. Растворение таблеток осуществляют при температуре 50°С в течение 12 ч.

Для приготовления электролита компоненты берут в следующем соотношении, г/л:

Хромовый ангидрид - 150-300

Серная кислота - 1,5-3.

При этом соотношение по массе хромового ангидрида к серной кислоте должно быть 100:1.

УНМ «Таунит» представляет собой длинные полые волокна, состоящие из графеновых слоев фуллереноподобной конструкции. Количество графеновых слоев не более 30, наружный диаметр волокон от 16 до 60 нм и длина не менее 2 мкм. При этом количество структурированного углерода в материале «Таунит» не менее 95 мас.%. УНМ «Таунит», изготовитель ООО «НаноТехЦентр» г.Тамбов, применяют очищенным от никелевого катализатора, со следующими характеристиками:

Характеристика Значение
Наружный диаметр, нм 15-40
Внутренний диаметр, нм 3-8
Длина, µм 2 и более
Общий объем примесей (мас.%), аморфного углерода 0,3-0,5
Насыпная плотность, г/см 3 0,4-0,5

Подготовку поверхности деталей перед нанесением гальванического покрытия проводят стандартными способами с использованием известных растворов.

Для пояснения изобретения описаны примеры осуществления заявляемого способа.

Пример 1.

Электрохимическое осаждение покрытия на предварительно подготовленную поверхность основы из материала сталь Ст3 проводили в электролите, содержащем (в г/л):

Хромовый ангидрид - 250

Серная кислота - 2,5

Шипучие растворимые таблетки - 1

Состав таблеток:

УНМ «Таунит» - 6,25 мас.%,

ПАВ - Поливинилпирролидон - 8,3 мас.%,

Гидрокарбонат натрия - 41,7 мас.%,

Лимонная кислота 41,7 мас.%.

Процесс проводили при температуре 50°С. Функция изменения тока: 1,5 минуты, осуществляли работу при токе обратной полярности (когда деталь является анодом), при этом анодная плотность тока составляла 40 А/дм 2 , далее включали прямую полярность (когда деталь является катодом) и осуществляли толчок тока в течение одной минуты, катодная плотность тока при этом составляла 150 А/дм 2 , далее в течение одной минуты осуществляли плавный переход до катодной плотности тока 70 А/дм 2 , после чего осуществляли нанесение покрытия в течение 60 минут при катодной плотности тока 70 А/дм 2 . Получали покрытие средней толщиной 21 мкм.

Полученное покрытие беспористо и достаточно равномерно распределено по поверхности детали. Пористость покрытия исследовали в соответствии с ГОСТ 9.302-88. Микротвердость, измеренная на микротвердомере ПМТ-3, составляет 1200 кг/мм 2 (11,8 ГПа). Таким образом, полученное композиционное покрытие по показателю «микротвердость» превосходят обычные хромовые покрытия в 1,3-1,4 раза.

Пример 2.

Электрохимическое осаждение покрытия на предварительно подготовленную поверхность основы из материала сталь Ст3 проводили в электролите, содержащем (в г/л):

Хромовый ангидрид - 250

Серная кислота - 2,5

Шипучие растворимые таблетки - 1

Состав таблеток:

УНМ «Таунит» - 7,7 мас.%,

ПАВ - поливинилпирролидон - 15,4 мас.%,

гидрокарбонат натрия - 38,45 мас.%,

лимонная кислота - 38,45 мас.%.

Процесс проводили при температуре 50°С. Функция изменения тока: 1,5 минуты, осуществляли работу при токе обратной полярности (когда деталь является анодом), при этом анодная плотность тока составляла 40 А/дм 2 , далее включали прямую полярность (когда деталь является катодом) и осуществляли толчок тока в течение одной минуты, катодная плотность тока при этом составляла 150 А/дм 2 , далее в течение 1 мин осуществляли плавный переход до катодной плотности тока 70 А/дм 2 , после чего осуществляли нанесение покрытия в течение 60 минут при катодной плотности тока 70 А/дм 2 . Получали покрытие средней толщиной 22 мкм.

Полученное покрытие беспористо и достаточно равномерно распределено по поверхности детали. Пористость покрытия исследовали в соответствии с ГОСТ 9.302-88. Микротвердость, измеренная на микротвердомере ПМТ-3, составляет 1160 кг/мм 2 (18 ГПа). Таким образом, полученное композиционное покрытие по показателю «микротвердость» превосходят обычные хромовые покрытия в 1,3-1,4 раза.

Аналогично могут готовиться электролиты для композитных покрытий на основе меди, никеля и других металлов.

Способ обеспечивает получение гальванических покрытий с высокой микротвердостью, износостойкостью и низкой пористостью.

Литература

1. Патент РФ №2075557, МПК C25D 15/00, 5/20, опубл. 1997 г.

2. Патент РФ №2088689, МПК С23С 18/00, опубл. 1997 г.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 65.
20.01.2013
№216.012.1bae

Реактор для получения углеродных наноматериалов

Реактор для получения углеродных наноматериалов содержит корпус, систему терморегулирования, устройства для ввода и вывода газов, устройства для загрузки катализатора и выгрузки углеродного наноматериала, и акустический активатор. Устройство для загрузки катализатора выполнено в виде решетки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472580
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.02.2013
№216.012.22bf

Способ лечения привычного вывиха надколенника

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для хирургического лечения привычного вывиха надколенника. Проводят рассечение наружных связок надколенника. Отсекают собственную связку надколенника от места прикрепления с костным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474397
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.26c5

Способ получения объемного наноструктурированного материала

Изобретение относится к нанотехнологии. Сущность изобретения: в способе получения объемного наноструктурированного материала на подложке электроосаждением металла из электролита на подложку из электропроводного материала, индифферентного по отношению к осаждаемому металлу, на катоде образуют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475445
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.27da

Способ идентификации материала в насыпном виде и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для идентификации материалов в насыпном виде и экспресс-контроля микромеханических, реологических и микро-электромеханических характеристик продукции, их стабильности на разных стадиях производства продукта и отклонений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475722
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.29f5

Способ получения металлоксидных катализаторов для выращивания углеродных нанотрубок из газовой фазы

Изобретение относится к способам получения катализаторов для выращивания углеродных нанотрубок из газовой фазы. Описан способ получения металлоксидных катализаторов для выращивания углеродных нанотрубок из газовой фазы, включающий смешивание кристаллогидратов нитратов переходных и непереходных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476268
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.05.2013
№216.012.3fbf

Способ получения углеродных наноматериалов

Изобретение относится к технологии получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов. Предложенный способ получения углеродных нанотрубок, заключающийся в том, что в реактор, снабженный нагревателем, помещают мелкодисперсный катализатор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481889
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.4080

Наномодификатор строительных материалов и способ его получения

Наномодификатор строительных материалов и способ его получения могут быть использованы в строительной технологии. Наномодификатор строительных материалов, включающий смесь, содержащую углеродный наноматериал (УНМ), наполнитель и пластификатор, причем УНМ вводится в виде нанотрубок «Таунит», в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482082
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.4111

Способ корректировки наномодифицированного электролита

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электрохимической и химической обработке металлов с применением химических методов. Способ корректировки концентрации углеродных нанотрубок (УНТ) в электролите электрохимического осаждения металлов включает измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482227
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.06.2013
№216.012.4bc5

Тросовый увеличитель сцепного веса колесных транспортных средств при их агрегатировании с прицепами

Изобретение относится к транспорту, а именно к дополнительно устанавливаемым вспомогательным устройствам для увеличения проходимости и повышения производительности колесных транспортных средств. Тросовый увеличитель сцепного веса содержит жесткую силовую связь, соединяющую дышло прицепа со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484979
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.08.2013
№216.012.5ffd

Способ получения углеродных наноматериалов

Изобретение может быть использовано для получения углеродных нанотрубок и нановолокон. В реактор периодически загружают твердый дисперсный катализатор, впускают газы и подвергают их контактированию с частицами катализатора при температуре синтеза углеродного наноматериала. Загрузка каждой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490205
Дата охранного документа: 20.08.2013
Показаны записи 1-2 из 2.
20.05.2013
№216.012.4111

Способ корректировки наномодифицированного электролита

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электрохимической и химической обработке металлов с применением химических методов. Способ корректировки концентрации углеродных нанотрубок (УНТ) в электролите электрохимического осаждения металлов включает измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482227
Дата охранного документа: 20.05.2013
25.08.2017
№217.015.a2e7

Модифицированный наноуглеродом электролит анодирования детали из алюминия или его сплава

Изобретение относится к области гальванотехники и нанотехнологии. Электролит содержит серную кислоту, композицию «ЭКОМЕТ-А200» и порошок углеродного наноматериала «Таунит», введенный с помощью ультразвукового диспергатора, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, г/л: серная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607075
Дата охранного документа: 10.01.2017
+ добавить свой РИД