Способ электроосаждения покрытий никель-фосфор

Изобретение относится к гальванотехнике, конкретно – к способам нанесения твердых покрытий металлами и сплавами, и может быть использовано при нанесении гальванических покрытий с повышенной износостойкостью.

Известен способ электроосаждения твердых износостойких хромовых покрытий [Солодкова Л.Н., Кудрявцев В.Н. Электролитическое хромирование. М.: Глобус, 2007. 191 с.]. Существенным недостатком этого способа является чрезвычайно низкая (отрицательная) рассеивающая способность электролитов твердого хромирования, препятствующая использованию этого способа для упрочнения поверхности изделий сложной конфигурации. Для упрочнения поверхности таких изделий путем нанесения на них гальванического покрытия необходим электролит, обеспечивающий высокую твердость осаждаемых из него покрытий в сочетании с достаточной рассеивающей способностью.

Наиболее близким по решаемой задаче и технической сущности является способ [Петрушова О.Ю., Цупак Т.Е., Крутских В.М., Жуликов В.В., Горюнов Г.Е. Некоторые физико-химические свойства сплава никель-фосфор, электроосажденного из сульфатно-глицинатно-хлоридного электролита. Гальванотехника и обработка поверхности. 2015, Т. 23, №2, С. 29−33] электрохимического осаждения покрытия никель-фосфор из электролита, содержащего сульфат никеля семиводный 140 г/л, аминоуксусную кислоту 15 г/л, хлорид-ион 3,7 г/л, гипофосфит натрия одноводный 5,3 г/л, сахарин 2 г/л и лаурилсульфат натрия 0,1 г/л. Электроосаждение проводят при pH 2,3, температуре 50±1°C и плотности тока 2–7 А/дм². Покрытия никель-фосфор, осажденные из этого электролита, до термообработки имеют твердость 5,5–6,5 ГПа, а после термообработки в вакууме при 400°С в течение 1 часа – 7–8 ГПа.

Рассеивающая способность этого электролита несколько выше, чем у электролита твердого хромирования (по результатам измерений в щелевой ячейке по ГОСТ 9.309–86 – 9% при средней плотности тока 2 А/дм²), но все же недостаточна для его использования в процессе обработки изделий сложной формы. Другой недостаток этого способа, который полностью исключает возможность его использования для упрочнения поверхности сложной конфигурации - это существенное снижение содержания фосфора в покрытии по мере роста плотности тока. Вследствие этого твердость покрытия на выступающих участках поверхности будет существенно снижаться.

Технической задачей предлагаемого изобретения является:

1) обеспечить на всех участках поверхности одинаковое содержание фосфора в покрытии никель-фосфор и, как следствие этого, одинаковую высокую твердость покрытия;

2) повысить рассеивающую способность электролита, используемого для нанесения твердых покрытий никель-фосфор.

Поставленная задача решается путем электроосаждения покрытия никель-фосфор из электролита, содержащего сульфат никеля семиводный 120–170 г/л, аминоуксусную кислоту 12–20 г/л, хлорид-ион 4–7 г/л, гипофосфит натрия одноводный 4–7 г/л, сахарин 1,5–2,5 г/л, лаурилсульфат натрия 0,05–1 г/л при pH 2,2–2,6, температуре 48–53°С и плотности тока 2–7 А/дм² и применения режима реверса тока, при котором длительность анодных импульсов составляет 1–6 с, длительность катодных импульсов составляет 3–10 с, а отношение длительности анодных и катодных импульсов составляет 0,20–0,75, причем средняя плотность тока в катодных и анодных импульсах одинакова.

Покрытия никель-фосфор, полученные согласно предлагаемому способу, характеризуются постоянством химического состава во всем диапазоне катодных плотностей тока – от 2 до 7 А/дм² и, соответственно, одинаковыми значениями твердости – 7–8 ГПа.

Рассеивающая способность электролита в результате применения реверса тока с вышеуказанными параметрами по результатам измерений в щелевой ячейке по ГОСТ 9.309–86 увеличивается на 20–30%, а отношение толщины покрытия на дальнем и ближнем катодах ячейки Херинга-Блюма возрастает с 0,79 до 0,91.

Применение симметричного реверсивного тока (равенства амплитуды катодных и анодных импульсов) является одним из преимуществ способа, т.к. позволяет использовать доступные и недорогие источники питания.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.*

ПРИМЕР 1.

Ячейку Херинга-Блюма заполнили электролитом следующего состава:

Сульфат никеля семиводный ………………………………….120 г/л

Аминоуксусная кислота ………………………………………..12 г/л

Гипофосфит натрия одноводный …..………………………….4 г/л

Хлорид-ион………………………………………………………4 г/л

Сахарин…………………………………………………………...1,5 г/л

Лаурилсульфат натрия…………………………………………0,05 г/л

pH………………………………………………………………….2,2.

Электролиз проводили при температуре 48°С, средней плотности тока 3 А/дм² и отношении расстояний для ближнего и дальнего катодов 1,2:1.

* Приводятся результаты измерений рассеивающей способности только при средней катодной плотности тока 2 и 3 А/дм² ввиду образования некачественных катодных осадков на ближних и дальних участках поверхности катода при выходе средней плотности тока за эти границы.

А. Результаты измерений при электролизе постоянным током (без реверса):

Отношение толщины осажденного слоя сплава никель-фосфор на дальнем и ближнем катодах …………………………………….0,79.

Содержание фосфора в покрытии:

при катодной плотности тока 2 А/дм²………….…..………4,7%

при катодной плотности тока 7 А/дм²……………………...2,5%.

Б. Результаты измерений реверсивным током:

Отношение толщины осажденного слоя сплава никель-фосфор на дальнем и ближнем катодах при длительности катодного импульса 8 с и длительности анодного импульса 6 с……………………………0,91.

Содержание фосфора в покрытии:

при катодной плотности тока 2 А/дм²………………………6,4%

при катодной плотности тока 7 А/дм²………………..……..4,2%.

ПРИМЕР 2.

Состав электролита и режим процесса такие же, как в Примере 1. Изменены только параметры реверса.

Б. Результаты измерений реверсивным током:

Отношение толщины осажденного слоя при длительности катодного импульса 8 с и длительности анодного импульса 2 с…………0,84.

Содержание фосфора в покрытии:

при катодной плотности тока 2 А/дм²………………………6,8%

при катодной плотности тока 7 А/дм²………………………4,6%.

ПРИМЕР 3.

Щелевую ячейку заполнили электролитом следующего состава:

Сульфат никеля семиводный…………………………………..170 г/л

Аминоуксусная кислота…………………………………………7 г/л

Гипофосфит натрия одноводный……………………………….20 г/л

Хлорид-ион………………………………………………………7 г/л

Сахарин……………………………………………………………2,5 г/л

Лаурилсульфат натрия…………………………………………..0,1 г/л

pH………………………………………………………………….2,6.

Электролиз проводили при температуре 53°С и средней плотности тока 2 А/дм².

Результаты измерений в щелевой ячейке по ГОСТ 9.309–86:

А. Результаты измерений при постоянном токе:

рассеивающая способность………………………………………9,4%.

Б. Результаты измерений при реверсивном токе при длительности катодного импульса 5 с и длительности анодного импульса 1 с:

рассеивающая способность………………………………………11,3%.

ПРИМЕР 4.

Измерения рассеивающей способности проводили для электролита и режима процесса, приведенных в Примере 3.

Результаты измерений при реверсивном токе при длительности катодного импульса 3 с и длительности анодного импульса 1 с:

рассеивающая способность …………………………………….13,3%.