Електроліт для електрохімічного синтезу покриттів сплавом кобальт-молібден-вольфрам

Реферат: Електроліт для електрохімічного синтезу покриттів сплавом кобальт-молібден-вольфрам містить сульфат (II) кобальту, вольфрамат натрію, молібдат натрію, цитрат натрію та додатково 3 дифосфат калію в наступному співвідношенні компонентів, моль/дм : кобальту (II) сульфат (CoSO4∙7H2O) 0,1-0,2 натрію молібдат (Na2MoO4∙2H2O) 0,04-0,12 натрію вольфрамат (Na2WO4∙2H2O) 0,06-0,16 натрію цитрат (Na3C6H5O7∙5,5H2O) 0,2-0,3 калію дифосфат (K4Р2О7) 0,3-0,7. UA 104439 U (54) ЕЛЕКТРОЛІТ ДЛЯ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО СИНТЕЗУ ПОКРИТТІВ СПЛАВОМ КОБАЛЬТ-МОЛІБДЕНВОЛЬФРАМ UA 104439 U UA 104439 U 5 10 Корисна модель належить до гальванотехніки, а саме розробки електроліту для електрохімічного синтезу функціональних покриттів сплавами кобальту з тугоплавкими металами (вольфрам та молібден) на сталеву або мідну основу. Мета корисної моделі: розробка стабільного електроліту для формування покриттів сплавами кобальт-молібденвольфрам з високим вмістом тугоплавких металів (вольфраму та молібдену) та високою адгезією до підкладки. Отримані покриття можуть бути нанесені на деталі, які працюють в жорсткий умовах експлуатації та повинні мати високу мікротвердість, зносо- та корозійну стійкість. Відомий цитратний електроліт з додаванням етилендіамінтетраоцтової кислоти (ЕДТА) для електрохімічного осадження покриттів сплавами Со-Mo-W [1]. Склад електроліту наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Компонент Кобальту (II) сульфат (CoSO4∙7H2O) Натрію молібдат (Na2MoO4∙2H2O) Натрію вольфрамат (Na2WO4∙2H2O) Натрію цитрат (Nа3С6Н5О7) ЕДТА Сульфатна кислота (H2SO4) 15 Вміст, моль/дм 0,1 0,1 0,1 0,6 0,05 0,1 Значення рН розчину підтримують в діапазоні 1-3. Процес проводять при температурі 20-35 2 °С та катодній густині струму від 1 до 5 А/дм . Недоліками вищенаведеного електроліту є низький вихід за струмом (ВС), а синтезовані покриття нерівномірно розподілені по поверхні та мають густу мережу тріщин. Найбільш близький за складом, який вибрано за прототип, є цитратно-аміачний електроліт осадження сплаву кобальт-молібден-вольфрам [2], (склад наведено в таблиці 2). 20 Таблиця 2 Компонент Натрію цитрат (Nа3С6Н5О7∙5,5Н2О) Кобальту (II) сульфат (CoSO4∙7H2O) Натрію молібдат (Na2MoO4∙2H2O) Натрію вольфрамат (Nа2WO4∙2Н2О) Амонію хлорид (NH4Cl) Натрію сульфат (Na2SO4) Борна кислота (Н3ВО3) Натрію гідроксид (NаОН) Вміст, моль/дм 0,25 0,2 0,03 0,06 0,3 0,1 0,1 до рН 5-6 2 25 30 3 Процес проводять при температурі 25-30 °С, густині струму 2-8 А/дм , при постійному перемішуванні з використанням анодів із кобальту. Недоліком цього електроліту є небезпека випаровування амоніаку та необхідність очищення стічних і промивних вод від його сполук, а також низька концентрація вольфраматів та молібдатів, що веде до швидкого збіднення розчину за вмістом тугоплавких металів та вимагає частого коригування розчину. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки стабільного електроліту для формування покриттів сплавами кобальт-молібден-вольфрам з підвищеним вмістом вольфраму і молібдену та високою адгезією до підкладки, які мають високу мікротвердість, зносо- та корозійну стійкість. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в електроліт, крім сплавотвірних сполук (кобальту (II) сульфат, вольфрамат натрію та молібдат натрію) та цитрату натрію, додатково вводять дифосфат калію як ліганд (таблиця 3). 35 1 UA 104439 U Таблиця 3 Компонент Кобальту (II) сульфат (CoSO4∙7H2O) Натрію молібдат (Na2MoO4∙2H2O) Натрію вольфрамат (Nа2WO4∙2Н2О) Натрію цитрат (Na3C6H5O7∙5,5H2O) Калію дифостфат (K4Р2О7) 5 10 15 20 Вміст, моль/дм 0,1-0,2 0,04-0,12 0,06-0,16 0,2-0,3 0,3-0,7 3 Як розчинні аноди використовували кобальтові компланарні пластини. Розчини готували з аналітично чистих реактивів, які розчиняли в невеликій кількості теплої води (30 °С), після чого змішували калію дифосфат з кобальту (II) сульфатом та натрію цитрат з натрію вольфраматом і молібдатом. Далі все змішували і залишали електроліт на декілька годин для встановлення рівноважного стану та утворення електродноактивних комплексів. Висока розсіювальна здатність електроліту забезпечує осадження однорідних та світлих покриттів. Лужність розчину підвищує стабільність електроліту, що збільшує термін його працездатності. Завдяки означеному інтервалу рН і запропонованому співвідношенню концентрацій компонентів в електроліті утворюються цитратні, дифосфатні та змішані гетероядерні цитратно-дифосфатні комплекси кобальту з оксометалатами (вольфраматами та молібдатами), які забезпечують осадження дрібнокристалічних, рівномірних міцно зчеплених з основою покривів з вмістом тугоплавких компонентів, мас. %: ω(Мо) = 3-44, ω(W) = 2-45. Запропонований електроліт можна використовувати для осадження покриттів кобальтмолібден-вольфрам на сталеві та мідні деталі при рН електроліту 8-10, температурі 20-60 °С, 2 густині струму в стаціонарному режимі 2-8 А/дм або уніполярним імпульсним струмом 2 амплітудою 4-20 А/дм з різною тривалістю імпульсу та паузи при постійному перемішуванні. Для нанесення покриттів сплавом кобальт-молібден-вольфрам використовували зразки, виготовлені із міді та сталі розміром 20×10 мм. Підготовку поверхні деталей перед нанесення металевого покриву проводили стандартними способами. Електрохімічне осадження здійснювали з електролітів 1-7, склад яких наведено в таблиці 4. Таблиця 4 Склад електроліту CoSO4∙7H2O Na2WO4∙2H2O Na2MoO4∙2H2O Na3C6H5O7∙5,5H2O K4P2O7 25 30 35 1 0,06 0,04 Концентрація моль/л 3 4 5 0,03 0,16 0,15 0,12 0,15 0,3 0,2 0,2 0,3 2 0,1 0,1 0,08 0,2 0,3 6 0,2 0,16 0,08 0,3 0,5 7 0,4 0,7 Приклад 1 2 З електроліту № 1 в стаціонарному режимі при густині стуму j = 6 А/дм отримано покриття, які містять 77 % кобальту, 16 % молібдену та 7 % вольфраму. Вихід за струмом становив 80 %, швидкість осадження - 0,9 мкм/хв. Приклад 2 2 З електроліту № 5 в імпульсному режимі при густині стуму j = 12 А/дм та часових параметрах електролізу (тривалість імпульсу 2 мс, тривалість паузи 20 мс) отримано покриття, які містять мас.%: 69 кобальту, 22 молібдену та 9 вольфраму. Вихід за струмом - 85 %, швидкість осадження - 0,5 мкм/хв. Відомості про склад запропонованого електроліту, режими електролізу та отримані результати наведено в таблиці 5. 2 UA 104439 U Таблиця 5 Параметри електролізу і характеристики покриттів Склад електроліту, 3 моль/дм Режим процесу Густина струму, 2 А/дм Температура, °С рH Час обробки, год Тривалість, с: імпульсу паузи Вміст, %: кобальт молібден вольфрам ВС, % Характеристики покриттів 5 10 15 20 Прототип Корисна модель цитрат натрію 0,25- 0,28 сульфат кобальту 0,2 молібдат натрію 0,03-0,07 вольфрамат натрію 0,06-0,1 хлорид амонію 0,3 сульфат натрію 0,1 боратна кислота 0,1 гідроксид натрію до рН 5-6 стаціонарний сульфат кобальту 0,1-0,2 молібдат натрію 0,04-0,12 вольфрамат натрію 0,06-0,16 цитрат натрію 0,2-0,3 дифостфат калію 0,3-0,7 стаціонарний імпульсний 2-8 4-20 2-8 25-30 5-6 0,5 20-60 8-10 0,5 78,8-83 5,6-8,5 8,7-12,7 70-90 блискучі, мають густу сітку тріщин дрібнокристалічні -3 -2 0,5∙10 -2∙10 -3 -2 2∙10 -5∙10 35-80 35-82 2-45 11-35 10-25 3-44 60-92 85-92 дрібнокристалічні, рівномірні, міцно зчеплені з основою Таким чином, з електроліту, що заявляється, можна з високою швидкістю осадження наносити якісні покриття сплавами кобальт-молібденом-вольфрам з вмістом тугоплавких металів, мас. %: (ω(Мо) = 3-44, ω(W) = 2-45), з виходом за струмом 60-92 %. Покриття блискучі, дрібнокристалічні, без внутрішніх напружень і тріщин. Джерела інформації:' 1. Zieliński M. Influence of Constant Magnetic Field on the Electrodeposition of Cobalt and Cobalt Alloys / M. Zieliński // Int. J. Electrochem. Sci. - 2013. - V. 8. - P. 12192-12204. 2. Патент на корисну модель № 81121, Украина, МПК C25D 3/56 (2006.01) Електроліт для формування покриттів сплавом кобальт-молібден-вольфрам / Сахненко М.Д., Ведь М.В., Зюбанова С. І., Гапон Ю.К.; Заявник та власник патенту НТУ "ХПІ", опубл. 25.06.2013, бюл. №12. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Електроліт для електрохімічного синтезу покриттів сплавом кобальт-молібден-вольфрам, що містить сульфат (II) кобальту, вольфрамат натрію, молібдат натрію, цитрат натрію, який відрізняється тим, що до складу електроліту додатково вводять дифосфат калію в наступному 3 співвідношенні компонентів, моль/дм : кобальту (II) сульфат (CoSO4∙7H2O) 0,1-0,2 натрію молібдат (Na2MoO4∙2H2O) 0,04-0,12 натрію вольфрамат (Na2WO4∙2H2O) 0,06-0,16 натрію цитрат (Na3C6H5O7∙5,5H2O) 0,2-0,3 калію дифосфат (K4Р2О7) 0,3-0,7. 3 UA 104439 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4