Електроліт для електрохімічного нанесення нікель-кобальтових покриттів

Реферат: Винахід належить до галузі гальванотехніки, зокрема до електролітів для нанесення товстих малонапружених нікель-кобальтових покриттів з високою мікротвердістю. Електроліт, для електрохімічного нанесення нікель-кобальтових покриттів, який включає іони нікелю та кобальту, згідно з винаходом, як джерело цих іонів містить нікелеву сіль метансульфонової кислоти і кобальтову сіль метансульфонової кислоти та додатково містить натрію хлорид, борну кислоту та натрію сахаринат у наступному співвідношенні компонентів, г/л: нікелю метансульфонат 200,00-400,00; кобальту метансульфонат 20,00-40,00; натрію хлорид 10,0030,00; кислота борна 25,00-45,00; натрію сахаринат 0,1-3,00. UA 108959 C2 (12) UA 108959 C2 UA 108959 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонований винахід належить до галузі гальванотехніки, зокрема до електролітів для нанесення товстих малонапружених нікель-кобальтових покриттів з високою мікротвердістю, що використовуються при електролітичному формуванні деталей. Відомий електроліт для електроосадження сплаву нікель-кобальт із вмістом кобальту близько 40 %, що містить (г/л): 200 NiSO4·7H2O; 19 CoSO4·7H2O; 15 NaCl; 30 Н3ВО3. 2 Температура 20 °C, рН5,6. Густина струму 1 А/дм [Вячеславов П.М., Волянюк Г.А. Электролитическое формование. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1979. - 198 с]. До недоліків цього електроліту для електроосадження нікель-кобальтових покриттів відноситься висока крихкість осадів та низька допустима густина струму електроосадження [Вячеславов П.М., Волянюк Г.А. Электролитическое формование. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1979. - 198 с]. Відомий електроліт, який використовують при електроформуванні матриць прес-форм із товщиною осадів нікель-кобальтових сплавів 0,5-2 мм, що містить (г/л): 450-550 Ni(NH2SO3)2·4H2O; 25-30 Co(NH2SO3)2·4H2O; 10-12 NiCl2·6H2O; 25-30 Н3ВО3; 0,1-0,3 натрій 2 лаурилсульфату. Температура 45-50 °C, рН 3,5-4,5, густина струму 8-10 А/дм [Грилихес, С.Я. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика/ С.Я. Грилихес, К.И. Тихонов. Л.: Химия, 1990. - 288 с]. Відомий електроліт для електроосадження сплаву нікель-кобальт із вмістом кобальту 2030 %, що містить (г/л): 425-435 Ni(NH2SO3)2; 24-26 Co(NH2SO3)2; 4-10 NiCl26H2O; 30-35 H3BO3; 2 0,1-0,5 натрій лаурилсульфату. Температура 50-55 °C, густина струму 3-10 А/дм , рН 3,5-3,8 [Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах / М.А. Шлугер. - М.: Машиностроение, 1985. - T. 1. - 240 с]. Відомий електроліт для електроосадження сплаву нікель-кобальт, що містить (г/л): 312 Ni(NH2SO3)2; 37 Н3ВО3; 20 Co(NH2SO3)2; 0,5-1 натрію алкілсульфату. Температура 45 °C, рН 3,84,2 густина струму 10 А/дм [Пат. 4613388 США, МКВ С22С 19/07. Superplastic alloys formed by electrodeposition / Robert J. Walter, Harold E. Marker; Rockwell, Inc. - № 06/419,273; Заяв. 17.09.82; Опубл. 23.09.82]. Відомий електроліт для електроосадження сплаву нікель-кобальт, що містить (г/л): 100 Ni(NH2SO3)2; 38 Н3ВО3; 0,5-1 NiBr2; 35 Co(NH2SO3)2; 2-4 NiCl26H2O; 0,5 натрію лаурилсульфату; 2 0,1 натрію сахаринату. Температура 25 °C, густина струму 5 А/дм [Пат. 20010009724 США, МКВ В32В 015/02. Electrolyte and method for electrodepositing of bright nickel-iron alloy deposits / Chen, Jimmy Kuo-Wei; Eldridge, Benjamin N.; Dozier, Thomas H.; Yeh, Junjye J.; Herman, Gayle J.; FormFactor, Inc. - № 09/771163; Заяв.29.01.2001; Опубл. 26.07.2001]. Відомий електроліт для електроосадження сплаву нікель-кобальт, що містить (г/л): 430-440 Ni(NH2SO3)2·4H2O; 26-27 Co(NH2SO3)2·4H2O; 2-4 NiCl2·6H2O; 40 Н3ВО3; 0,7-1 натрію 2 лаурилсульфату; 0,1 сахарину. Температура 56-60 °C, рН 3,5-3,8, густина струму 5 А/дм [Вячеславов П.М., Волянюк Г.А. Электролитическое формование. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1979. - 198 с]. До недоліків цих електролітів для отримання товстих нікель-кобальтових покриттів із низькими внутрішніми напруженнями та високою мікротвердістю відносяться нестабільність при високих температурах та висока чутливість до домішок сторонніх іонів. При температурі розчину вище 50-55 °C сульфамат-іон гідролізує з утворенням амонію та сульфату, що погіршує роботу електроліту. Швидкість гідролізу збільшується із підвищенням температури та кислотності електроліту [Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении / П.С. Мельников. - М.: Машиностроение, 1979. - 296 с]. Масова частка (%) домішок сторонніх металів не повинна перевищувати: 0,02 Fe, 0,001 Сu, 0,001 Zn, 0,0002 Pb, 0,0006 Al. У розчині не має бути нітратіонів, які відновлюються на катоді, знижуючи вихід металу за струмом, та сприяють збільшенню рН приелектродного шару, що сприяє включенню в осадок гідроксидів нікелю [Грилихес, С.Я. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика/С.Я. Грилихес, К.И. Тихонов. Л.: Химия, 1990. - 288 с]. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, до винаходу, що пропонується, є електроліт для нанесення сплавів нікель-кобальт [Golodnitsky D. The role of anion additives in the electrodeposition of nickel-cobalt alloys from sulfamate electrolyte / D. Golodnitsky, Yu. Rosenberg, A. Ulus // Electrochimica Acta. - 2002. - т. 47 - С. 2707-2714], до складу якого входить (г/л): 160-390 Ni(NH2SO3)2·4H2O; 10-25 Co(NH2SO3)2·4H2O; 4-6 NaCl; 35-45 натрію ацетату; 20-30 лимонної кислоти; в якому наноситься нікель-кобальтове покриття при катодній 2 густині струму 5-10 А/дм , температура 50-55 °C, рН 4,8-5,2 (прототип). До недоліків прототипу потрібно віднести високі внутрішні напруження у покриттях, а також те, що мікротвердість покриттів не достатньо висока. 1 UA 108959 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 В основу винаходу поставлена задача удосконалення електроліту для нанесення товстих малонапружених нікель-кобальтових покриттів з низькими внутрішніми напруженнями і високими значеннями мікротвердості у широкому діапазоні густин струму, шляхом зміни структури і морфології нікель-кобальтових осадків внаслідок зменшення поляризації електровідновлення сплаву у присутності метансульфонат-іона джерелом якого у метансульфоновому електроліті є метансульфонат нікелю та метансульфонат кобальту. Поставлена задача вирішується тим, що відомий електроліт для електрохімічного нанесення нікель-кобальтових покриттів який включає іони нікелю та кобальту, згідно з винаходом, як джерело цих іонів містить нікелеву сіль метансульфонової кислоти і кобальтову сіль метансульфонової кислоти та додатково містить натрію хлорид, борну кислоту та натрію сахаринат у наступному співвідношенні компонентів, г/л: нікелю метансульфонат 200,00-400,00 кобальту метансульфонат 20,00-40,00 натрію хлорид 10,00-30,00 кислота борна 25,00-45,00 натрію сахаринат 0,1-3,00. Процес нанесення сплаву нікель-кобальт із вмістом кобальту 15-20 % здійснюють при 2 температурі 50-60 °C при густині струму 0,5-10 А/дм , при рН 2-4. Електроліт готують розчиненням у воді неорганічних компонентів і потім додають органічну добавку. Наводимо приклади конкретного використання передбачуваного винаходу. Приклад 1 При приготуванні електроліту беруть 25 г/л борної кислоти і розчинюють у воді при температурі 70 °C. Потім в цьому розчині розчиняють 17 г/л натрію хлорид. Потім додають 400 г/л нікель метансульфонату. Потім додають 40 г/л кобальт метансульфонату. Після цього в розчин вводять 1 г/л натрій сахаринату. Температура електролізу 60 °C, рН3. Приклад 2 При приготуванні електроліту беруть 35 г/л борної кислоти і розчинюють у воді при температурі 70 °C. Потім в цьому розчині розчиняють 10 г/л натрію хлорид. Потім додають 200 г/л нікель метансульфонату. Потім додають 20 г/л кобальт метансульфонату. Після цього в розчин вводять 0,3 г/л натрій сахаринату. Температура електролізу 50 °C, рН2. Приклад 3 При приготуванні електроліту беруть 45 г/л борної кислоти і розчинюють у воді при температурі 70 °C. Потім в цьому розчині розчиняють 30 г/л натрію хлорид. Потім додають 200 г/л нікель метансульфонату. Потім додають 20 г/л кобальт метансульфонату. Після цього в розчин вводять 1,5 г/л натрій сахаринату. Температура електролізу 55 °C, рН4. Приклад 4 При приготуванні електроліту беруть 25 г/л борної кислоти і розчинюють у воді при температурі 70 °C. Потім в цьому розчині розчиняють 20 г/л натрію хлорид. Потім додають 300 г/л нікель метансульфонату. Потім додають 30 г/л кобальт метансульфонату. Після цього в розчин вводять 2 г/л натрій сахаринату. Температура електролізу 55 °C, рН2. Приклад 5 При приготуванні електроліту беруть 35 г/л борної кислоти і розчинюють у воді при температурі 70 °C. Потім в цьому розчині розчиняють 15 г/л натрію хлориду. Потім додають 350 г/л нікель метансульфонату. Потім додають 30 г/л кобальту метансульфонату. Після цього в розчин вводять 3 г/л натрію сахаринату. Температура електролізу 60 °C, рН3. Приклад 6 При приготуванні електроліту беруть 35 г/л борної кислоти і розчинюють у воді при температурі 70 °C. Потім в цьому розчині розчиняють 15 г/л натрію хлориду. Потім додають 350 г/л нікелю метансульфонату. Потім додають 30 г/л кобальту метансульфонату. Після цього в розчин вводять 3 г/л натрію сахаринату. Температура електролізу 60 °C, рН3. Порівняльна характеристика мікротвердості нікель-кобальтових покриттів, одержаних із електролітів прикладів 1-6 та прототипу наведена у таблиці 1. 2 UA 108959 C2 Таблиця 1 Мікротвердість нікель-кобальтових покриттів за різних густин струму Мікротвердість нікель-кобальтових покриттів, кг/мм Електроліт для електроосадження нікель-залізного покриття 2 Густина струму, А/дм 0,5 1 3 5 7 Прототип 320 310 387 330 400 Приклад 1 360 380 420 405 440 Приклад 2 390 370 400 410 420 Приклад 3 380 350 410 405 425 Приклад 4 330 390 410 350 450 Приклад 5 400 350 420 360 430 Приклад 6 340 380 390 405 470 Порівняльна характеристика внутрішніх напружень нікель-кобальтових покриттів, отриманих із електролітів прикладів 1-6 та прототипу наведена у таблиці 2. 5 Таблиця 2 Внутрішні напруження нікель-кобальтових покриттів за різних густин струму Електроліт для електроосадження нікель-залізного покриття Прототип Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 Приклад 5 Приклад 6 10 15 Внутрішні напруження нікелевих покриттів, МПа 2 Густина струму, А/дм 0,5 1 3 5 7 20 35 64 73 75 1 3 5 2 6 0 5 2 3 5 2 4 3 1 4 5 2 10 12 7 4 6 12 7 10 6 4 8 5 9 Запропоновані електроліти дозволяють одержувати товсті нікель-кобальтові покриттів із внутрішніми напруженнями від 5 до 40 разів нижчими, ніж у покриттів, одержуваних із електроліту-прототипу та мікротвердістю покриття до 5-8 % вищим, ніж у покриттів, одержуваних із електроліту-прототипу. Крім того покриття, отримані із електролітів, що описані у прикладах 1-3, на відміну від прототипу мають високу мікротвердість і низькі внутрішні 2 напруження у широкому діапазоні густин струму (0,5-7 А/дм ). Даний винахід може бути використаний для електрохімічного осадження малонапружених товстих нікель-кобальтових покриттів із високою мікротвердістю на підприємствах чорної металургії, на підприємствах приладобудування, автомобілебудування, на підприємствах машинобудування та металообробки. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Електроліт для електрохімічного нанесення малонапружених нікель-кобальтових покриттів з високими значеннями мікротвердості, який включає іони нікелю та кобальту, який відрізняється тим, що як джерело іонів містить нікелеву сіль метансульфонової кислоти і кобальтову сіль метансульфонової кислоти та додатково містить натрію хлорид, борну кислоту та натрію сахаринат у наступному співвідношенні компонентів, г/л: нікелю метансульфонат 200,00-400,00 кобальту метансульфонат 20,00-40,00 натрію хлорид 10,00-30,00 кислота борна 25,00-45,00 натрію сахаринат 0,1-3,00. 3 UA 108959 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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