СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОЧНОСЦЕПЛЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЯХ
METHOD FOR PRODUCTION OF TIGHTLY ADHESIVE COATINGS ON BASIS OF NICKEL ON METAL PARTS

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам получения изделий с гальваническими покрытиями, и может быть использовано в промышленности в качестве твердого износостойкого покрытия с целью замены твердого хромирования, вредного на сегодняшний день.
Известен способ адгезионной прочности покрытия с подложкой путем термической обработки деталей с никелевым покрытием с добавками фосфора, включающий нагрев до температуры 650°-800°С и заданную выдержку (Гальванотехника. Справочник под ред. А.М.Гинбергана и др., М.: Металлургия, 1987, с.381). Однако в этом случае исходное структурное состояние материала заготовки не обеспечивает интенсивного протекания диффузионных процессов в ее поверхностных слоях, что не позволяет достичь в данном способе качественного сцепления гальванического покрытия с подложкой и обеспечить его плотность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения прочносцепленных гальванических покрытий на металлах и сплавах, включающий предварительную термообработку заготовки с последующим охлаждением, электроосаждение никелевого гальванического покрытия и диффузионный отжиг изделий с покрытием в вакууме (пат. РФ №2051205, МПК: C25D 5/34, 5/50; C22F 1/00, 1992). Указанный способ получения прочносцепленных гальванических покрытий не обеспечивает сохранение внешнего вида никелевых покрытий.
Задача предлагаемого изобретения - создание технологии получения покрытий на основе никеля, обладающих высокой адгезионной прочностью с металлическими деталями и их плотности по всей поверхности деталей, при сохранении внешнего вида гальванического покрытия с тем, чтобы создать возможность продления срока службы изделий, работающих в жестких условиях, связанных с повышенной температурой и трением.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения прочносцепленных покрытий на основе никеля на металлических деталях, заключающемся в предварительной термической обработке деталей, электроосаждении гальванического покрытия из никельсодержащего электролита и отжиге деталей в инертной среде, предварительную обработку деталей осуществляют при температуре 160°-180°С в течение 3-6 часов, электроосаждение проводят из электролита, содержащего сульфаты никеля, магния и кобальта, хлорид никеля и борную кислоту, а отжиг деталей с гальваническим покрытием проводят при температуре 300°-400°С.
Температурно-временной режим термообработки металлических деталей перед нанесением на нее покрытия: температура 160°-180°С, время выдержки 3-6 часов, обеспечивает снятие внутренних напряжений в структуре металла заготовки, тем самым восстанавливает ее и формирует оптимальную структуру металла, обеспечивающую высокую адгезионную способность покрытия с металлическими деталями. Предварительная термообработка деталей при повышенных температурах, по сравнению с указанным температурно-временным режимом, вызывает нежелательные изменения в микроструктуре, приводящие к снижению прочности сцепления покрытия с деталями. Пониженные, против указанного, температурно-временные режимы не обеспечивают полного восстановления структуры металла деталей перед нанесением на них покрытия, что ограничивает степень взаимодействия электроосажденных слоев с металлическими деталями.
Предложенный состав электролита никелирования, содержащий сульфаты никеля, магния и кобальта, хлорид никеля и борную кислоту, обуславливает необходимое снижение высоких внутренних напряжений (действующих сил растяжения) в никелевом покрытии, которые вызывают опасность образования микротрещин, шелушения и отслаивания покрытия. Снижение внутренних напряжений в покрытии позволяет создать хорошие адгезионные свойства, а значит обеспечить эффективное протекание процессов взаимной диффузии компонентов покрытие-деталь и достижения высокой прочности сцепления, за счет чего значительно возрастает твердость и износостойкость никелевого покрытия.
Температура отжига деталей с гальваническим покрытием 300-400°С оптимально интенсифицирует взаимную диффузию компонентов в системе деталь-покрытие, приводя к расширению зоны соединения, способствует снятию внутренних напряжений, обезгаживанию и в конечном счете обуславливает получение прочносцепленного покрытия на основе никеля, сохраняя при этом его внешний вид. При такой температуре отжига отсутствует возможность образования после термообработки на поверхности никелевого покрытия (никель-магний-кобальт) окисной пленки. Проведение отжига при повышенной, по сравнению с указанной, температуре ухудшает внешний вид покрытия на основе никеля. А понижение, против указанной, температуры отжига кинетически не обеспечивает эффективного протекания процессов взаимной диффузии компонентов покрытие - металлическая деталь и достижения высокой прочности сцепления.
Пример конкретного выполнения
Металлические детали для нанесения на них покрытия нагревали до температуры 160-180°С и выдерживали при этой температуре в течение 3-6 часов. Электроосаждение гальванического покрытия на поверхность металлических деталей проводили из электролита предложенного состава при подобранном соотношении компонентов, г/л:
борная кислота
35
сульфат никеля
300
хлорид никеля
30
сульфат магния
2-5
сульфат кобальта
2-5,
2
при температуре 40-45°С и катодной плотности тока 1-2 А/дм. Металлические детали с гальваническим покрытием толщиной до 30 мкм подвергали диффузионному отжигу в инертной среде при температуре 300-400°С.
Перечень металлов, используемых в предложенном способе, конкретные числовые значения режимов обработки и результаты проверки прочности сцепления получаемого покрытия с деталями приведены в таблице.
Использование предлагаемого изобретения позволяет получить на поверхности металлических деталей прочносцепленное покрытие на основе никеля при сохранении его внешнего вида. Покрытие обладает повышенной твердостью, износостойкостью и характеризуется:
- высокой прочностью (при испытании на перегиб пластины с толщиной покрытия 30 мкм выдерживают 250 перегибов);
- коррозионной стойкостью (испытания покрытия проводились в камере влаги на образцах из стали 40Х13 в режиме: влажность 93%, температура 40°С, время выдержки 21 сутки, следов коррозии нет);
- высокой жаропрочностью (выдержка в атмосфере воздуха до 500°С в течение длительного времени не дает цвета побежалости от салатового до синего, характерного для никелевого покрытия);
- устойчивость к циклическим перепадам температур.