ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
NICKEL-BASED GALVANIC COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности с целью увеличения срока службы деталей в узлах машин, механизмов, а также пресс-форм, обладающих повышенной микротвердостью.
В промышленности появилась необходимость увеличения износостойкости различных материалов на основе никеля.
Увеличения микротвердости материалов на основе никеля можно достигнуть за счет легирования их металлами и/или неметаллами.
2
2
2
2
3
2
2
Известны композиционные материалы на основе никеля с С, Si, SiC, TiC, TaC, ZrC, WC, SiO, TiO, BeO, ZrO, CrO, MoS, MoSi и т.д. (Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. М., Химия, 1977), обладающие повышенной микротвердостью по сравнению с чисто никелевыми покрытиями.
Существенным недостатком этих композиционных материалов и сплавов является то, что микротвердость является недостаточной.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является композиционный материал никель-бор-алмаз следующего состава, мас.%:
бор
0,2-3,2
ультрадисперсный алмазный порошок
0,1-2,6
никель
остальное.
Дегтярь Л.Л., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Г.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. RU 2048573 С1, МКИ C25D 15/00, опубл. 20.11.1995.
Однако данный композиционный материал имеет недостаточную микротвердость.
Задачей настоящего изобретения является повышение микротвердости и снижение внутренних напряжений материалов на основе никеля с кобальтом, легированных ультрадисперсным алмазным порошком.
Указанная задача достигается получением композиционного материала никель-кобальт-алмаз при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кобальт
2,1-7,3
ультрадисперсный алмазный порошок
0,4-3,2
никель
остальное.
Наличие кобальта в композиционном материале никель-кобальт-алмаз приводит к увеличению его микротвердости.
Увеличение содержания кобальта выше верхнего заявляемого предела приводит к увеличению внутренних напряжений, ухудшению качества и снижению микротвердости композиционного материала.
Уменьшение содержания кобальта в композиции ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению микротвердости композиционного материала.
Для апробирования предложенного состава композиционного материала никель-кобальт-алмаз были изготовлены композиции, химический состав которых приведен в табл.1, где 2, 3, 4 - содержание кобальта на нижнем, среднем и верхнем уровнях соответственно, а 1 и 5 - содержание кобальта в композиции за граничными значениями.
Композиционный материал никель-кобальт-алмаз получали электрохимическим способом из электролита следующего состава, г/л:
хлорид никеля шестиводный
200-350
сульфат кобальта семиводный
8-12
борная кислота
25-40
хлорамин Б
1,5-3,5
ультрадисперсная алмазная суспензия
(УДА-В ТУ 84.1124-87)
0,1-2,3
2
Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 18-40°С, катодная плотность тока 0,5-14 А/дм, перемешивание.
Таблица 1Химический состав композиционного материала никель-кобальт-алмаз и никель-бор-алмаз - по прототипу
Композиционный материал
Кобальт
Ультрадисперсный алмазный порошок
Бор
Никель
1
1,4
0,1
-
98,5
2
2,1
0,4
97,5
3
5,7
1,8
-
92,5
4
7,3
3,2
-
89,5
5
7,6
3,6
87,8
По прототипу
-
1,3
1,7
97,0
2
3
4
Пример 1. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 1,4, ультрадисперсный алмазный порошок 0,1, никель остальное, осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 150, сульфат кобальта семиводный 6, борная кислота 20, хлорамин Б 1,0, ультрадисперсная алмазная суспензия 0,05 при рН 5,7, температуре 16°С и катодной плотности тока 4 А/дм. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до / необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли борную кислоту, хлорамин Б и хлорид никеля, после того как довели уровень электролита до необходимого объема, вводили ультрадисперсную алмазную суспензию. рН электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).
2
Пример 2. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 2,1, ультрадисперсный алмазный порошок 0,4, никель остальное, осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200, сульфат кобальта семиводный 8, борная кислота 25, хлорамин Б 1,5, ультрадисперсная алмазная суспензия 7,0 при рН 5,5, температуре 18°С и катодной плотности тока 6 А/дм. Электролит готовили по методике, описанной выше.
2
Пример 3. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 5,7, ультрадисперсный алмазный порошок 1,8, никель остальное, осаждали из электролита состава, гл: хлорид никеля шестиводный 280, сульфат кобальта семиводный 10, борная кислота 32, хлорамин Б 3,0, ультрадисперсная алмазная суспензия 1,2 при рН 3,0, температуре 30°С и катодной плотности тока 9 А/дм. Электролит готовили по методике, описанной выше.
2
Пример 4. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 7,3, ультрадисперсный алмазный порошок 3,2, никель остальное, осаждали из электролита состава, гл: хлорид никеля шестиводный 350, сульфат кобальта семиводный 12, борная кислота 40, хлорамин Б 4,5, ультрадисперсная алмазная суспензия 2,3 при рН 1,1, температуре 40°С и катодной плотности тока 14 А/дм. Электролит готовили по методике, описанной выше.
2
Пример 5. Композиционный материал химического состава, мас.%: кобальт 7,6, ультрадисперсный алмазный порошок 3,6, никель остальное осаждали из электролита состава, гл: хлорид никеля шестиводный 370, сульфат кобальта семиводный 15, борная кислота 40, хлорамин Б 5,0, ультрадисперсная алмазная суспензия 2,5 при рН 0,9, температуре 45°С и катодной плотности тока 13 А/дм. Электролит готовили по методике, описанной выше.
2
Покрытие по прототипу осаждали из электролита следующего состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200-300, борная кислота 20-25, аммоний сернокислый 10-40, сахарин 0,6-1,5, декагидродекаборан натрия (ТУ 6-02-01-513-86), ультрадисперсная алмазная суспензия (УДА-В ТУ 84.1124-87) 0,05-1,2. Катодная плотность тока 1-5 А/дм, рН 1,0-4,5, температура 18-25°С.
В табл.2 приведены физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-кобальт-алмаз и по прототипу - никель-бор-алмаз.
Таблица 2Физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-кобальт-алмаз и по прототипу - никель-бор-алмаз
Физико-механические свойства композиционного материала
Предложенный состав композиции
Прототип
1
3
2
4
5
Микротвердость, ГПа
22
25
29
27
23
23
Внутренние напряжения, МПа
58,8
59,0
61,2
64,4
69,3
64,8
Как видно из табл.2, износостойкость композиционного материала никель-кобальт-алмаз превышает износостойкость сплава никель-бор-алмаз в 1,1-1,3.