РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ
SOLUTION TO PRODUCE COMPOSITE COATING

Изобретение относится к композиционным никель-фосфорным покрытиям, получаемых методом химического осаждения на стальные изделия с целью увеличения их износостойкости, и может быть использовано в машиностроительной промышленности.
Известно композиционное покрытие с включением частиц тонкодисперсного порошка нитрида кремния (Авторское свидетельство №1808881 А, опуб. 15.04.1993, БИ №14). Покрытие отличается хорошей твердость, небольшими внутренними напряжениями, хорошей химической устойчивостью. Однако полученные покрытия имеет недостаточную износостойкость и повышенный коэффициент трения.
Известно химически осажденное покрытие с совместным включением частиц различной химической природы (Патент РФ №2235803, Опуб. 10.09.2004, БИ №25), однако покрытия, полученные из этого раствора не обеспечивают длительный ресурс работы.
Композиционное покрытие, содержащее частицы алмаза (Патент РФ №2375494 С2, опуб. 10.12.2009), позволяет повысить его микротвердость и износостойкость, но не обеспечивает низкий коэффициент трения.
Наиболее близким по составу известен раствор для химического осаждения покрытия на изделия, состоящий из следующих компонентов, г/л: никель хлористый 20, натрий уксуснокислый 8, гипофосфит натрия 10. Температура раствора 80-85°С, рН=4,6. (Лататуев В.И. и др. Металлические покрытия химическим способом, - Барнаул, 1968. с.91).
Однако недостаток данного раствора заключается в том, что скорость осаждения покрытия низкая и получаемые покрытия обладают низкой износостойкостью, повышенными коэффициентами трения.
Перед авторами стояла задача получения композиционного покрытия на металлах, обладающего низкими коэффициентами трения, высокой износостойкостью, высокой скоростью осаждения покрытия.
Эта задача решена тем, что в исходный раствор, содержащий хлорид никеля, натрий уксуснокислый, гипофосфит натрия, дополнительно введены порошок полититаната калия и нитрат серебра, компоненты взяты в следующем соотношении, г/л:
Никель хлористый - 20-25;
Гипофосфит натрия - 8-15;
Натрий уксуснокислый - 8-15;
Порошок полититаната калия - 1,5-15;
Нитрат серебра - 0,5;
Дистиллированная вода - 1 литр.
Порошок полититаната калия представляет собой слоистые нанокристаллы чешуйчатой формы, имеющие толщину 20-80 нм и значащий диаметр 200-800 нм. Порошок полититаната калия выпускается ООО «Нанокомпозит» по ТУ 2146 - 021 - 96961827 - 2008. Введение полититаната калия способствует повышению износостойкости, снижению коэффициента трения и увеличению скорости осаждения покрытия.
Нитрат серебра представляет собой бесцветные прозрачные кристаллы в виде пластинок или белых кристаллических палочек без запаха. Очень легко растворим в воде. Введение порошка способствует снижению коэффициента трения.
Равномерность распределения частиц порошка полититаната калия в покрытии достигалась тщательным перемешиванием всех компонентов раствора с помощью магнитной мешалки с числом оборотов 10-40 об/мин.
Количество всех компонентов, входящих в раствор для химического осаждения покрытия, подбиралось экспериментально.
Пример получения покрытия химическим осаждением.
Раствор для химического осаждения покрытия готовят следующим образом: берут один литр дистиллированной воды и нагревают ее до 55-60°С. Затем при тщательном перемешивании (до полного растворения компонентов) последовательно вводят в воду расчетное количество никеля хлористого, натрия уксуснокислого, полититаната калия, нитрат серебра. Далее раствор нагревают до 80-85°С и по окончании нагрева добавляют в него расчетное количество гипофосфита. Перед загрузкой деталей в ванну температуру раствора для химического осаждения доводят до 90-92°С. Одним из необходимых условий при нанесении покрытия на изделие является поддержание в рабочей ванне: расчетной температуры, требуемой кислотности рН - 4,8-5. Температуру раствора поддерживают с помощью лабораторного автотрансформатора в пределах 90-92°С. Перемешивание осуществляют с помощью магнитной мешалки с числом оборотов 10-40 об/мин.
Для подтверждения эффективности предлагаемого раствора были подготовлены четыре раствора для химического осаждения покрытия (см. таблицу). Осаждение металлопокрытия велось на образцах из стали 40Х.
Подготовка поверхности перед осаждение покрытия стальных образцов осуществлялась следующим образом: обезжиривают венской известью, производят травление в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°С в течение 30-60 секунд и промывают проточной водой.
Испытание трибологических свойств полученного покрытия производились на возвратно-поступательной машине трения, скорость перемещения V=0,132 м/с, Р=20,2 МПа при температуре +23°С±2°С на воздухе. Покрытие наносилось на образцы из стали, а в качестве контртела использовались образцы как из стали, так и образцы с твердым смазочным покрытием, разработанным во ФГУП ОКТБ «ОРИОН» (Авторское свидетельство №1644489 А1, 30.09.89).
Количественный состав испытуемых композиций приведен в таблице 1.
Таблица 1
Состав раствора (г/л) и физико-механические свойства
Заявленный раствор
Прототип
1
2
3
4
Никель хлористый
20
20
20
25
21
Натрия гипофосфит
8
8
10
15
24
Натрий уксуснокислый
8
8
10
15
10
Полититанат калия
1,5
1,5
8
15
Нитрат серебра
0,5
0,5
0,5
рН раствора
4,8-5
4,8-5
4,8-5
4,8-5
4,6
Температура раствора,<sup></sup>°С
90-92
90-92
90-92
90-92
90-92
Изделия с покрытием, нанесенным химическим путем из предлагаемого раствора, были испытаны на опытном производстве ФГУП ОКТБ «ОРИОН».
Результаты испытаний физико-механических свойств нанесенного покрытия представлены в таблице 2.
Таблица 2
Состав раствора (г/л) и физико-механические свойства
Заявленный раствор
Прототип
1
2
3
4
Скорость осаждения, мкм/ч
22
22
28
26
15
Коэффициент трения по стальному образцу
0,20
0,22
0,18
0,18
0,26
Коэффициент трения по твердому смазочному покрытию
0,075
0,085
0,06
0,06
0,11
Скорость изнашивания, мкм/ч по стальному образцу
1,8
2,1
1,7
1,7
2,4
Скорость изнашивания, мкм/ч по твердому смазочному покрытию
0,55
0,75
0,4
0,4
0,9
Как видно из результатов, представленных в таблице 2, разработанный состав раствора для получения композиционного покрытия позволяет получить пониженный коэффициент трения по стальным образцам и по твердым смазочным покрытиям, обеспечить повышенную износостойкость и увеличить скорость осаждения покрытия, а следовательно увеличить ресурс работы изделий. Разработанный раствор для химического осаждения испытан на опытном производстве ФГУП ОКТБ «ОРИОН».
На основании вышеизложенного, а также с учетом проведенного патентно-информационного поиска, считаем, что разработанный нами «Раствор для получения композиционного покрытия» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищен патентом Российской Федерации.