ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
GALVANIC COMPOSITE MATERIAL ON BASE OF NICKEL

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 микротвердости различных материалов на основе никеля.
Увеличение 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. - 272 с.), а также с В (Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Кудимов Ю.Н., Сысоев Г.Н., Свицын Р.А., Балакай В.И. Электролит для осаждения покрытий сплавом никель-бор - А.с. СССР 1387528, МКИ С25D 3/56. - №4001609/31-02; заявл. 02.01.86; опубл. 08.12.87), 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 предлагаемому изобретению по технической сущности относится композиционный материал никель-бор-алмаз следующего состава, мас.%:
бор
0,2-3,2
ультрадисперсный алмазный порошок
0,1-2,6
никель
остальное
(Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Г.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ С22С 19/03, 26/00, С25D 15/00. - №5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. №32. - 3 с.).
Однако данный композиционный материал имеет недостаточную микротвердость.
Задачей настоящего изобретения является повышение микротвердости материалов на основе никеля с бором, легированных оксидом алюминия.
Указанная задача достигается получением композиционного материала никель-бор-оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид алюминия
1,4-3,9
бор
0,7-3,1
никель
остальное
Наличие оксида алюминия в композиционном материале никель-бор-оксид алюминия приводит к увеличению его микротвердости.
Увеличение содержания оксида алюминия выше верхнего заявляемого предела приводит к увеличению внутренних напряжений, ухудшению качества и снижению микротвердости композиционного материала.
Уменьшение содержания оксида алюминия в композиции ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению микротвердости композиционного материала.
Для апробирования предложенного состава композиционного материала никель-бор-оксид алюминия были изготовлены композиции, химический состав которых приведен в табл.1, где 2, 3, 4 - содержание оксида алюминия на нижнем, среднем и верхнем уровнях соответственно, а 1 и 5 - содержание оксида алюминия в композиции за граничными значениями.
Композиционный материал никель-бор-оксид алюминия получали электрохимическим способом из электролита следующего состава, г/л:
хлорид никеля шестиводный
200-350
борная кислота
25-40
сахарин
0,7-1,8
оксид алюминия
15-40
декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86)
1,2-4,5
2
Режимы электролиза: рН 1,0-5,0, температура 18-40°С, катодная плотность тока 0,5-11 А/дм при перемешивании.
Таблица 1
Химический состав композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототипа - никель-бор-алмаз
Композиционный материал и прототип
Оксид алюминия
Ультрадисперсный алмазный порошок
Бор
Никель
Предложенный 1
0,9
-
0,2
98,9
2
1,4
-
0,7
97,9
3
2,7
-
1,8
95,5
4
3,9
-
3,1
93,0
5
4,5
-
3,6
91,9
Прототип
-
1,3
1,7
97,0
Пример 1. Композиционный материал химического состава, мас.%:
2
оксид алюминия 0,9, бор 0,2, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 150, оксид алюминия 10, борная кислота 20, сахарин 0,5, декагидродекаборат натрия 0,7 при рН 5,5, температуре 16°С и катодной плотности тока 2 А/дм. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до 3/4 необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°С растворяли борную кислоту, сахарин и хлорид никеля, после того как довели уровень электролита до необходимого объема вводили декагидродекаборат натрия и оксид алюминия. рН электролита доводили либо соляной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).
2
Пример 2. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 1,4, бор 0,7, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200, оксид алюминия 15, борная кислота 25, сахарин 0,7, декагидродекаборат натрия 1,2 при рН 5,0, температуре 18°С и катодной плотности тока 3 А/дм. Электролит готовили по методике, описанной выше.
2
Пример 3. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 2,7, бор 1,8, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 280, оксид алюминия 25, борная кислота 32, сахарин 1,2, декагидродекаборат натрия 2,5 при рН 3,0, температуре 30°С и катодной плотности тока 5 А/дм. Электролит готовили по методике, описанной выше.
2
Пример 4. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 3,9, бор 3,1, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 350, оксид алюминия 40, борная кислота 40, сахарин 1,8, декагидродекаборат натрия 4,5 при рН 1,5, температуре 40°С и катодной плотности тока 11 А/дм. Электролит готовили по методике, описанной выше.
2
Пример 5. Композиционный материал химического состава, мас.%: оксид алюминия 4,5, бор 3,6, никель - остальное осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 370, оксид алюминия 50, борная кислота 40, сахарин 2,0, декагидродекаборат натрия 5,0 при рН 1,1, температуре 45°С и катодной плотности тока 12 А/дм. Электролит готовили по методике, описанной выше.
2
Прототип осаждали из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200-300, борная кислота 20-25, аммоний сернокислый 10-40, сахарин 0,6-1,5, декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86) 0,3-3,6, 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 (Дегтярь Л.А., Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И., Сысоев Г.Н. Композиционное электрохимическое покрытие. - А.с. СССР 2048573, МКИ С22С 19/03, 26/00, С25D 15/00. - №5020525/02; заявл. 03.01.92; опубл. 11.02.95, Бюл. №32. - 3 с.).
В табл.2 приведены физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототипа никель-бор-алмаз.
Таблица 2
Физико-механические свойства предложенного композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототип никель-бор-алмаз.
Физико-механические свойства композиционного материала никель-бор-оксид алюминия и прототип никель-бор-алмаз
Предложенный состав композиции
Прототип
1
3
2
4
5
Микротвердость, ГПа
24
30
32
31
28
23
Внутренние напряжения, МПа
58,8
59,0
61,2
64,4
69,3
64,8
Как видно из табл.2, микротвердость композиционного материала никель-бор-оксид алюминия превышает микротвердость никель-бор-алмаз (прототипа) в 1,3-1,4.