ЭЛЕКТРОЛИТ-СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЬ-ФТОРОПЛАСТ
ELECTROLYTE SUSPENSION FOR MAKING NICKEL-FLUOROPLASTIC COATINGS

Изобретение относится к электрохимическим производствам, гальванотехнике, а именно к электрохимическому осаждению никелевых композиционных покрытий, в частности металлфторопластов.
Известна электролит-суспензия (Патент США N 4098654, кл. C25D 15/00) следующего состава, г/л:
Сульфат никеля
190-240
Хлористый никель
60-90
Борная кислота
30
Политетрафторэтилен (ПТФЭ)
3-150
Поверхностно-активные вещества (в расчете на 1 м<sup>2</sup> поверхности частиц), ммоль/м<sup>2</sup>
0,003
Вода
остальное
к
2
Режим осаждения: рН 4,5, Т=323-333 К, плотность катодного тока i=1-2 А/дм, механическое перемешивание. Недостатком этого электролита-суспензии является проявление высоких внутренних напряжений у осажденного композита, что вызвано необходимостью качественной стабилизации суспензии поверхностно-активными веществами, которые зачастую наряду с внедрением частиц в матрицу являются источником внутренних напряжений.
Наиболее близким к предлагаемому является электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт (RU 2155246 C1, опубл. 27.08.2000), включающая сульфат никеля, хлористый никель, борную кислоту, порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом, диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты, поверхностно-активные вещества и воду, при соотношении компонентов в граммах на 1 литр раствора:
Сульфат никеля
240-340
Хлористый никель
30-60
Борная кислота
30-40
Порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом
20-150
Диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты
0,4-0,8
Поверхностно-активные вещества
0,4-3
Вода
остальное
Однако покрытие на основе электролита-суспензии имеет высокий коэффициент трения и низкую скорость осаждения покрытия.
Технической задачей изобретения является снижение коэффициента трения и повышение скорости осаждения покрытия, полученного на основе электролита-суспензии.
Поставленная задача решается введением в электролит-суспензию для получения покрытий никель-фторопласт, включающую хлористый никель, борную кислоту, порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом, диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты, поверхностно-активные вещества и воду, дополнительно сульфаминовокислого никеля и сульфосалициловой кислоты, при соотношении компонентов в граммах на 1 литр раствора:
Сульфаминовокислый никель
250-300
Хлористый никель
15-20
Борная кислота
25-40
Порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом
110-200
Диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты
0,4-0,8
Сульфосалициловая кислота
0,1-0,2
Поверхностно-активные вещества
3,5-6
Вода
остальное
к
2
Режим осаждения: рН 4,0-4,5, Т=333 K, плотность катодного тока i=2-8 А/дм, механическое перемешивание.
В результате использования предложенной композиции снижается коэффициент трения и повышается скорость осаждения покрытия.
Пример 1
Электролит-суспензию готовили, диспергируя предварительно приготовленный концентрат - смесь порошка сополимера тетрафторэтилена с этиленом Ф-40 (ТУ-301-05-17-89) 200 г/л и поверхностно-активных веществ 6 г/л в электролите, составленном на основе сульфаминовокислого никеля 250 г/л, хлористого никеля 30 г/л, борной кислоты 30 г/л, диимида 4,6-дисульфоизофталевой кислоты 0,4 г/л, сульфосалициловой кислоты, растворенных в дистиллированной воде.
2
2
2
Электролиты предварительно прорабатывали в течение 10 часов в ячейке со стальным катодом при плотности тока 1,5 А/дм. Покрытия толщиной 20 мкм наносились из ванны стандартного типа на бронзовые цилиндры с поверхностью 0,045 дм при рН 4,5, Т=333 K и плотности тока 8 А/дм. Измерение внутренних напряжений производили с помощью рентгеноструктурного метода, оценивая уширение пиков линий дифракционных максимумов.
Определение коэффициента трения покрытий
уд
2
Сравнительную оценку износостойкости пар трения осуществляли на образцах по схеме торцевого трения скольжения втулочных образцов. Торцевое трение скольжения втулочных образцов по схеме «кольцо - кольцо» проводили на машине трения И47-1 в условиях капельной смазки гидрожидкостью (масло И-20) при Р=15 кг/см и n=250 об/мин.
Методика основана на измерении силы трения и износа элементов пар трения. Момент трения регистрировался самопушущим прибором типа КСП.
Весовой износ элементов пар трения определялся по разности весов до и после испытаний на аналитических весах с точностью до 0,1 мг. Коэффициент трения рассчитывался по формуле:
тр
ср
н
ср
f=М/NР,
ср
ср
н
где Р - средний радиус образца, см; М - средний момент трения, кг·см; N - номинальное усилие прижатия образцов, кг.
За результат испытания принималось среднее арифметическое значение из трех параллельных испытаний свежих пар трения.
Определение скорости осаждения покрытия.
Скорость осаждения покрытия вычисляли через массу осадка образца и время осаждения
2
1
m=m-m,
где m - масса осадка, г;
1
m - масса образца без покрытия, г;
2
m - масса образца с покрытием, г;
t - время осаждения, ч.
Определение содержания частиц сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии
Состав композиционного никельфторопластового покрытия определялся на основе фотоколориметрического анализа никеля, а содержание сополимера тетрафторэтилена с этиленом - по разности навески. Для фотоколориметрического анализа использовался фотоэлектрический концентрационный колориметр КФК - 2МП.
Массу сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии определяли по следующей формуле:
фт
покр
Ni
m=m-m,
фт
где m - масса сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, г;
покр
m - масса покрытия, г;
Ni
m - масса никеля в покрытии, г.
Объемную долю (%) сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии рассчитывали по формуле:
об
где V - объемная доля сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, %;
фт
М - масса сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, г;
ме
3
ρ - плотность металла, г/см;
Аналогичным образом (примеры 2-3) готовили электролиты суспензии, проводили электроосаждение, определяли свойства покрытий.
16
20
17
4
Примечание: катионное поверхностно-активное вещество марки (ЧАС-Т) представляет собой четвертичное аммониевое соединение на основе производного триммера окиси гексафторпропилена CHFNOCl (ТУ 044-65-90);
неионогенное поверхностно-активное вещество марки ОС-20 представляет собой моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот
n
2n+1
2
4
m
СHO(CHO)H, где n=18, m=20.
Как видно из таблицы, покрытия, полученные из предлагаемого электролита, имеют более высокую по сравнению с прототипом скорость осаждения покрытий и более низкий коэффициент трения. Составы, параметры и свойства показаны в таблице.
Состав электролита (г/л)
Пример по прототипу пат. 2155246
Примеры по изобретению
1
2
3
Сульфат никеля
250
-
-
-
Сульфаминовокислый никель
-
300
250
280
Хлористый никель
30
15
20
18
Борная кислота
30
40
25
30
Диимид 4,6 дисульфоизофталевой кислоты
0,8
0,4
0,6
0,8
Сополимер тетрафторэтилена с этиленом марки Ф-40
100
200
110
150
Сульфосалициловая кислота
-
0,2
0,1
0,15
Поверхностно-активные вещества:
- катионное марки ЧАС-Т
2,2
4
2,5
3
- неионогенное марки ОС-20
0,8
2
1
1,5
Параметры и свойства
Температура осаждения, К
333
333
333
333
рН
4,6
4,5
4,0
4,3
Плотность тока, А/дм<sup>2</sup>
2
8
2
6
Внутренние напряжения, мПа
34
28
32
30
Объемное содержание сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, % об.
18
68
24
56
Коэффициент трения
0,4
0,11
0,3
0,2
Скорость осаждения, мкм/час
24
86
32
62