Раствор для химического осаждения никель-фосфорных покрытий
Владельцы патента RU 2354746:
Федеральное Государственное унитарное предприятие "Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" (RU)
Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано при химическом никелировании стальных деталей, которые могут быть использованы в химической промышленности, машиностроении. Раствор для химического осаждения никель-фосфорных покрытий содержит никеля дихлорид, янтарную кислоту, натрия фторид, натрия гидроксид, натрия гипофосфит, поливинилпирролидон, фторированное поверхностно-активное вещество и воду при следующем соотношении компонентов, г/л: никеля дихлорид 10,0-15,0, янтарная кислота 12,0-15,0, натрия фторид 2,0-3,0, натрия гидроксид 4,0-6,0, натрия гипофосфит 17,0-20,0, поливинилпирролидон 2,0-2,5, фторированное ПАВ 2,0-6,0. Полученные из раствора покрытия обладают повышенной влагостойкостью и износостойкостью за счет повышения их гидрофобности и олеофобности. 2 табл.
Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано при химическом никелировании стальных деталей, которые могут быть использованы в химической промышленности, машиностроении.
Известны никель-фосфорные покрытия, содержащие различные добавки и легированные другими металлами (Вишенков С.А. Химические и электрохимические способы осаждения металлопокрытий. М.: Машиностроение, 1975 г.). Инертные частицы вводятся в раствор химического никелирования и осаждаются вместе с никелем, образуя композиционные покрытия.
Наиболее близким (прототип) по составу является раствор (Патент №2287612 «Раствор для получения композиционного покрытия химическим осаждением», опубл. 20.11.2006 г. Бюл. №32), следующего состава, г/л:
Никеля дихлорид | 10-15 |
Янтарная кислота | 12-15 |
Натрия фторид | 2-3 |
Натрия гидроксид | 4-6 |
Натрия гипофосфит | 17-20 |
Фторопластовая | |
суспензия Ф-4МД | 25-20 |
Нитрид бора | 0,5-1,0 |
Поливинилпирролидон | 1,0-1,5 |
Меди сульфат | 0,1-0,3 |
Часто на таких предприятиях, как маслоэкстракционные заводы, градирни, необходимо использовать материалы или покрытия, обладающие гидрофобностью и олеофобностью. Однако покрытия, полученные из раствора по прототипу, не обладают указанными свойствами.
Перед авторами стояла задача повышения влагостойкости, маслостойкости и износостойкости покрытий путем повышения их гидрофобности и олеофобности.
Поставленная задача решается тем, что в раствор, содержащий никеля дихлорид, янтарную кислоту, натрия фторид, натрия гидроксид, натрия гипофосфит, поливинилпирролидон, дополнительно введено фторированное поверхностно-активное вещество (ФПАВ) и компоненты взяты в следующем соотношении, г/л:
Никеля дихлорид | 10-15 |
Янтарная кислота | 12-15 |
Натрия фторид | 2-3 |
Натрия гидроксид | 4-6 |
Поливинилпирролидон | 2-2,5 |
Натрия гипофосфит | 17-20 |
Фторированное ПАВ | 2-6 |
Сущность изобретения заключается в том, что введение в раствор химического никелирования фторированного поверхностно-активного вещества способствует не только повышению качества покрытия (более высокий блеск), но и сообщают поверхности полученных покрытий гидрофобные и олеофобные свойства.
Концентрации вводимого ФПАВ подобраны экспериментально таким образом, чтобы обеспечить достижение максимального эффекта.
ПВП представляет собой порошок белого цвета, растворяется в воде. Температура разложения 140-160°С.
ФПАВ представляет собой жидкость желтоватого цвета. Термостоек до 80°С. ФПАВ - поверхностно-активное вещество, неполярная часть молекул которых содержит фторуглеродный радикал.
Пример приготовления раствора никелирования.
В процессе приготовления раствора компоненты: никеля дихлорид, янтарную кислоту, натрия фторид, натрия гидроксид, поливинилпирролидон (ПВП) растворяют в дистиллированной воде, каждый компонент отдельно при температуре 18-25°С, а после фильтрации сливают вместе. ФПАВ вводят в раствор непосредственно перед началом процесса химического никелирования. Затем доводят температуру раствора до 35-40°С, загружают в ванну изделия, натрия гипофосфит, далее процесс ведут при температуре 75-80°С.
В качестве фторированного ПАВ использовали 1-трифторпропилокси-этиловый эфир (CF3СН2CH2О(CH2СН2ОН).
Был разработан ряд составов для химического никелирования, приведенный в таблице 1.
Таблица 1. | |||||
Составы растворов для химического никелирования. | |||||
Компоненты | Содержание, г/л | прототип | |||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
Никеля дихлорид | 10 | 10 | 10 | 10 | 10,0 |
Янтарная кислота | 12,0 | 12,0 | 12,0 | 12,0 | 12,0 |
Натрия фторид | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
Натрия гидроксид | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 |
ФПАВ | 2,0 | 4,0 | 6,0 | 8,0 | - |
Поливинилпирролидон | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 1,0 |
Натрия гипофосфит | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 17,0 |
Покрытия из разработанных составов наносили на изделия из стали 08кп. Подготовку образцов перед нанесением покрытий осуществляли по известным методикам (Вишенков С.А. Химические и электротермохимические способы осаждения металлопокрытий. М.: Машиностроение, 1975 г.). Эффективность покрытий из предлагаемых покрытий оценивали по изменению краевого угла смачивания водой и маслом МС-20, а также по скорости осаждения покрытий и по прочности сцепления с основой. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Прочность сцепления покрытия с основой определяли методом сдвига, следует отметить, что отрыв во всех случаях происходил по клею. Максимальное усилие отрыва составило 6-6,5 МПа (во всех случаях разрыв происходит по клею).
Таблица 2. Свойства покрытий, полученных из предлагаемых растворов. |
||||||
Показатели | Ед. изм. | Номер композиции | Прототип | |||
1 | 2 | 3 | 4 | |||
Краевой угол смачивания вода масло МС-20 |
град | 96 87 |
99 87 |
104 87 |
104 87 |
48 37 |
Скорость осаждения | г/час | 0,1·10-2 | 0,25·10-2 | 0,2·10-2 | 0,15·10-2 | 0,18·10-2 |
Коэффициент трения при Руд=3 МПа, V=0,048 м/с, масло МС-20 | 0,09 | 0,07 | 0,07 | 0,09 | 0,12 |
Как видно из таблицы 2, покрытия из предлагаемых растворов обладают более высокой гидро- и олеофобностью, низкими коэффициентами трения и т.д.
На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемый нами раствор для химического никелирования металлических изделий отвечает требованию «изобретательский уровень» и может быть использован в промышленности.
Проведенный патентно-информационный поиск позволяет нам судить о новизне изобретения и предлагаемый нами раствор может быть защищен патентом РФ.
Раствор для химического осаждения никель-фосфорных покрытий, содержащий никеля дихлорид, янтарную кислоту, натрия фторид, натрия гидроксид, натрия гипофосфит, поливинилпирролидон, фторированное поверхностно-активное вещество и воду при следующем соотношении компонентов, г/л:
никеля дихлорид | 10,0-15,0 |
янтарная кислота | 12,0-15,0 |
натрия фторид | 2,0-3,0 |
натрия гидроксид | 4,0-6,0 |
натрия гипофосфит | 17,0-20,0 |
поливинилпирролидон | 2,0-2,5 |
фторированное ПАВ | 2,0-6,0 |