Способ получения износостойкого никелевого покрытия на стали

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО НИКЕЛЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Свиридова Татьяна Викторовна Степанова Лариса Ивановна Свиридов Дмитрий Вадимович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ получения износостойкого никелевого покрытия на стали, в котором гальванически осажденную из сульфатно-хлоридного электролита при температуре 50 С и плотности тока осаждения 5 А/дм 2 пленку никеля подвергают ультразвуковому облучению при частоте 22 кГц и акустической мощности 45 Вт в 0,1 М водном растворе полимолибденовой кислоты в течение 2-4 минут. Изобретение относится к области получения покрытий на поверхности трущихся пар с улучшенными триботехническими характеристиками и может быть использовано при производстве и восстановлении деталей машин с целью придания им повышенной износостойкости. Одной из важных задач современного материаловедения является разработка методов повышения износостойкости узлов трения, позволяющих увеличить ресурс службы механических устройств и агрегатов, а также отказаться от использования дорогостоящих конструкционных материалов и затратных операций обработки рабочих поверхностей(включая закалку деталей из стали, требующую восстановления размерных характеристик изделия после термической обработки). Одним из наиболее эффективных методов повышения стойкости изделий из стали к механическому износу является гальваническое либо химическое осаждение на их поверхность пленок никеля 3, 4 и его сплавов (в том числе с неметаллами 5), а также композитных покрытий (в частности, типа металл-оксид 6). Указанные методы являются высокотехнологичными, малозатратными и обеспечивают управляемое осаждение защитных покрытий с сохранением линейных размеров изделия. В качестве прототипа 7 выбран способ гальванического осаждения твердого никелевого покрытия на изделия из стали (так называемое твердое никелирование), традиционно 14524 1 2011.06.30 используемый для придания последним повышенной износостойкости. Покрытия такого рода, как правило, осаждают из растворов следующего состава 180 г/л 472 4 25 г/л 33 30 г/л вода до 1 л. при температуре 50 С и плотности тока 5 А/дм 2. В то же время для многих приложений износостойкость такого никелевого покрытия оказывается недостаточной, что требует перехода к более дорогостоящим методам поверхностной обработки. Задача изобретения - разработка способа повышения износостойкости гальванического никелевого покрытия на изделиях из стали за счет сонохимического модифицирования их поверхности. Поставленная задача достигается тем, что в способе получения износостойкого никелевого покрытия на стали гальванически осажденную из сульфатно-хлоридного электролита при температуре 50 С и плотности тока осаждения 5 А/дм 2 пленку никеля подвергают ультразвуковому облучению при частоте 22 кГц и акустической мощности 45 Вт в 0,1 водном растворе полимолибденовой кислоты в течение 2-4 мин. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность нанесенного на сталь гальванического никелевого покрытия дополнительно осаждаются оксидно-гидроксидные соединения молибдена, которые химически пришиваются к обрабатываемой поверхности, для чего поверхность пленки гальванически осажденного никеля подвергается действию ультразвука в водном растворе полимолибденовой кислоты. Продолжительность ультразвуковой обработки зависит от концентрации полимолибденовой кислоты и интенсивности ультразвукового источника. При частоте 22 кГц и акустической мощности источника 45 Вт оптимальное время ультразвуковой обработки никелевой поверхности в 0,1 водном растворе полимолибденовой кислоты составляет 3 мин. Пример 1. Никелевое покрытие наносится на поверхность стали из электролита следующего состава 180 г/л 472 4 25 г/л 33 30 г/л вода до 1 л. Температура 50 С, плотность тока осаждения 5 А/дм 2, толщина никелевого покрытия 20 мкм. Затем образец помещается в водный раствор полимолибденовой кислоты, полученный пропусканием 0,1 раствора 24 через ионообменную колонку с катионитом КУ-2 в Н-форме, и подвергается обработке ультразвуком (частота - 22 кГц, акустическая мощность - 45 Вт) в течение 3 мин. Износостойкость модифицированного таким образом никелевого покрытия в 7,3 раза выше, чем в случае никелевого покрытия, не модифицированного оксидно-гидроксидными соединениями молибдена (величина износа оценивалась по потере массы образцом в условиях сухого трения в течение 30 мин при нагрузке 1,1 кг/см 2). Пример 2. Получение и модифицирование покрытия осуществляется, как в примере 1, но продолжительность ультразвуковой обработки составляет 1 мин. Износостойкость модифицированного таким образом никелевого покрытия в 5,2 раза выше, чем в случае никелевого покрытия, не модифицированного оксидно-гидроксидными соединениями молибдена. Пример 3. Получение и модифицирование покрытия осуществляется, как в примере 1, но продолжительность ультразвуковой обработки составляет 2 мин. Износостойкость модифи 2 14524 1 2011.06.30 цированного таким образом никелевого покрытия в 7,3 раза выше, чем в случае никелевого покрытия, не модифицированного оксидно-гидроксидными соединениями молибдена. Пример 4. Получение и модифицирование покрытия осуществляется, как в примере 1, но продолжительность ультразвуковой обработки составляет 4 мин. Износостойкость модифицированного таким образом никелевого покрытия в 7,2 раза выше, чем в случае никелевого покрытия, не модифицированного оксидно-гидроксидными соединениями молибдена. Пример 5. Получение и модифицирование покрытия осуществляется, как в примере 1, но продолжительность ультразвуковой обработки составляет 5 мин. Износостойкость модифицированного таким образом никелевого покрытия в 4,2 раза выше, чем в случае никелевого покрытия, не модифицированного оксидно-гидроксидными соединениями молибдена. Пример 6. Получение и модифицирование покрытия осуществляется, как в примере 1, но при обработке в молибденовой кислоте ультразвуковое облучение не применяется. Износостойкость модифицированного таким образом никелевого покрытия в 4,0 раза выше, чем в случае никелевого покрытия, не модифицированного оксидно-гидроксидными соединениями молибдена. Пример 7. Получение и модифицирование покрытия осуществляется, как в примере 1, но ультразвуковая обработка продолжительностью 3 мин проводится в растворе полимолибденовой кислоты, полученном пропусканием раствора 0,524 через ионообменную колонку. Износостойкость модифицированного таким образом никелевого покрытия в 3,0 раза выше, чем в случае никелевого покрытия, не модифицированного оксидно-гидроксидными соединениями молибдена. Пример 8. Получение и модифицирование покрытия осуществляется, как в примере 1, но ультразвуковая обработка продолжительностью 3 мин проводится в растворе полимолибденовой кислоты, полученном пропусканием раствора 0,0124 через ионообменную колонку. Износостойкость модифицированного таким образом никелевого покрытия в 4,0 раза выше,чем в случае никелевого покрытия, не модифицированного оксидно-гидроксидными соединениями молибдена. То обстоятельство, что сонохимическая обработка поверхности гальванически осажденной пленки никеля сопровождается химической пришивкой оксидно-гидроксидных соединений молибдена обеспечивает высокий уровень адгезии формирующегося покрытия,значительно повышающего износостойкость гальванического осадка в условиях сухого трения. Одновременно обеспечивается повышение (до 2 и более раз) коррозионной стойкости никелевого гальванического покрытия (оцененной по потере массы за фиксированные промежутки времени при термостатировании покрытия при 50 С в 0,5 растворе 24), поскольку молибдаты являются эффективными ингибиторами коррозии. Использованные источники 1. Патент РФ 2190688, МПК С 23 С 9/04, 2002. 2. Методы упрочнения поверхностей деталей машин / Под ред. Г.В.Москвитина. М. Красанд, 2008. - 400 с. 3. Плетнев Д.В., Брусенцова В.Н. Основы технологии антифрикционных и износостойких покрытий. - М. Машиностроение, 1968. - С. 203. 3 14524 1 2011.06.30 4. Патент 4527815, МПК 16 9/14, 1985. 5. Цыбульская Л.С., Гаевская Т.В., Бекиш Ю.Н., Позняк С.К. В кн. Химические проблемы создания новых материалов и технологий. Вып. 3. - Минск БГУ, 2008. - С. 90. 6. Сайфулин Р.С. Неорганические композиционные материалы. - М. Химия, 1983. 304 с. 7. Патент 2331751, МПК С 25 5/00, 1943. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4