CC BY
32
УДК 621.357.7
Жирухин Д.А., Архипов Е.А., Москвин В.И., Смирнов К.Н., Ваграмян. Т.А.
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ СПЛАВОМ НИКЕЛЬ-ФОСФОР
Жирухин Денис Александрович, аспирант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9, [email protected]
Архипов Евгений Андреевич, главный специалист, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой инновационных материалов и защиты от коррозии
Москвин Вячеслав Игоревич, специалист, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9 Смирнов Кирилл Николавевич, к.т.н, доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
Цель работы - Разработка электролита для осаждения сплава никель-фосфор, котороый может быть использован в качестве "холодного "раствора химического никелирования, обладающего высокой скорость осаждения и качеством получаемого покрытия сопоставимым по внешнему виду с полублестящим гальваническим никелевым покрытием ., Вместе с тем, осаждаемый сплав имел аморфную структуру, вследствие высокого содержания фосфора в сплаве.
Ключевые слова: никель - фосфор, химический никель, раствор химического никелирования, аморфный осадок, серосодержащие соединения, поверхностно-активные вещества.
LOW-TEMPERATURE ELECTROLYTE FOR COATING OF NICKEL-PHOSPHORUS ALLOYS
Zhiruhin D.A., Arhipov E.A., Moskvin V.I., Smirnov K.N., Vagramyan T.A D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The purpose of this work is to develop an electrolyte for the deposition of a nickel-phosphorus alloy, which can be used as a "cold" chemical nickel plating solution. Possessing a high deposition rate and quality of the coating obtained comparable in appearance with a semi-glossy nickel plating. At the same time, having an amorphous structure due to the high content of phosphorus in the alloy.
Key words: nickel - phosphorus, chemical nickel, chemical nickel plating solution, amorphous precipitate, sulfur-containing compounds, surface-active substances.
Никель-фосфорные покрытия находят широкое применение в различных отраслях промышленности
[1]. Эти покрытия часто используются для придания изделиям различных функциональных свойств: защитно-декоративных, коррозионной стойкости, твердости и износостойкости, магнитных и др.
Под химическим восстановлением металлов понимают автокаталитический процесс осаждения компактных металлических покрытий на поверхности изделия, путем взаимодействия находящихся в растворе ионов металла и восстановителя, являющегося донором электронов
[2].
При этом, вне зависимости от рельефа поверхности получаемые осадки однородны по составу, как в углублениях, так и на выступах, чего невозможно добиться гальваническим осаждением.
Для поддержания устойчивой работы раствора химического никелирования необходимо
непрерывно контролировать определенные
параметры раствора, такие как температура, кислотность, соотношение концентрации основных компонентов [2]
Одим из критериев разделения растворов химического никелирования на типы является температура процесса. По этому признаку выделяют две большие группы: т.н. «холодные» растворы, работающие при температуре ниже 80 °С и горячие с оптимальной рабочей температурой 90°С и выше.
Большинство современных растворов химического никелирования работают при температурах порядка 90 - 95 °С, что позволяет достигать достаточно высоких скоростей осаждения никеля (сопоставимых со скоростями гальванического никелирования) и хорошего качества покрытия [1-3].
Упоминаемые в технической литературе "холодные" процессы химического никелирования, работающие при температурах 25 - 40°С, не позволяют получать покрытия хорошего качества.
Скорость осаждения покрытия в таких растворах от одного до нескольких микрон в час. Основным компонентом таких растворов являются аммониевые соли в качестве буферирующего компонента и/или лиганда [3].
Растворы работающие при более высокой температуре 50 - 70 °С, вызывают больший интерес, так как скорости осаждения в таких растворах могут достигать 10 и выше мкм/час, качество получаемых покрытий сопоставимо с матовыми гальваническими покрытиями. В составах этих растворов не всегда присутствуют соли аммония, что облегчает утилизацию отработанного раствора [4].
Исходя из всего выше сказанного, в качестве прототипа для исследования был взят раствор химического никелирования на основе оксикарбоновой кислоты, работающий в диапазоне рН 4,5 - 6,0. Для повышения производительности раствора и продления его срока службы в состав был введен стабилизатор - тиокарбоновое соединение, а также поверхностно-активное вещество из класса фосфоновых кислот в качестве дополнительного лиганда.
Таблица 1. Состав раствора химического
Компонент Содержание, г/л
NiSO4 * 7H2O 50
NaH2PO2* H2O 20
C3H6O3 40
Na(CH3COO)2 25
Стабилизатор 0.001
ПАВ 10
Сплав никель-фосфор осаждали на стальные пластинки 50*70 мм при удельной загрузке раствора 3 дм2/л в диапазоне температур от 55 до 75 градусов, при рН 5, в течение 1 часа.
Скорость осаждения покрытия определялась гравиметрическим способом [5]. Блеск покрытия определяли визуально [6]. Содержание фосфора в покрытии определялось фотометрическим способом
[5].
Свойства осаждаемых покрытий приведены в таблице 2.
Таблица 2. Свойства осаждаемых покрытий
Температура, °C 55 65 75
Уос. ПК, мкм/час 9,7 12,3 15,6
Блеск, GU (а = 60°) 100 124 120
P, %mass 9,5 8,77 8,5
Объемная реакция Отсутствует Отсутствует Отсутствует
Из полученных данных можно сделать вывод о том, что предлагаемый состав может быть использован в качестве "холодного" раствора химического никелирования. Несмотря на относительно невысокую скорость осаждения качество получаемого покрытия сопоставимо по внешнему виду с полублестящим гальваническим никелевым покрытием и, вместе с тем, имеет аморфную структуру вследствие высокого содержания фосфора в сплаве [1].
Список литературы
1. Зоткин В.В., Зайцев А.Г., Гаврилин Г.О., Архипов Е.А., Смирнов К.Н. Изучение процесса химического никелирования как стадии ENIG процесса// Гальванотехника и обработка поверхности. - 2015, - Т. 23 №1 - С. 47 - 51.
2. Горбунова К.М., Иванов М.В. Химические методы осаждения металлов (химическое никелирование и кобальтирование). //В кн.: Гальванотехника: Справ./Ф.Ф. Ажогин, М.А. Беленький, И.Е. Галь и др.: Под ред. A.M. Гинберга. - М.: Металлургия. 1987.
3. Гальванотехника: Справ. Изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. М.: Металлургия, 1987. 736 с.
4. Патент US 8858693 B2, 14.10.2014
5. ISO 4527:2003, "Metallic coatings — Autocatalytic (electroless) nickel-phosphorus alloy coatings" — Specification and test methods.
6. ГОСТ 9.302 - 88 "ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ. Методы контроля.
