Гальваническое покрытие сплавами позволяет решить задачу получения новых конструкционных материалов с улучшенными характеристиками.
Сплавы, полученные при электроосаждении, имеют мелкокристаллическую структуру и слоистое строение, что отличает их от металлургических сплавов. Однако, после термической обработки, как правило, слоистость структуры исчезает, и они становятся похожи на обычный сплав.
Для придания поверхности деталей повышенной износостойкости и твердости обычно используют покрытие гальваническим хромом. Но повышенная токсичность и агрессивность хромовых растворов ограничивает его применение (см.«Покрытие хромом – это надежно и красиво!»).
Достаточно хорошими механическими свойствами – твердостью, прочностью, а также высокой коррозионной стойкостью обладают осадки, полученные при никелировании (см. «Никелирование»).
Но если никелевое покрытие содержит в своем составе некоторое количество фосфора, его защитные свойства и твердость значительно повышаются. Для получения покрытий сплавом никель-фосфор можно использовать химический (см. «Химическое осаждение никеля – за и против!») и электрохимический способы.
В производстве, как правило, покрытие сплавом никель-фосфор получают химическим осаждением из кислых и щелочных растворов. В основе метода лежит реакция взаимодействия ионов металла с растворенным восстановителем на поверхности металла. Наличие в никеле фосфора делает пленку близкой по твердости пленке хрома.
Интерес к этому методу обусловлен, главным образом, возможностью получения равномерных по толщине покрытий на изделиях сложного рельефа, а также тем, что получаемые покрытия, вследствие включения в них фосфора, обладают специфическими свойствами, отличающимися от свойств «чистого» никеля.
Основной недостаток химического никелирования – достаточно высокая стоимость процесса из-за короткого срока службы растворов химического никелирования.
Применение гальванического метода покрытие сплавом никель-фосфор позволяет устранить этот недостаток.
Покрытие сплавом никель-фосфор.
Наибольшее распространение получил сульфатно-хлоридный электролит состава, г/л:
NiSO4 · 7H2O 150 – 200
H3PO4 50
NaH2PO2 · H2O 7,5 – 15
NiCl2 · H2O 30 – 50
CoSO4 · H2O 1 – 5
Сахарин 5
Режим электролиза: pH 1,2 – 1,8; плотность тока 10 – 30 А/дм2; температура 75 – 80ºС; выход по току 50 – 75%.
В ходе процесса на катоде гипофосфит натрия под действием атомарного водорода, выделяющегося на катоде при электролизе, восстанавливается до фосфина PH3, который в кислой среде присоединяет ион водорода, образуя катион фосфония PH4+.
Таким образом, на катоде совместно с ионом Ni+2 разряжается ион фосфония. При этом образуется фосфор, который, осаждаясь вместе с никелем, дает покрытие сплавом никель-фосфор. Содержание фосфора в покрытии изменяется в зависимости от концентрации гипофосфита и достигает 15%.
Износостойкость покрытия сплавом равна износостойкости легированных термически обработанных сталей, коррозионная стойкость в 5 – 7 раз выше, чем у чистых никелевых осадков, а коэффициент трения значительно ниже.
Электрохимическое покрытие сплавом никель-фосфор используется для улучшения физико-механических свойств алюминиевых поршней автомобильного двигателя, восстановление мерительного инструмента, поскольку позволяет осуществлять толстослойное наращивание покрытия.
Осуществление непрерывного ведения процесса нанесения покрытий сплавом никель-фосфор в производственных условиях встретило существенные трудности в связи с недостаточной стабильностью раствора в условиях его длительной корректировки.
Некоторыми фирмами были найдены частные решения этой проблемы в виде подобранных, в основном, эмпирическим путем и охраняемых патентным правом специальных добавок к электролиту.
Успешные разработки по стабилизации электролита покрытия сплавом никель-фосфор проведены на кафедре ТЭП РХТУ им. Менделеева, которые внедрены на заводах в г. Москве и Ульяновске, а также опубликованы в учебниках и учебных пособиях по прикладной электрохимии.
Нижн. Новгород Время