электролит для осаждения сплава золото-бор
Классы МПК: | C25D3/62 содержащих более 50% по массе золота |
Автор(ы): | Балакай Владимир Ильич (RU), Арзуманова Анна Валерьевна (RU), Курнакова Наталья Юрьевна (RU), Балакай Илья Владимирович (RU), Балакай Ксения Владимировна (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-06-19 публикация патента:
27.07.2009 |
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности, где необходимо применять изделия с высокой износостойкостью. Электролит содержит, г/л: золотохлористоводородную кислоту 8-12, калий железистосинеродистый 150-200, калий сернокислый 40-50, поташ 40-50, соль анионного полиэдрического бората общей формулой Mz Cn Вm Нх (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12) 2,9-4,3. Технический результат - повышение износостойкости. 2 табл.
Формула изобретения
Электролит для осаждения сплава золото-бор, содержащий золотохлористоводородную кислоту, калий железистосинеродистый, калий серно-кислый, поташ и воду, отличающийся тем, что для увеличения износостойкости сплава электролит дополнительно содержит соль анионного полиэдрического бората при следующем соотношении компонентов, г/л:
золотохлористоводородная кислота (в пересчете на металл) | 8-12 |
калий железистосинеродистый | 150-200 |
калий серно-кислый | 40-50 |
поташ | 40-50 |
соль анионного полиэдрического бората общей формулы | |
М z Сn Вm Нх, где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12 | 2,9-4,3 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гальванотехника, в частности к осаждению покрытий сплавом золото-бор, и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве материала, обладающего высокой износостойкостью.
В промышленности появилась необходимость увеличения износостойкости различных материалов на основе золота.
Увеличение износостойкости материала на основе золота можно достигнуть за счет легирования их металлами и (или) неметаллами.
Известны электролиты для нанесения сплавов на основе золота с кобальтом, сурьмой с целью получения покрытий, обладающих высокой износостойкостью, следующего состава, г/л:
1.Дицианоаурат калия 4,5-5,5, калий сурьмяновиннокислый 0,25-0,45, калий цианистый 10-15, калий углекислый 15-20, температура электролита 20-30, катодная плотность тока 0,15-0,3 А/дм2;
1.Дицианоаурат калия 8-16, сульфат кобальта 0,5-2, однозамещенный цитрат калия 60-100, гидрат пиперазина 4-10, температура электролита 28-32, катодная плотность тока 0,6-0,9 А/дм2.
(Электроосаждение металлических покрытий. Справочник. / М.А.Беленький, А.Ф.Иванов. - Металлургия, 1985. - 288 с.)
Однако покрытия, осажденные из данных электролитов, имеют недостаточную износостойкость.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава золото-медь следующего состава, г/л:
соль золота | 3-8 |
соль меди | 10-12 |
калий железистосинеродистый | 100-250 |
калий углекислый | 30-40 |
калий сернокислый | 20-40 |
полиэтиленполиамин | 0,1-1,5 |
Режимы электролиза: рН 9,0-9,5, температура 18-30°C, катодная плотность тока 0,1-0,25 А/дм2. (А. с. 859486, МКИ С25D 3/62. Электролит для осаждения покрытий из сплава золото-медь. / И.Д. Кудрявцева, Н.М.Сербиновская, Л.Н.Букас, В.А.Морозов, В.М.Лупандина. - № 2868165/22-02; Заявл. 02.11.79; Опубл. 30.08.81; Бюл. № 32. - 3 с.) Однако покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточную износостойкость.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости сплава.
Поставленная задача достигается тем, что в состав электролита, содержащий золотохлористоводородную кислоту, калий железистосинеродистый, калий сернокислый, поташ, дополнительно вводят соль анионного полиэдрического бората общей формулой Mz Cn Вm Нх (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, х=8, 10, 12) при следующем соотношении компонентов, г/л:
золотохлористоводородная кислота (в пересчете на металл) | 8-12 |
калий железистосинеродистый | 150-200 |
калий сернокислый | 40-50 |
поташ | 40-50 |
соль анионного полиэдрического бората общей | |
формулой Mz Cn Вm Нх (где М - натрий, калий или | |
аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, х=8, 10, 12) | 2,9-4,3 |
Режимы электролиза: рН 9,0-9,5, температура 18-30°C, катодная плотность тока 0,1-0,2 А/дм2 при перемешивании.
Наличие борсодержащей добавки в электролите позволяет электроосаждать сплав золото-бор с высокой износостойкостью.
Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В горячей воде отдельно растворяли поташ и железистосинеродистый калий, сливали их вместе, а в полученную смесь вводили золотохлористоводородную кислоту. После кипячения в течение 15 мин на газовой горелке отфильтровывали осадок гидроокиси железа, к фильтру приливали раствор сернокислого калия и продолжали кипячение в термостате, залитом силиконовым маслом (температура масла 170-180°C), при постоянном перемешивании в течение 6-8 ч. После кипячения раствор фильтровали, рН доводили до заданного значения концентрированной соляной кислотой или раствором гидроксида натрия и вводили борсодержащую добавку.
Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике, описанной выше. А значения износостойкости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл. 2 соответственно.
Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства сплава золото-бор, осажденных при температуре (18-30°C) из предлагаемого электролита и из прототип золото-медь приведены в табл.2.
Граничные концентрации компонентов электролита выбраны по следующим соображениям:
1) увеличение содержания золота в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и уменьшению износостойкости;
2) уменьшение содержания золота в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и увеличению уменьшения износостойкости;
Таблица 1 | ||||||
Составы электролитов и режимы электролиза | ||||||
Состав электролитов и режимы электролиза | Концентрация компонентов, г/л | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | прот | |
золотохлористоводородная кислота (в пересчете на металл) | 6 | 8 | 10 | 12 | 15 | 10 |
медь сернокислая (в пересчете на металл | - | - | - | - | - | 12 |
калий железистосинеродистый | 120 | 150 | 175 | 200 | 250 | 175 |
калий сернокислый | 30 | 40 | 45 | 50 | 60 | 45 |
поташ | 30 | 40 | 45 | 50 | 60 | 45 |
Соль анионного полиэдрического бората общей формулой Мz Cn Вm Нх (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10,12, x=8, 10, 12) | 2,4 | 2,9 | 3,5 | 4,3 | 4,7 | - |
pH электролита | 8,5 | 9 | 9,2 | 9,5 | 10 | 9,2 |
Температура, °C | 16 | 18 | 25 | 30 | 35 | 25 |
Катодная плотность тока, А/дм2 | 0,05 | 0,1 | 0,15 | 0,2 | 0,3 | 0,2 |
3) увеличение содержания калия железистосинеродистого в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и уменьшению износостойкости;
4) уменьшение содержания калия железистосинеродистого ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к ухудшению качества покрытия и уменьшению износостойкости;
5) увеличение содержания калия сернокислого выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и уменьшению износостойкости;
6) уменьшение содержания калия сернокислого Б ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и уменьшению износостойкости;
7) увеличение содержания поташа выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и уменьшению износостойкости;
8) уменьшение содержания поташа ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и уменьшению износостойкости;
9) увеличение содержания соль анионного полиэдрического бората выше верхнего заявляемого предела приводит к уменьшению износостойкости;
10) уменьшение содержания соль анионного полиэдрического бората ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению износостойкости.
Таблица 2 | ||||||
Физико-механические свойства покрытий | ||||||
Характеристики электролитов и сплавов золото-бор и золото-медь | Электролиты | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | прот | |
Износостойкость сплава золото-бор по отношению к чистому золоту, МПа | 14 | 17 | 19 | 22 | 16 | 15 |
Микротвердость, ГПа | 270 | 310 | 340 | 370 | 390 | 260 |
Сцепление с основой из стали, меди и ее сплавов | Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84 | |||||
Содержание бора, мас.% | 1,7 | 2,1 | 2,9 | 3,6 | 3,9 | - |
Содержание меди, мас.% | - | - | - | - | - | 20 |
Стабильность, % | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Как видно из табл.2, износостойкость сплава золото-бор, осажденного из заявляемого электролита, превышает износостойкость сплава золото-медь, осажденного из прототипа, в 1,2-1,3 раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.
Это позволяет расширить область применения сплава золото-бор в качестве износостойкого покрытия в машиностроении.