раствор для нанесения покрытий на металлическую поверхность

Формула изобретения

Раствор для нанесения черных никелевых покрытий на металлическую поверхность, содержащий никель сернокислый, аммоний роданистый, цинк хлористый, алюминий хлористый, аммоний фтористый, натрий кремнекислый и поверхностно-активную добавку, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активной добавки он содержит четвертично-аммонийную соль хлорид N-оксиэтил, NN-диметилпропанамид перфтор-энантовой или пеларгоновой кислоты формулы

где R_F=С₆ F₁₃- или C₈F ₁₇-, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Никель сернокислый	60-70
Аммоний роданистый	15-20
Цинк хлористый	15-20
Алюминий хлористый	6-10
Аммоний фтористый	8-12
Натрий кремнекислый	0,5-1,0
Поверхностно-активная добавка	0,05-0,2

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к осаждению черных никелевых покрытий на поверхность металлических изделий, и может быть использовано в различных видах гальванического производства для получения декоративных покрытий.

Известен электролит для нанесения никелевых покрытий на алюминий и его сплавы, содержащий сульфат никеля, сульфат натрия, борную кислоту, персульфат калия и фторорганическое соединение 1,1,5 тригидротетрафтор-пропанол (SU 1513039, 1989 г.).

Недостатком этого электролита является необходимость использования внешнего источника тока и невозможность наносить покрытия на сталь, медь и др. металлы.

Известен раствор для нанесения черных никелевых покрытий, содержащий никель-аммоний сернокислые, аммоний роданистый, цинк хлористый, свинец уксуснокислый и органические добавки в виде смеси дрожжей прессованных, молочной кислоты и поверхностно-активного вещества «Прогресс» (SU 1544842, 1990 г.). Эта композиция позволяет осуществить нанесение покрытий без использования внешнего источника тока и обладает низкой токсичностью.

Недостатком данного электролита является то, что область его применения ограничивается сталью, цинком и медью и не обеспечивает нанесение покрытия на алюминий и его сплавы, титан и его сплавы, а также сплавы типа ЦАМ.

Наиболее близким раствором к предложенному является раствор для нанесения черных никелевых покрытий на различные металлические поверхности (RU 2039129. 07.09.1995 г.) содержащий никель сернокислый, аммоний роданистый, цинк хлористый. алюминий хлористый, аммоний фтористый, натрий кремнекислый и поверхностно-активную фторсодержащую добавку.

К недостаткам данного раствора относится то, что получаемые покрытия обладают низкой рассеивающей способностью, характеризуются дендритной структурой и не могут быть нанесены на широкий класс материалов, а процесс нанесения покрытий трудоемок и длителен.

Задачей изобретения является создание раствора для нанесения черных никелевых декоративных покрытий, не требующего использования внешнего источника тока, обладающего повышенной рассеивающей способностью, и получения никелевого бездендритного покрытия при сохранении или улучшении технологических и качественных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что раствор для нанесения черных никелевых покрытий на металлическую поверхность, содержащий никель сернокислый, аммоний роданистый, цинк хлористый, алюминий хлористый, аммоний фтористый, натрий кремнекислый и поверхностно-активную добавку, в качестве поверхностно-активной добавки содержит четвертично-аммонийную соль хлорид N-оксиэтил, NN-диметил пропанамид перфтор-энантовой или пеларгоновой кислоты формулы

где R_F=С₆ F₁₃- или C₈F ₁₇-, при следующем соотношении компонентов, г/л:

никель сернокислый	60-70
аммоний роданистый	15-20
цинк хлористый	15-20
алюминий хлористый	6-10
аммоний фтористый	8-12
натрий кремнекислый	0,5-1,0
поверхностно-активная добавка	0,05-0,2

Указанный технический результат достигается использованием раствора, содержащего г/л: никель сернокислый 60-70, аммоний роданистый 15-20, аммоний фтористый 8-12, цинк хлористый 15-20, алюминий хлористый 6-10, натрий кремнекислый 0,5-1, четвертичная аммонийная соль хлорид - N-оксиэтил-NN-диметилпропанамид-перфтор-пеларгоновой или энантовой кислоты 0,05-0,2.

Дополнительно введенная четвертичная аммонийная соль, отвечающая формуле

где R_F=С₆ F₁₃- или C₈F ₁₇-, в количестве 0,05-0,2 взамен калиевой соли сульфокислоты улучшает поверхностную энергию раствора.

Так поверхностное натяжение раствора с добавкой 0,2 г/л для соли сульфокислоты составляет G=33 m Н/м, а для четвертичной аммонийной соли в той же концентрации G=18,6 m H/м.

Это приводит к тому, что смачивающая способность раствора при применении четвертичной аммонийной соли существенно выше, чем у раствора по прототипу, и раствор может заполнять не только щелевые зазоры, но и микротрещины и дислокации на поверхности обрабатываемого металла.

Кроме того, если рассеивающая способность раствора без фторорганической добавки составляет 21%, в присутствии добавки по прототипу 25%, то в присутствии заявляемой добавки эта величина составляет 31%.

Для приготовления раствора вначале при комнатной температуре растворяют аммоний роданистый, цинк хлористый, аммоний фтористый и алюминий хлористый (NH₄CNS, ZnCl ₂, NH₄F, AlCl₃ ). Затем при температуре 40-60°С растворяют никель сернокислый, натрий кремнекислый и добавляют фторорганическую добавку (NiSO ₄, Na₂SiO₆, фтор-ПАВ).

Затем полученные растворы смешивают, причем сначала смешивают растворы роданистого аммония, хлористого цинка и фтористого аммония, после чего данную смесь смешивают с раствором сернокислого никеля. Затем в образовавшийся раствор солей последовательно вводят при перемешивании раствор хлористого алюминия. кремнекислого натрия и четвертичную соль. Раствор имеет рН=6-7, при температуре 18-30°С.

Нанесение покрытия осуществляют следующим образом. Предварительно обезжиренные и активированные изделия промывают водой (изделия из стали 12Х18Н10Т активируют в концентрированной соляной кислоте в течение 3-10 мин) и устанавливают в ванну, заполненную раствором. Устанавливают также алюминиевую пластину, которая должна быть в электрическом контакте с обрабатываемыми изделиями.

При обработке оцинкованных изделий из сплавов типа ЦАМ и алюминия дополнительную пластину в ванну не устанавливают. Изделие из алюминия и его сплавов выдерживают в ванне 10-20 мин, изделия из других металлов - 30-60 мин, и после промывки холодной и горячей водой сушат сжатым воздухом.

В таблице 1 указаны составы применявшегося раствора, а в таблице №2 - свойства полученных покрытий на изделиях из различных материалов.

Таблица 1.
№№ п/п	Содержание компонентов, г/л
	NiSO4	NH4CNS	ZnCl2	AlCl 3	NH4F	Na2SiO6	Четвертичная соль
1	65	20	20	10	12	1,0	0,2
2	60	15	15	6	8	0,5	0,1
3	70	18	18	8	10	0,8	0,05

Таблица 2.
Материал образца	Номер состава электролита	Время обработки, мин.	Рассеивающая способность	Дендриты	Толщина, покрытия, мкм	Прочность покрытия. Качество покрытия
Ст 20	1	45	79,00	отсутствуют	1,2-2,1	Вздутия отсутствуют. Покрытия черное, на полированной поверхности блестящее.
	2	45	78,50		1,0-2,0
	3	45	78,95		1,1-2,0
Медь	1	45	79,10		1,0-1,9
	2	45	79,00		0,95-2,0
Латунь ЛС-59	1	45	79,20		1,0-2,0
	2	45	78,90		1,0-2,0
	3	45	79,10		1,0-2,0
Сталь 12Х18Н10Т	1	45	79,20		1,0-2,0
	2	45	78,90		1,0-2,0
	3	45	78,80		1,0-2,0
Титановый сплав ВТ-1	1	45	79,50		1,0-2,0
	2	50	79,90		1,1-2,1
	3	45	78,90		1,1-2,0

Предлагаемый раствор позволяет покрывать изделия широкого круга металлов при сокращении времени обработки изделий до 30-60 мин с хорошим надежным качеством покрытия.

Рассеивающая способность электролита определялась на ячейке Херинга и Блюма.

Прочность связи покрытия с основным металлом определялась по ГОСТ 9.302-79 методом нагрева до 250°С в течение 1 часа.