НПП Электрохимия
Гальванические покрытия и механообработка

elhim.ekb@yandex.ru

8-912-044-66-44

8-922-162-66-44

Свойства никель-борного покрытия

1. Общие сведения о покрытии никель-бор.

Покрытие никель-бор является "родственником" никель-фосфорного. Поверхность Ni-B покрытий может иметь различный внешний вид, в зависимости от состава раствора и условий осаждения: от матово-черного до блестящего. Обычно все факторы, приводящие к уменьшению скорости процесса, способствуют образованию менее шероховатых покрытий. Само осаждение сплава может быть проведено как химическим, так и гальваническим способом.


Содержание бора в покрытии в норме 0,05-10%. Чаще - 6-6,5%. При содержании бора <2,5% осадки кристаллические, от 3 до 5% - смешанные (аморфная и кристаллическая фазы), более 5,5% - аморфные. Бор распределяется по толщине покрытия более равномерно, чем фосфор в сплаве никель-фосфор.


В состав могут включаться в большом количестве таллий (1-4%), в примесных количествах (сотые и тысячные %): магний, медь, железо, марганец, кобальт, алюминий, молибден, кальций, кремний, цинк. Осадки Ni-B содержат довольно много водорода (200-210 мл/100г, т.е. 0,02%). При нагревании количество водорода может быть сведено почти к 0.

 

2. Структура и свойства покрытия никель-бор.
Никель-борные покрытия характеризуются слоисто-столбчатой структурой, свойственной химически осажденным кобальт-фосфорным покрытиям. В исходном состоянии они представляют собой пересыщенный твердый раствор внедрения бора в г.ц.к. β-никеля. Степень аморфизации осадков сильно зависит от содержания бора. Нагрев приводит к распаду твердого раствора и образованию при 150-265оС борида никеля Ni3B с орторомбической решеткой и при 300-350оС борида никеля Ni2B с тетрагональной решеткой. В системе Ni-B с нагревом происходят более сложные структурные превращения, по сравнению с системой Ni-P, что отражается на физико-химических свойствах никель-борных покрытий.

 

Плотность осадков Ni-B составляет от 7,8 (6-7% B) до 8,5 (0,1-3% B).


Одной из особенностей борсодержащих сплавов никеля является высокая температура плавления (от 1060оС при 7-8% В до 1450оС при 0,1-0,5% В), что существенно превосходит сплав никель-фосфор.


Удельное электрическое сопротивление никель-бора может быть даже ниже, чем чистого никеля, но с ростом содержания бора в сплаве оно возрастает. В процессе "первичного" прогрева до 1100оС никель-борным покрытиям свойственен отрицательный температурный коэффициент сопротивления и только при повторном нагреве электрическое сопротивление, как и у большинства металлов, начинает монотонно возрастать. После термической обработки удельное электрическое сопротивление осадков снижается.


Незначительное контактное сопротивление осадков никель-бор (10-15 мОм при содержании 1% B в сплаве) близко к золотым покрытиям (5 мОм) и слабо зависит от условий коррозионного воздействия.


Сплавы никель-бор с содержание 1% B хорошо паяются. Краевой угол смачивания поверхности покрытия с содержанием бора 0,25% припоем при использовании флюса уменьшается с 149 до 32о. Таким образом, никель-бор обладает лучшей паяемостью, чем никель-фосфор, но уступает по этому параметру чистому никелю.


Изделия из железа и стали, покрытые Ni-B могут быть подвергнуты сварке без защитной атмосферы.


Прочность и пластичность никель-бора увеличивается одновременно с уменьшением количества бора в сплаве. При содержании бора 3-8% осадки становятся менее пластичными, чем никель-фосфор.


Твердость покрытия никель-бор в свежеосажденном состоянии составляет 6000-8000 МПа и практически не зависит ни от состава раствора, ни от количества бора в сплаве. В результате термообработки твердость сплава обычно увеличивается. Зависимость твердости от температуры имеет максимум в 11000-13000 МПа для покрытий с содержанием 4-7% B в сплаве. Увеличение твердости обусловлено дисперсионным твердением при выделении фаз Ni3B и Ni2B. Дальнейшее увеличение температуры термообработки приводит к снижению твердости за счет снятия внутренних напряжений, частичной коагуляции и рекристаллизации выделившихся фаз. После высококтемпературного прогрева при 800оС покрытие никелем с содержанием бора 0,2-4,7% имеет твердость 3300-4500 МПа. Нагрев приводит к уменьшению износа Ni-B осадков, который становится меньше износа прогретого никель-фосфора. Для термообработки Ni-B, в отличие от Ni-P наблюдается прямая зависимость между износом и твердостью.


Наличие в составе таллия 2-4% значительно улучшает механические характеристики никель-борного покрытия (пластичность, твердость, износостойкость, коэффициент трения.


Коэффициент трения скольжения Ni-B в парах с закаленной инструментальной сталью, чугуном или хромовым покрытием при использовании смазки уменьшается с 0,36-0,44 до 0,1-0,13.


Покрытиям никель-бор свойственны растягивающие внутренние напряжения, которые по величине (90-500 МПа) обычно выше, чем у никель-фосфора. Внутренние напряжения увеличиваются со снижением количества бора в осадке. Так, для покрытий толщиной 13 мкм, содержащих 4,3; 1,2 и 0,4 % B, величины внутренних напряжений составляют 120, 310, 480 МПа соответственно.


Магнитные характеристики никель-борных покрытий указывают на то, что включение бора в никель приводит к резкому уменьшению значений максимальной и остаточной индукции. Сплавы с содержанием меньше 5,5% бора независимо от температуры отжига являются ферромагнитными, в то же время покрытия с 6,4% бора проявляют ферромагнетизм лишь после отжига в интервале температур от 200 до 300оС. Коэрцитивная сила никель-бора с содержанием бора 4-6% составляет 6-7,6 кА/м и после нагрева может возрастать до 10,4-12,8 кА/м.


3. Коррозионные свойства никель-борного покрытия.

Коррозионная стойкость никель-борного покрытия (5% В) толщиной 30 мкм на стали в различных средах при 20оС приведена в таблице ниже. Показатель коррозии К0 соответствует скорости коррозии менее 1*10-3 мм/год (очень высокая устойчивость), К1 - менее 5*10-3 мм/год (высокая устойчивость), К2 - менее 10*10-3 мм/год (устойчивость), К4 - более 20*10-3 мм/год (отсутствие устойчивости).


Коррозионная среда

Продолжительность испытаний , сут.

Температура обработки 0С

Скорость коррозии 10-3 мм/год

Показатель коррозии

Ацетон, х.ч.

 

 

56

 

 

Без обработки

200

350

0

0

0,5

К0

К0

К0

Этанол 20%-ный раствор

56

 

Без обработки

200

0,08

0,12

К0

К0

Этиленгликоль

 

 

84

 

 

Без обработки

200

350

0,2

0,2

0,2

К0

К0

К0

Муравьиная кислота концентрированная

21

 

 

Без обработки

200

350

90,0

75,0

71,0

К4

К4

К4

Аммиак 25%-ный раствор

46

 

Без обработки

350

40,0

30,0

К4

К4

Хлорид аммония 5%-ный раствор

 

60

 

 

Без обработки

200

350

24,0

18,0

25,0

К4

К3

К4

Нитрат аммония 20%-ный раствор

 

1,5

 

 

Без обработки

200

350

Растворение

Покрытия

 

К4

К4

К4

Сульфат аммония, раствор (800 г/л)

42

 

Без обработки

200

3,5

3,9

К1

К1

Бензол(без серы)

 

 

56

 

 

Без обработки

200

350

0

0

0

К0

К0

К0

Бутилацетат

 

 

56

 

 

Без обработки

200

350

0

0

0,5

К0

К0

К0

Хлороформ

 

 

56

 

 

Без обработки

200

350

0

0

0

К0

К0

К0

Уксусная кислота 99,8%-ная

 

20

 

 

Без обработки

200

350

84

97

124

К4

К4

К4

Формалия 30%-ный раствор

 

56

 

 

Без обработки

200

350

13

11

10

К3

К3

К3

Едкое кали или едкий натр, 50%-ный раствор

60

 

 

Без обработки

200

350

0

0

0

К0

К0

К0

Бихромат калия, 10%-ный раствор

 

42

 

 

Без обработки

200

350

0

0

0

К0

К0

К0

Перманганат калия,

 насыщеный раствор

42**

 

 

Без обработки

200

350

1,1

1,3

1,4

К1

К1

К1

Цитрат натрия, 10%-ный раствор

 

42

 

 

Без обработки

200

350

10

11

15

К3

К3

К3

Тиосульфат натрия, 25%-ный раствор

60

28

60

Без обработки

200

350

6,0

6,2

5,9

К2

К2

К2

Ацетат никеля, 10%-ный раствор

42

 

Без обработки

350

13

15

К3

К3

Фенол технический

 

 

42

 

 

Без обработки

200

350

0

0

0,4

К0

К0

К0

Пиридин

 

84

 

Без обработки

200

350

0,3

0,5

0,4

К0

К0

К0

Фосфорная кислота 85%-ная

 

20

 

 

Без обработки

200

350

Растворение покрытия

К4

К4

К4

Серная кислота, 2%-ный раствор

 

27

 

 

Без обработки

200

350

 

То же

 

К4

К4

К4

Четыреххлористый углерод

56

Без обработки

200

350

 

0

0,1

0,3

 

К0

К0

К0

 

Винная кислота, насыщенный раствор

42

 

 

Без обработки

200

350

3,4

7,5

9,6

К1

К2

К2

Лимонная кислота, насыщенный раствор

42

 

 

Без обработки

200

350

42

11,5

33

К4

К3

К4

Трихлорэтилен

 

 

56

 

 

Без обработки

200

350

0

0

0

К0

К0

К0

Четыреххлористый титан

42

Без обработки

200

350

0,8

0,6

0,4

К0

К0

К0

* Продолжительность обработки 2 часа.
** Использовались кипящие растворы.


Сталь, покрытая сплавом Ni-B, устойчива в растворах едких щелочей, хлорированных и других углеводородах, в растворах солей-окислителей (бихроматы, перманганаты) и обладает пониженной стойкостью в растворах аммиака и солей аммония. В неорганических и органических кислотах скорость коррозии 20*10-3 мм/год, поэтому покрытия Ni-B в этих средах не рекомендуется использовать. Термическая обработка сплава в пределах 200-350оС либо не влияет на скорость коррозии, либо способствует ее повышению. Однако, коррозионная устойчивость начинает возрастать при термообработке покрытия выше 500оС, (преимущественно 600-650оС) на воздухе. Стойкость таких сплавов обусловлена как образованием на границе раздела "покрытие-основа" достаточно толстых диффузионных зон с повышенной концентрацией бора, так и формированием на поверхности покрытия стеклообразной пленки оксидов бора. Последнее объясняет также высокую стойкость борсодержащих сплавов против высокотемпературного окисления. Защитные свойства никель-борных покрытий при солевых испытаниях обычно сопоставимы с соответствующими характеристиками никель-фосфора и существенно выше, чем у гальванического никеля. Так, покрытия с 1% бора при толщине 2,5 мкм обеспечивают лучшую защиту в отношении стали, чем гальванический никель толщиной 25 мкм.


Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"