

Механизм и технология химического никелирования сплавом никель-бор. Структура и свойства покрытия.
Содержание:
1. Общие сведения о покрытии никель-бор.
2. Структура и свойства покрытия никель-бор.
3. Коррозионные 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.
Обозначение |
Н-Б Н-Б(95) - содержание никеля в сплаве 95% Electroless Ni–B coating - англ. обозначение |
Оптимальный ряд толщин |
6-50мкм (возможна и большая толщина) |
Микротвердость |
6000-8000 МПа |
Удельное электрическое сопротивление при 18°C |
7*10-8 Ом*м, но может быть ниже |
Температура плавления |
1060°С до 1450°С |
Коэффициент светоотражения |
75% |
Если сплав наносится химическим способом, то может использоваться обозначение: Хим.Н15, с указанием, что применяется сплав с содержанием бора 5%.
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 150-265°С борида никеля Ni3B с орторомбической решеткой и при 300-350°С 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 1060°С 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 1100°С 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 32°. 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 высокотемпературного прогрева при 800°С 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 300°С. 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 20°С 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 °С |
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 200-350°С либо не влияет на скорость коррозии, либо способствует ее повышению. Однако, коррозионная устойчивость начинает возрастать при термообработке покрытия выше 500°С, (преимущественно 600-650°С) 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.
Читайте также статьи
Гальваническое никелирование
Описание процесса осаждения гальванического никеля. Свойства покрытия.
Никелирование узких труб
Проблемы при нанесении покрытий на узкие трубы
Заказать гальваническое никелирование (Н.б)
Сделать заказ никелирования с сертификатом качества на заводе
Хотите стать нашим клиентом?
Просто оставьте Вашу заявку, заполнив форму справа и мы свяжемся с Вами в ближайшее время. Спасибо!
Отправляя заявку, Вы даете согласие на обработку Ваших персональных данных. Ваши данные под защитой.