Никель-борное покрытие методом химического восстановления - Electroless nickel-boron plating - Wikipedia

SEM изображения поверхности NiB Gen4

Никель-борное покрытие, нанесенное методом химического восстановления (часто называют Покрытие NiB) это металлическое покрытие процесс, который может создать слой никель -бор сплав на поверхности твердой подложки, например металл или же пластик. Процесс заключается в погружении подложки в водный раствор, содержащий никель. соль и борсодержащий Восстановитель, например алкиламинборан или же борогидрид натрия. Это тип химическое никелирование. А аналогичный процесс, который использует гипофосфит в качестве восстановителя дает никель-фосфор покрытие вместо.

В отличие от гальваника, химическое нанесение покрытия процессы в целом не требуют прохождения электрический ток через ванну и субстрат; то снижение металла катионы в растворе до металлического достигается чисто химическими средствами, через автокаталитический реакция. Таким образом, химическое покрытие создает ровный слой металла независимо от геометрии поверхности - в отличие от гальванического покрытия, которое страдает от неровностей. плотность тока из-за влияния формы подложки на электрическое поле на его поверхности. Кроме того, химическое покрытие можно наносить на непроводящий поверхности.[1]

Гальваническая ванна обычно содержит также буферы, комплексообразователи и другие контрольные химические вещества.

История

Никель-борное покрытие методом химического восстановления, разработанное как вариант аналогичный никель-фосфорный процесс, случайно обнаруженный Чарльз Адольф Вюрц в 1844 г.[2]

В 1969 г. Гарольд Эдвард Беллис из DuPont подала патент на общий класс процессов химического нанесения покрытия с использованием борогидрид натрия, диметиламинборана, или же гипофосфит натрия, в присутствии таллий соли, таким образом производя металл-таллий-бор или металл-таллий-фосфор; где металл может быть никелем или кобальт. Заявленное содержание бора или фосфора варьировалось от 0,1 до 12%, а содержание таллия - от 0,5 до 6%. Было заявлено, что покрытия представляют собой «однородную дисперсию твердых борид триникеля (Ni
3B) или же фосфид никеля (Ni
3п) в мягкой матрице из никеля и таллия ».[3]

Несколько вариантов процесса были запатентованы Чарльз Эдвард МакКомас в следующие годы:

  • Формулировка Беллиса[3] был изменен путем добавления более сильного хелатирующий агенты («Поколение 1»). Способ нанесения никель-таллий-бора на титан без утомления титан субстрат также был разработан и коммерциализирован Purecoat International под брендом «NiBRON».[4][5]
  • В 1986 году McComas запатентовал улучшенный состав («Поколение 2») никель-кобальт-таллий-борного покрытия, что еще больше повысило стабильность и воспроизводимость процесса. В патенте утверждается, что покрытие состояло из «конкреций твердого аморфного сплава с высоким содержанием никеля, диспергированных или укорененных в более мягком сплаве с высоким содержанием кобальта».[6]
  • В 1994 году McComas разработал другую формулу («Поколение 3»), запатентованную в 1998 году, которая позволяла восполнять потребляемые химические вещества во время нанесения покрытия, превращая его в непрерывный процесс, а не в периодический.[7]
  • Еще одно усовершенствование, запатентованное McComas в 2000 г. («Поколение 4»), использовало вольфрамат свинца как стабилизатор на месте сульфат таллия, при pH от 10 до 14. Этот состав был коммерциализирован Покрытия UCT под различными торговыми марками, включая UltraCem и FailZero.[8][9]

Типы

Самые ранние варианты химического никель-борного покрытия включали таллий соли в ванне для гальваники и фактически создавали никель-таллий-борные покрытия («Тип 1» в AMS классификация). В конце концов были разработаны составы, не содержащие токсичных ингредиентов таллия, в результате чего были получены настоящие никель-борные покрытия («Тип 2»).[5]

Характеристики

Посыпанные зерна аморфного никель-борного осадка в столбчатая структура при этом столбцы расположены перпендикулярно поверхности подложки и образуют узловую топографию на поверхности.[10] Покрытие будет содержать 2,5–8% бора по весу.[5]

Узловатая структура уменьшает контакт между двумя сопрягаемыми / скользящими поверхностями, тем самым уменьшая трение и улучшение рассеивание тепла.[11] Также утверждается, что снижает тащить как в газе, так и в жидкости потоки.[12]

Приложения

Фактические и потенциальные области применения никель-борного покрытия химическим способом включают в себя пилы,[11] судовые винты,[12] забойное оборудование для перекачки сырой нефти, втулки, упорные шайбы, бумажные направляющие пластины и пистолеты без смазки.[13]

Рекомендации

  1. ^ ASTM B607. «Стандартные технические условия на автокаталитические никель-борные покрытия для инженерного назначения - 91 (2009 г.)».
  2. ^ = Георгий Григорьевич Гаврилов (1979), Химическое (химическое) никелирование. Перевод Джона Э. Гудмана. Проверено 08.09.2018.ISBN  9780861080236
  3. ^ а б Гарольд Эдвард Беллис (1969): «Никелевые или кобальтовые износостойкие композиции и покрытия». Патент США 3674447. Выдан 07.07.1972, переуступлен DuPont, истекший 4 июля 1989 г.
  4. ^ PWA-259. «Процессы и спецификации».
  5. ^ а б c SAE. "AMS 2433B-1994 Покрытие никель-таллий-бор или никель-бор". Архивировано из оригинал на 2014-01-01. Получено 2013-12-31.
  6. ^ Чарльз Эдвард МакКомас (1986): «Покрытие из коррозионно-стойких / износостойких металлических сплавов». Срок действия патента США 5019163., выданного 23 мая 1989 г., переуступленного компании Anchor Glass, истек 30 мая 2006 г.
  7. ^ Чарльз Эдвард МакКомас (1998): «Композиции для покрытий, содержащие никель и бор». Патент США 6183546. Выдан 06.02.2001, переуступлен McComas Industries International, срок действия истек 02.11.2018.
  8. ^ "UCT Coatings, Inc".
  9. ^ Чарльз Эдвард МакКомас (1998): «Композиции для покрытий, содержащие никель и бор». Патент США 6066406. Выдан 23 мая 2000 г., переуступлен Universal Chemical Technologies (UCT), срок действия истек 8 мая 2018 г.
  10. ^ Ю.В. Загадка; К. Бейлер (апрель 2005 г.). «Снижение трения и износа с помощью химического покрытия Ni-B для металлических сплавов». Журнал материалов. 57 (4): 40–45. Дои:10.1007 / s11837-005-0080-7.
  11. ^ а б Чарльз Эдвард МакКомас и Деннис Хэнлен (2008 г.): «Направляющая подушка с покрытием для пильных полотен». Заявка на патент США 20090205470-A1. Подана 15 февраля 2008 г., передана в UCT Coatings, заброшена.
  12. ^ а б Чарльз Эдвард МакКомас (2007): «Метод улучшения характеристик гидродинамической поверхности». Заявка на патент США 20090123777-A1. Подана 14.11.2007, передана в UCT Coatings, заброшена.
  13. ^ Чарльз Эдвард МакКомас (2004 г.): «Покрытие из никеля и бора с шаровидным графитом». Патент США 6782650. Выдан 31 августа 2004 г., переуступлен Universal Chemical Technologies.