Химическое никель-борное покрытие
Химическое никель-борное покрытие (часто называемое NiB-покрытием ) — это процесс металлического покрытия , который позволяет создать слой никель - бор сплава на поверхности твердой подложки, такой как металл или пластик . Процесс включает погружение подложки в водный раствор, содержащий соль никеля и борсодержащий восстановитель , такой как алкиламиноборан или боргидрид натрия . Это разновидность химического никелирования . Аналогичный процесс , в котором используется гипофосфит в качестве восстановителя , вместо этого дает никель- фосфорное покрытие.
В отличие от гальваники , процессы химического нанесения покрытия обычно не требуют пропускания электрического тока через ванну и подложку; восстановление в металлов катионов растворе до металлов достигается чисто химическим путем, посредством автокаталитической реакции. Таким образом, химическое покрытие создает ровный слой металла независимо от геометрии поверхности – в отличие от гальванического покрытия, которое страдает от неравномерной плотности тока из-за влияния формы подложки на электрическое поле на ее поверхности. Кроме того, химическое покрытие можно наносить на непроводящие поверхности . [1]
Ванна для нанесения покрытия обычно также содержит буферы, комплексообразователи и другие химические вещества для контроля.
История
[ редактировать ]Химическое никель-борное покрытие было разработано как вариант аналогичного никель-фосфорного процесса, случайно открытого Чарльзом Адольфом Вюрцем в 1844 году. [2]
В 1969 году Гарольд Эдвард Беллис из DuPont подал патент на общий класс процессов химического осаждения с использованием боргидрида натрия , диметиламиноборана или гипофосфита натрия в присутствии солей таллия , получая таким образом металл-таллий-бор или металл-таллий. фосфор; где металлом может быть либо никель, либо кобальт . Утверждалось, что содержание бора или фосфора варьируется от 0,1 до 12%, а таллия - от 0,5 до 6%. Утверждалось, что покрытия представляют собой «чистую дисперсию твердого триникельборида ( Ni 3 B ) или фосфид никеля ( Ni 3 P ) в мягкой матрице из никеля и таллия». [3]
Несколько версий процесса были запатентованы Чарльзом Эдвардом МакКомасом в последующие годы:
- Формулировка Беллиса [3] был модифицирован путем добавления более сильных хелатирующих агентов («Поколение 1»). Метод нанесения никель-таллия-бора на титан без утомления титановой подложки также был разработан и коммерциализирован компанией Purecoat International под торговой маркой «NiBRON». [4] [5]
- В 1986 году МакКомас запатентовал улучшенную рецептуру («Поколение 2») покрытия никель-кобальт-таллий-бор, которая еще больше повысила стабильность и повторяемость процесса. В патенте утверждается, что покрытие состояло из «узелок твердого аморфного сплава с высоким содержанием никеля, диспергированных или внедренных в более мягкий сплав с высоким содержанием кобальта». [6]
- В 1994 году МакКомас разработал другую формулу («Поколение 3»), запатентованную в 1998 году, которая позволяла восполнять израсходованные химикаты во время нанесения покрытия, превращая его в непрерывный процесс, а не периодический. [7]
- Дальнейшее усовершенствование, запатентованное МакКомасом в 2000 году («Поколение 4»), использовало вольфрамат свинца в качестве стабилизатора вместо сульфата таллия при pH от 10 до 14. Этот состав был коммерциализирован компанией UCT Coatings под различными торговыми марками, включая UltraCem. и ФэйлЗеро. [8] [9]
Типы
[ редактировать ]Самые ранние варианты химического никель-борного покрытия включали соли таллия в гальваническую ванну и фактически создавали покрытия никель-таллий-бор («Тип 1» по классификации AMS ). В конце концов были разработаны составы, не содержащие токсичных ингредиентов таллия, что привело к образованию настоящих никель-борных покрытий («Тип 2»). [5]
Характеристики
[ редактировать ]Зерна аморфного никеля-бора с нанесенным покрытием имеют столбчатую структуру , при этом столбцы расположены перпендикулярно поверхности подложки и образуют узелковую топографию на поверхности. [10] Покрытие будет содержать 2,5–8% бора по массе. [5]
Узловатая структура уменьшает контакт между двумя сопрягаемыми/скользящими поверхностями, тем самым уменьшая трение и улучшая отвод тепла . [11] Также утверждается, что он снижает сопротивление газа и жидкости потоков . [12]
Приложения
[ редактировать ]Фактические и потенциальные области применения химического никель-борного покрытия включают пилы, [11] корабельные гребные винты, [12] скважинное оборудование для перекачки сырой нефти, втулки, упорные шайбы и бумажные направляющие пластины.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ АСТМ Б607. «Стандартные технические условия на автокаталитические никель-борные покрытия для технического использования-91 (2009)» .
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Георгий Г. Гаврилов (1979), Химическое (химическое) никелирование . Перевод Джона Э. Гудмана. Доступ осуществлен 8 сентября 2018 г. ISBN 9780861080236
- ^ Jump up to: а б Гарольд Эдвард Беллис (1969): «Износостойкие композиции и покрытия из никеля или кобальта». Патент США 3674447. Выдан 4 июля 1972 г., передан компании DuPont , срок действия истек 4 июля 1989 г.
- ^ ПВА-259. «Процессы и спецификации» .
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с САЭ. «АМС 2433Б-1994 Покрытие никель-таллий-бор или никель-бор» . Архивировано из оригинала 1 января 2014 г. Проверено 31 декабря 2013 г.
- ^ Чарльз Эдвард МакКомас (1986): «Композиции покрытий из коррозионно-износостойких металлических сплавов». Патент США 5019163. выдан 23 мая 1989 г., передан компании Anchor Glass, срок действия истек 30 мая 2006 г.
- ^ Чарльз Эдвард МакКомас (1998): «Композиции для покрытия, содержащие никель и бор». Патент США 6183546. Выдан 6 февраля 2001 г., передан McComas Industries International, срок действия истек 2 ноября 2018 г.
- ^ Компания «UCT Coatings, Inc» .
- ^ Чарльз Эдвард МакКомас (1998): «Композиции для покрытия, содержащие никель и бор». Патент США 6066406. Выдан 23 мая 2000 г., передан Universal Chemical Technologies (UCT), срок действия истек 8 мая 2018 г.
- ^ Ю.В. Риддл; Т.О. Бэйлер (апрель 2005 г.). «Снижение трения и износа с помощью химического покрытия Ni-B в ванне для металлических сплавов». Журнал материалов . 57 (4): 40–45. дои : 10.1007/s11837-005-0080-7 .
- ^ Jump up to: а б Чарльз Эдвард МакКомас и Деннис Ханлен (2008): «Направляющая накладка с покрытием для пильных полотен». Заявка на патент США 20090205470-A1. Подано 15 февраля 2008 г., передано UCT Coatings, прекращено.
- ^ Jump up to: а б Чарльз Эдвард МакКомас (2007): «Метод улучшения характеристик гидродинамической поверхности». Заявка на патент США 20090123777-A1. Подано 14 ноября 2007 г., передано UCT Coatings, прекращено.