авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Закономерности электроосаждения композиционных электролитических покрытий никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт из хлоридного электролита

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Арзуманова Анна Валерьевна









ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЬ-ФТОРОПЛАСТ

И НИКЕЛЬ-БОР-ФТОРОПЛАСТ ИЗ ХЛОРИДНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА






05.17.03 – «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Новочеркасск – 2011

Работа выполнена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) на кафедре «Технология электрохимических производств, аналитическая химия, стандартизация и сертификация»

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Балакай Владимир Ильич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Фомичев Валерий Тарасович;

кандидат технических наук, доцент

Сербиновская Наталья Михайловна

Ведущая организация Южный федеральный университет,

г. Ростов-на-Дону

Защита состоится «05» апреля 2011 г. в 13 ч. в ауд. 107 на заседании диссертационного совета Д.212.304.05 при Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу: 346328, г. Новочеркасск, Ростовская обл., ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно–Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Автореферат разослан «04» марта 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета И.Ю. Жукова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современной промышленности большое внимание уделяется созданию и внедрению в производство принципиально новых прогрессивных технологий, обеспечивающих повышение качества и надежности оборудования и материалов, сокращение трудовых затрат, снижение материалоемкости, энергопотребления и загрязнения окружающей среды. Важное значение имеет разработка новых видов покрытий, обладающих повышенной твердостью, износостойкостью, коррозионной устойчивостью, паяемостью, улучшенными электрическими и другими эксплуатационными свойствами. Необходимость создания новых нетоксичных электролитов обусловлена также экологической опасностью современного гальванического производства. Традиционный процесс хромирования позволяет получать твердые, износо- и коррозионностойкие покрытия. Однако электролиты хромирования на основе солей Cr(VI) обладают серьезными недостатками. К ним относятся: высокая токсичность и канцерогенность, низкий выход по току (ВТ), а также снижение твердости при повышенных температурах.

В последнее время интенсивно разрабатываются технологии электролитического нанесения сплавов с бором, фосфором, индием и др., а также различных композиционных электролитических покрытий (КЭП), способных заменить хромовые покрытия. Такие покрытия должны иметь высокую износостойкость и микротвердость, низкий коэффициент трения, высокую коррозионную стойкость в различных условиях эксплуатации. Наиболее перспективными являются КЭП на основе никеля и его сплавов, содержащих в качестве легирующего компонента политетрафторэтилен (фторопласт).

Известно, что фторопласт может повысить износо- и коррозионную стойкость покрытий на основе никеля и его сплавов. Механизм электроосаждения из электролитов, содержащих различные легирующие добавки в виде тонкодисперсных частиц, сложен, что делает затруднительным совершенствование известных и разработку новых технологий нанесения таких гальванических покрытий с лучшими эксплуатационными параметрами.

В связи с этим необходимо дальнейшее развитие теоретических основ процессов электроосаждения из электролитов, содержащих тонкодисперсные соединения. А для этого необходимо накопление нового фактического материала по применению таких электролитов с целью осаждения металлов, их сплавов и композиционных покрытий с улучшенными эксплуатационными характеристиками; создания энерго-, ресурсосберегающих и экологически приемлемых технологий.

Цель работы: изучение закономерностей и разработка технологии получения износо- и коррозионностойких покрытий никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт из хлоридных электролитов.

Цель исследований достигалась путем решения следующих задач:

– разработать хлоридные электролиты для нанесения КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт;

– определить оптимальный состав и рабочие диапазоны концентраций компонентов в электролите для нанесения КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт, а также оптимальные условия и режимы электролиза с целью получения более качественных осадков;

– установить закономерности процесса формирования износо- и коррозионностойких КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт;

– исследовать кинетические закономерности электроосаждения КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт;

– исследовать структуру, физико-механические свойства и коррозионную стойкость покрытий никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт и определить возможность их применения в качестве износостойких и коррозионностойких КЭП взамен хрома;

– выявить влияние технологических параметров процесса осаждения на содержание фторопласта в КЭП;

– доказать участие тонкодисперсных соединений фторопласта и электроосаждаемых металлов в катодном процессе и изучить их влияние на свойства покрытий, осажденных из хлоридного электролита;

– изучить морфологию КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт в зависимости от состава электролита и режимов электролиза;

– определить стабильность электролита;

– разработать методику анализа электролита и КЭП;

– апробировать результаты исследований в лабораторных и промышленных условиях.

Научная новизна работы.

На основании накопленного фактического материала по электроосаждению КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт из хлоридных электролитов:

– разработан состав хлоридного электролита для нанесения КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт и накоплен новый экспериментальный материал о возможности замены износостойких хромовых покрытий на данные покрытия;

– установлено влияние состава электролита и режимов электролиза (температуры, перемешивания и катодной плотности тока) на ВТ и качество покрытий, осажденных из хлоридных электролитов. Установлены зависимости между содержанием фторопласта в КЭП и содержанием его в электролите, катодной плотностью тока, температурой, скоростью перемешивания и рН. Выявлены условия получения осадков никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт из исследуемых электролитов, обеспечивающих высокую износостойкость покрытий;

– проанализирован возможный синергический эффект проявления износостойкости и антифрикционности КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт;

– выявлены закономерности катодного процесса электроосаждения КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт из хлоридных электролитов и установлено, что в присутствии фторопласта в электролите КЭП осаждаются с деполяризацией;

– доказано, что качественные покрытия никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт получаются только при достижении рН начала гидратообразования (рНГ) никеля в прикатодном слое и, что в процессе электролиза принимают участие тонкодисперсные соединения как фторопласта, так и электроосаждаемого металла, образующиеся в электролите в процессе электролиза.

Практическая значимость работы.

Разработаны стабильные хлоридные электролиты для получения КЭП никель- фторопласт и никель-бор-фторопласт, способные заменить хромовые покрытия.

Разработан и рекомендован производству технологический процесс нанесения износостойких и коррозионностойких покрытий никель-фторопласт и никель-бор- фторопласт с заданными физико-механическими свойствами.

Получены экспериментальные данные по зависимости состава КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт от технологических параметров, влияющих на процесс осаждения: состава электролита и режимов электролиза.

Изучены физико-механические свойства (коррозионно- и износостойкость, микротвердость, внутренние напряжения, пористость, сцепление, микропрофиль, состав) покрытий КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт. Установлено, что свойства покрытий по некоторым параметрам превосходят свойства хромовых покрытий.

Хлоридный электролит для нанесения КЭП никель-фторопласт апробирован на предприятии ОАО “Аргентум” (г. Новочеркасск). Результаты показали возможность использования данного покрытия взамен износостойкого хромового покрытия при низких нагрузках.

На защиту выносятся:

– новые составы электролитов для электроосаждения КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт разного практического назначения;

– технология получения коррозионностойких и износостойких КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт и оптимальные режимы и условия осаждения;

– результаты исследования влияния составов электролитов и режимов электроосаждения на свойства, структуру и состав КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт и практические рекомендации о возможных областях их использования в промышленности;

– результаты изучения закономерностей электроосаждения КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт из хлоридного электролита;

– экспериментальные данные по физико-химическим и механическим свойствам КЭП никель-фторопласт и никель-бор-фторопласт, осажденных из хлоридного электролита и их использование на практике;

– результаты исследований синергических эффектов проявления износостойкости и антифрикционности КЭП никель-фторопласт, никель-бор-фторопласт.

Апробация работы. Основные результаты по теме диссертационной работы были доложены на ХIХ-й Междунар. науч. конф. (г. Воронеж, 2006 г.), VI Междунар. науч.-практ. конф. (г. Новочеркасск, 2006 г.), II Всерос. науч.-практ. конф. (г. Пенза, 2006 г.), ХХI-й Междунар. науч. конф. (г. Саратов, 2007 г.), VI Мiжнар. наук.-техн. конф. аспiрантiв та студентiв (м. Донецьк, 2008 г.), Всерос. конф. (г. Новочеркасск, 2008 г.), Всерос. науч. конф. к 40-летию химического факультета Дагестанского гос. ун-та (г. Махачкала, 2008 г.), Всерос. смотра-конкурса науч.-техн. творчества студентов высших учебных заведений (г. Новочеркасск, 2008, 2009 г.), 57-й, 58-й и 59-й научн.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск, 2008 г., 2009 г. и 2010 г., соответственно).

Личный вклад соискателя в работах, выполненных в соавторстве, заключается в постановке задачи исследования, в проведении экспериментов, обработке и интерпретации полученных результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка цитируемой литературы (273 наименований) и приложения. Работа изложена на 128 страницах, содержит 84 рисунка и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ состояния и обоснованы пути решения проблем увеличения износо- и коррозионной стойкости КЭП на основе никеля и его сплавов, снижения загрязнения окружающей среды, материальных и энергетических затрат при нанесении гальванических покрытий. На основании анализа литературных источников показано, что одним из наиболее перспективных направлений в гальванотехнике для увеличения износо- и коррозионной стойкости является нанесение КЭП на основе никеля и его сплавов, содержащих в качестве композиционного материала самосмазывающие компоненты. Обоснован выбор объектов исследования для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий на основе никеля.

Во второй главе описаны методы экспериментальных исследований и применяемые приборы и оборудования.

Исследования проводили в термостатированных ячейках объемом 100 и 1000 мл. Электролиты готовились на дистиллированной воде из реактивов марки "х.ч." и "ч.д.а.". Поляризационные измерения производились в ячейке ЯСЭ-2 при температурах 20; 40 и 60 оС с отклонением от этих величин ± 0,5 оС в потенциостатическом и потенциодинамическом режимах при скорости сканирования 1 мВ/с. Для исследования закономерностей электроосаждения покрытий использовались хроновольтамперометрия, хронопотенциометрия, потенциометрическое титрование, ультрамикроскопия.

Износостойкость покрытий определяли на машине трения. Испытания образцов проводили в режимах как сухого трения, так и с применением 3 % смазки СОЖ РВ. В качестве образцов использовали шарики из стали ШХ 15, площадью 0,05 дм2, на которые наносили покрытия толщиной 30 мкм. Контртелом служили шайбы из стали марки Ст 45. Значения диаметра пятна износа определяли при помощи микроскопа МИР-2. Микротвердосгь покрытий измерялась на приборе ПМТ-3 по ГОСТ 2999-75. Прочность сцепления покрытий с основой определяли методом неоднократного изгиба покрытого образца на 90o до полного излома, а пористость – методом наложения фильтровальной бумаги по ГОСТ 9.302-88, ВТ определяли гравиметрическим и объемным методами. Определение рассеивающей способности электролитов проводили по методам Херринга, Блюма и Хулла, рН прикатодного слоя (рНS) измеряли микростеклянным электродом. Исследования микропрофиля КЭП поверхности проводились с использованием нанотехнологического комплекса "УМКА" ИНАТ.469336.003 и растрового электронного микроскопа Quanta 200 производства FEI company (USA-Holland), коррозионную стойкость КЭП определяли с использованием пасты “Corrodcote”. Внутренние напряжения (ВН) покрытий определяли, используя гибкий, горизонтально расположенный катод. Для изучения внешнего вида покрытий в качестве оптической системы применяли микроскоп МИМ-7.

Ультрамикроскопические наблюдения производили, используя микроскоп МБИ-6 совместно с конденсором темного поля при увеличениях х63 и х280. Применяли ячейку закрытого типа глубиной 0,2 мм, а электроды из никелевой проволочки диаметром 0,2 мм.

Стабильность электролита определяли по сохранению свойств электролита и покрытий, выпадению осадка после хранения в течение 6 месяцев и примерно 200 – 230 А·ч/л проработки электролита, а устойчивость определяли по оптической плотности растворов на колориметре фотоэлектрическом концентрационном КФК-2 со светофильтром = 670 нм.

Использовали статистические методы планирования экстремальных экспериментов и обработку результатов. Опыты проводили параллельно не менее трех раз. Во всех результатах измерений погрешность эксперимента не превышала 2 – 4 % с доверительной вероятностью р = 0,95.

Третья глава посвящена разработке хлоридных электролита для нанесения КЭП никель-фторопласт и никель-бор фторопласт и исследованию закономерностей электроосаждения КЭП из данных электролитов.

Выбор состава электролита никелирования производили исходя из того, что электролит не должен включать в больших количествах многозарядные ионы, из-за их коагулирующей способности по отношению к золям. В случае, если исходная соль – хлорид, тонкодисперсные частицы выпадающего при подщелачивании раствора гидроксида имеют положительный заряд. Если же исходная соль содержит многозарядный анион, то получаются отрицательно заряженные частицы гидроксида. Кроме того, в хлоридном электролите образуются более дисперсные, сферические золи гидроксидов никеля. Это должно способствовать их полному восстановлению на катоде, что облегчает получение покрытий с заданными структурочувствительными свойствами. Поэтому в качестве основного компонента выбран хлорид никеля.

Для получения износостойких покрытий на основе никеля, работающих в узлах сухого трения при небольших нагрузках (до 2,0 – 2,5 Н) и скоростях скольжения (до 2,5 – 3,0 м/с) предлагается покрытие типа никель-самосмазываемые частицы. При увеличении нагрузки при трении на поверхности покрытия образуются “задиры”.

Для получения таких покрытий разработан хлоридный электролит для нанесения КЭП никель-фторопласт состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200 – 350, борная кислота 30 – 40, сахарин 0,5 – 2, БД 0,3 – 0,8 мл/л, суспензия фторопластовая – 4Д (СФ-4Д) (ТУ 6-05-1246–81) 0,2 – 0,6 мл/л. Режимы электролиза: катодная плотность тока 0,5 – 40 А/дм2, температура 20 – 60 оС, рН 1,0 – 5,0, перемешивание механической мешалкой со скоростью 60 – 100 об/мин. СФ-4Д – взвесь фторопласта в эмульсии ОП-7.

КЭП никель-фторопласт образуются за счет введения в хлоридный электролит для нанесения никеля суспензии фторопластовой, содержащей тонкодисперсный фторопласт. Поверхностно-активные свойства частиц фторопласта исследованы с применением ртутного капельного электрода. Определение поверхностного натяжения ртутного капельного электрода в 0,1 М NaCl + СФ-4Д показал, что содержащиеся ионы и неионогенные частицы специфически адсорбируются не только в анодной, но и в катодной области. Сдвига электрокапиллярного максимума при увеличении концентрации СФ-4Д в растворе не наблюдается. Это свидетельствует о двойственной природе исследуемых частиц.

Совместно с тонкодисперсными соединениями фторопласта возможно соосаждение тонкодисперсных соединений гидроксидов и основных солей никеля, а также других тонкодисперсных соединений на основе никеля, которые образуются в прикатодном слое в процессе электролиза или при его приготовлении. Поэтому исследовали рНS при электроосаждении никеля из хлоридного электролита. Из зависимостей рНS от расстояния до катода при различных плотностях тока (рис. 1) видно, что в хлоридном электролите при рН 1,0 и температуре 20 оС с увеличением катодной плотности тока от 0,5 до 6 А/дм2 значение рНS повышается примерно от 2,8 до 5,6. рНS становится практически равным pH в объеме электролита только при удалении от катода на расстояние около 1,8 мм (рис. 1). При катодной плотности тока 1 А/дм2 и температуре 20 оС рНS 3,9.

С увеличением катодной плотности тока от 1 до 40 А/дм2, pH 1,0 и температуре 60 оС рНS повышается примерно от 2,4 до 5,2. рНS становится практически равным pH в объеме электролита только при удалении от катода на расстояние около 1,6 мм (рис. 1). При катодной плотности 5 А/дм2 и температуре 60 оС рНS 3,5.

 а б  Зависимость рНS от-2

а б



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.