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:     | 1 || 3 |

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

-- [ Страница 2 ] --

Рис. 1 – Зависимость рНS от катодной плотности тока и расстояния от поверхности катода вглубь хлоридного электролита никелирования состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 250; борная кислота 35; сахарин 1,5; БД 0,5 мл/л, СФ-4Д 0,4 мл/л при рН 1,0 и перемешивании со скоростью 80 об/мин, а) температуре 20 оС и катодных плотностях тока, А/дм2: 1 – 0,5; 2 – 1; 3 – 2; 4 – 3; 5 – 6; б) температуре 60 оС и катодных плотностях тока, А/дм2: 1 – 1; 2 – 5; 3 – 20; 4 – 30; 5 – 40.

Для данного электролита при рН 1,0 и температуре 20 оС рабочий интервал катодных плотностей тока, при которых получаются качественные осадки, находится в пределах от 1 до 6 А/дм2, а при рН 1,0 и температуре 60 оС в пределах от 1 до 40 А/дм2. Рабочий диапазон плотностей тока и блеск покрытия определяли в гальваностатическом режиме при толщине покрытия 6 мкм. Сравнивая рабочие интервалы катодных плотностей тока и зависимость величины рНS от катодной плотности тока, отметим, что качественные осадки начинают осаждаться при плотностях тока, при которых рНS больше рНГ никеля, которое для хлоридного электролита никелирования примерно такого же состава, но без добавок и меньшей концентрации борной кислоты, примерно равно 4,1 при температуре 20 оС и 3,6 при температуре 60 оС, согласно работам Овчинниковой Т.М., Ротиняна А.Л.

В исследуемом же хлоридном электролите никелирования рНГ, полученные потенциометрическими измерениями, ниже как при температуре 20 оС, так и при температуре 60 оС (рис. 2) и составляют соответственно 2,78 и 2,69. Откуда видно, что в рабочих диапазонах температур и катодных плотностей тока рНS достигает рНГ. Как видно из рис. 3, с ростом катодной плотности тока рНS повышается и стремится к некоторому предельному значению как при температуре 20 оС, так и 60 оС. При электроосаждении из предлагаемого электролита при рН 1,0 и температуре 20оС рНS стремится к значению рН 5,6, а при рН 1,0 и температуре 60 оС – к рН 5,2.

Рис. 2 – Зависимость рН электролита от количества вводимого гидроксида калия (150 г/л) в электролит состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 250; борная кислота 35; сахарин 1,5; БД 0,5 мл/л, СФ-4Д 0,4 мл/л при температуре: 1 – 20 оС; 2– 60 оС.

 а) б)  Зависимость рНS от-5

а) б)

Рис. 3 – Зависимость рНS от катодной плотности тока в хлоридном электролите никелирования состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 250; борная кислота 35; сахарин 1,5; БД 0,5 мл/л, СФ-4Д 0,4 мл/л при рН 1,0 и температуре, оС: а) – 20, б) – 60.

Таким образом, в изучаемом электролите никелирования имеются все условия для образования в прикатодном слое кинетически устойчивых систем тонкодисперсных соединений основных солей никеля, которые могут, совместно с фторопластом, оказывать влияние как на свойства электроосаждаемых покрытий, так и на механизм электроосаждения никеля.

В связи с большой сложностью рассматриваемых явлений механизм электроосаждения КЭП никель-фторопласт нуждается в теоретическом изучении. При наличии в электролите никелирования частиц фторопласта поляризационные кривые сдвигаются в положительную сторону (рис 4).Кривые катодной поляризации показывают, что введение в электролит СФ-4Д облегчает катодный процесс. КЭП выделяется при менее отрицательных значениях потенциала электрода, чем контрольное никелевое покрытие во всей изучаемой области потенциалов. Увеличение токов при осаждении КЭП в сравнении с чистым “никелем” указывает на то, что скорость процесса электровосстановления возрастает.

 а) б)  Катодные-7

а) б)

Рис. 4 – Катодные поляризационные кривые в электролите состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 250; борная кислота 35; сахарин 1,0; БД 0,5 мл/л скорости перемешивания 80 об/мин, рН 1,0 и концентрации СФ-4Д, мл/л: 1 – 0; 2 – 0,2; 3 – 0,4; 4 – 0,6 при температуре, оС: а) – 20, б) – 60.

Перенос дисперсных частиц фторопласта к катоду может протекать через стадию адсорбции на их поверхности катионов осаждаемого металла. Получив такой заряд, частицы переносятся к катоду и там заращиваются осаждающимся металлом, включая и те катионы, которые были ими адсорбированы. Адсорбированные на частицах ионы участвуют в мостиковом связывании дисперсной фазы с поверхностью катода. Это связывание ослабевает расклинивающее давление жидкостной прослойкой между частицей и катодом, т.е. усиливает адгезию. Фторопласт является акцептором электронов, и в растворе электролита при пропускании электрического тока способен адсорбировать на поверхности катионы никеля, так что в конечном итоге укрупненные дисперсные частицы, двигаясь к катоду, будут встраиваться в кристаллическую решетку электролитического осадка. Это было подтверждено тем, что при ультрамикроскопических наблюдениях в хлоридном электролите никелирования в присутствии фторопласта под действием электрического тока наблюдали движение дисперсных частиц к катоду.

На недиффузионную природу предельных катодных плотностей тока указывают высокие температурные коэффициенты W=100jп.д./jп.д.tо, составляющие для интервала температур 20 – 60 °С при рН 3,0 – 1,7 % на градус, при рН 1,0 – 1,5 % на градус, а для интервала температур 50 – 60 оС при рН 3,0 – 6,9 % на градус, при рН 1,0 – 6,1 % на градус без добавления фторопласта. Для интервала температур 20 – 60 °С при рН 3,0 – 3,7 % на градус, при рН 1,0 – 2,0 % на градус, а для интервала температур 50 – 60 оС при рН 3,0 – 7,5 % на градус, при рН 1,0 – 8,2 % на градус при добавлении фторопласта. При переходе от никелевого покрытия к КЭП никель-фторопласт микротопография поверхности осадков меняется (рис. 5). В отличие от никеля КЭП имеет шероховатую поверхность, микровыступы которой очевидно образуются при заращивании частиц дисперсной фазы. Шероховатость возрастает с увеличением концентрации дисперсной фазы в электролите и с увеличением толщины покрытия. Следовательно, частицы фторопласта встраиваются в осадок, определяют характер его дальнейшего роста.

Проанализирован состав КЭП никель-фторопласт на наличие в покрытии фторопласта. Содержание фторопласта в КЭП составляет около 2 – 3 мас. %.

Включение дисперсных частиц в покрытия приводит к структурным изменениям металлической матрицы, что сказывается на физико-механических свойствах осадков: увеличивается износостойкость КЭП никель-фторопласт по сравнению с никелем в 2 – 4 раза в зависимости от нагрузки. Вероятно, это связано с тем, что фторопласт, который при электроосаждении включается в осадок, выполняет функцию сухой смазки. При этом на металлической поверхности формируется пластичный слой (трибополимерная пленка) с низким коэффициентом трения.

 а) б) в)  Морфология-8

а) б) в)

Рис. 5 – Морфология покрытий на основе никеля, осажденных из электролитов состава, г/л: а – хлорид никеля шестиводный 200, борная кислота 35, сахарин 1,5, БД 0,5 мл/л; б – а + СФ-4Д 0,2 мл/л; в – а + СФ-4Д 0,4 мл/л. Режимы электролиза: рН 3,0, температура 20 оС, катодная плотность тока 5 А/дм2 при перемешивании механической мешалкой с частотой вращения 80 об/мин.

Износостойкость КЭП никель-фторопласт при нагрузках свыше 2,8 Н резко начинает уменьшаться (рис. 6 а). Это связано с тем, что при нагрузках более 2,5 – 2,8 Н на поверхности при трении образуются задиры и покрытие разрушается. При увеличении температуры электролита от 20 до 60 оС износостойкость практически не изменяется при одинаковых условиях эксплуатации и режимах электролиза. При увеличении рН электролита от 1,0 до 3,5 износостойкость практически не изменяется, а при дальнейшем увеличении рН до 5 она резко уменьшается (рис. 6 б), что, по-видимому, связано с тем, что начиная с рН 3,5 – 4,0 в покрытие могут зарастать кроме тонкодисперсных соединений фторопласта также и тонкодисперсные соединения никеля, которые ухудшают рельеф поверхности, а значит и увеличивают способность выкрашивать с поверхности образующиеся выступы.

При повышении концентрации СФ-4Д в электролите от 0,2 до 0,5 мл/л износостойкость увеличивается, а при дальнейшем увеличении концентрации от 0,5 до 0,7 мл/л износостойкость снижается (рис. 7), что также, по-видимому, связано с образованием на поверхности неровностей. Увеличение износостойкости вероятно связано с тем, что фторопласт, который при электроосаждении включается в осадок, выполняет функции сухой смазки, размазываясь при трении по поверхности изделий. Т.е. на металлической поверхности формируется пластичный слой (трибополимерная пленка) с низким коэффициентом трения и низким сопротивлением сдвигу. Наличие фторопласта непосредственно в гальваническом покрытии и на его поверхности облегчит процесс образования трибополимерной пленки при добавлении смазки и еще более снизит коэффициент трения.

Среди свойств КЭП никель-фторопласт одним из важнейших является их коррозионная стойкость. На рис. 8 представлены результаты испытаний коррозионной стойкости покрытий никель-фторопласт. Исследовали покрытие с помощью метода «Corrodcote». Испытания проводили параллельно на трех одинаковых образцах, покрытых при одинаковых условиях. Площадь прокородировавших участков относили к единице поверхности образца. Из рис. 8 видно, что композиционные покрытия никель-фторопласт по коррозионной стойкости превосходят чисто никелевые покрытия.

 а) б)  Зависимость-9 а) б)  Зависимость-10

а) б)

Рис. 6 – Зависимость износостойкости КЭП никель-фторопласт, осажденных из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 250, борная кислота 35, сахарин 1,5, БД 0,5 мл/л, СФ-4Д, мл/л: 1 – 0; 2 – 0,2; 3 – 0,4; 4 – 0,6 при температуре 20 оС, катодной плотности тока 5 А/дм2, толщине покрытия 20 мкм и рН 1,0 от: а) нагрузки, б) рН..

  Зависимость износостойкости КЭП-11

Рис. 7 – Зависимость износостойкости КЭП никель-фторопласт, осажденных из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 250, борная кислота 35, сахарин 1,5, БД 0,5 мл/л при температуре 20 оС, катодной плотности тока 5 А/дм2, толщиной покрытия 20 мкм и рН: 1 – 1,0; 2 – 3,0; 3 – 5,0 от концентрации СФ-4Д в электролите.

В КЭП никель-фторопласт проанализирован синергический эффект, проявляющийся в виде улучшения их износостойких и антифрикционных свойств по сравнению с величинами этих же свойств, рассчитанных по аддитивной модели. Синергизм твердой и смазочной компонент исследованных КЭП заключается, по-видимому, в «концентрировании» фторопласта на поверхности трения, повышающем антифрикционность и износостойкость никеля, и в наличии наночастиц фазы никеля со сферической или цилиндрической формой, проявляющих свойства твердых смазок.

  Результаты коррозионных-12

Рис. 8 – Результаты коррозионных испытаний по методу «Corrodcote» покрытий: 1 – никель-ПФТЭ, 2 – никель.

Одним из основных свойств, определяющих качество и коррозионную стойкость электролитических покрытий, является их пористость. Изучение электролитических покрытий показывает, что пористость осадка в сильной степени зависит от возникновения в нем внутренних напряжений, от качества предварительной подготовки поверхности перед нанесением покрытий, материала основы, загрязнения и рН электролита, ВТ, режимов электролиза и т.д. Выяснение причин образования пор в осадках является одним из наиболее важных вопросов при электролитическом осаждении металлов, сплавов и КЭП.

С увеличением толщины покрытия пористость вначале резко уменьшается, а начиная с толщины порядка 9 – 12 мкм пористость изменяется незначительно во всем рабочем диапазоне вводимой добавки. С увеличением катодной плотности тока пористость увеличивается от 5 до 9 пор/см2 при увеличении плотности тока от 1 до 6 А/дм2 при концентрации БД 0,5 мл/л, и концентрации СФ-4Д 0,4 мл/л..

С повышением температуры электролита от 20 до 60 оС пористость незначительно уменьшается от 6 до 4 пор/см2, с повышением рН электролита до 4,0 пористость также незначительно уменьшается, а с дальнейшим повышением рН начинает увеличивается.

Исследована зависимость ВН КЭП никель-фторопласт, осажденных из хлоридного электролита, от толщины покрытия, концентрации вводимой в электролит блескообразующей добавки и режимов электролиза. Измерения производили в момент окончания электролиза. Наблюдали напряжения растяжения.

ВН с увеличением рН электролита вначале уменьшаются от 260 до 245 МПа при изменении рН от 1,0 до 3,0, а затем увеличиваются от 245 до 270 МПа при увеличении рН от 3,0 до 5,0. С увеличением температуры электролита от 20 до 60 оС ВН уменьшаются от 245 до 160 МПа при рН 1,0 и катодной плотности тока 5 А/дм2. При увеличении катодной плотности тока от 1 до 6 А/дм2 ВН возрастают от 240 до 290 МПа, при рН электролита 1,0 и температуре 20 оС. С увеличением толщины никелевых покрытий от 1 до 15 мкм ВН уменьшается от 285 до 250 МПа. При увеличении концентрации СФ-4Д от 0,2 до 0,6 мл/л ВН увеличиваются от 260 до 280 МПа.

Сцепление КЭП никель-фторопласт, осажденных из хлоридного электролита в рабочих диапазонах температур и рН электролита, катодной плотности тока, концентрации блескообразующей добавки в электролите, удовлетворяет ГОСТ 9.302-89.

Микротвёрдость покрытий с повышением катодной плотности тока от 1 до 6 А/дм2 при температуре электролита 20 оС снижается от 2800 до 2450 МПа. Такой же ход зависимости наблюдается и при температуре 60 оС.

С повышением температуры микротвердость снижается вне зависимости от рН электролита. Так при рН 1,0 с увеличением температуры электролита от 20 до 60 оС микротвердость снижается от 2800 до 2430 МПа.

С повышением рН электролита от 1,0 до 3,0 микротвердость снижается от 2750 до 2550 МПа, а при дальнейшем увеличении до 5 увеличивается до 2800 МПа. С повышением концентрации СФ-4Д в электролите от 0,2 до 0,6 микротвердость практически не изменятся.

В связи со спецификой разряда на катоде коллоидных частиц соединений никеля и включения фторопласта можно ожидать включение в покрытие соединений, составлявших дисперсную частицу.

Определяющими факторами для получения качественных КЭП является стабилизация частиц второй фазы в электролите и создание условий для их равномерного распределения в осадке. Рассматривали коагуляционную устойчивость стабилизированной суспензии при изменении концентрации СФ-4Д в электролите, рН, температуры, а также продолжительность хранения и проработки электролита. Устойчивость хлоридного электролита-суспензии в зависимости от рН, концентрации фторопласта в электролите и продолжительности хранения приведены на рис. 9. Устойчивость хлоридного электролита для нанесения КЭП никель-фторопласт способствует получению покрытий, в которых фторопласт равномерно распределяется по поверхности осадка. Это также подтверждается микроскопическими измерениями. Так измерения, проведенные на 5 параллельных образцах и на каждом образце в 5 точках показали, что фторопласт равномерно распределяется по поверхности покрытия и составляет примерно 2,39 – 2,64 об. % (рис. 10, морфология и состав покрытия на одном из образцов и в одной точке).

 а) в) б)  Зависимость-13 а)

в)

 б)  Зависимость оптической-15 б)

Рис. 9 – Зависимость оптической плотности хлоридного электролита для нанесения КЭП никель-фторопласт: а) от рН; б) от концентрации СФ-4Д в электролите; в) от продолжительности хранения.

  Морфология и состав-16

Рис. 10 – Морфология и состав никелевого покрытия, осажденного из хлоридного электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 250; кислота борная 35; сахарин 1,5; БД 0,5 мл/л, СФ-4Д 0,4 мл/л при температуре 20 оС и рН 1,5 и катодной плотности тока 5 А/дм2 снятого на микроскопе “Кванта 200”.

Никель является хорошим конструкционным материалом, и поэтому на его основе износостойкие и самосмазываемые покрытия представляют определенный практический интерес. Наиболее перспективными для упрочнения узлов сухого трения при больших скоростях скольжения (свыше 3 м/с) и нагрузках (более 3,0 – 3,5 МПа) являются покрытия типа металл-тугоплавкие частицы-самосмазываемые частицы.

Для получения таких покрытий разработан хлоридный электролит для нанесения КЭП никель-бор-фторопласт состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200 – 300, сульфат никеля семиводный 2,5 – 5,0, борная кислота 25 – 35, сахарин 0,5 – 2,0, борсодержащая добавка – дикарбоундекарборат калия (БСД) 1,5 – 4,0, СФ-4Д 0,3 – 0,7. Режимы электролиза: рН 1,5 – 5,5, температура 20 – 60 оС, плотность тока 0,5 – 10 А/дм2, перемешивание механической мешалкой с частотой вращения 60 – 100 об/мин.

Зависимость износостойкости КЭП никель-бор-фторопласт при нагрузках свыше 3 Н приведены на рис. 11. Откуда видно, что при нагрузках 3 – 6 Н износостойкость практически не изменяется, а при увеличении от 6 до 7 Н – уменьшается.

На рис. 12 представлены результаты испытаний коррозионной стойкости покрытий никель-бор-фторопласт, никель-бор, осажденных из электролитов приведенных выше, и никелевого покрытия, осажденного из хлоридного электролита. Очевидно, что КЭП никель-бор-фторопласт по коррозионной стойкости превосходят покрытия никель-бор и чисто никелевые покрытия. Испытания проводили на 3 параллельных образцах.

  Зависимость износостойкости КЭП-18

Рис. 11 – Зависимость износостойкости КЭП никель-бор-фторопласт, осажденных из электролита состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 250, борная кислота 35, сахарин 1,0, БСД 3,0; СФ-4Д, мл/л: 1 – 0,3; 2 – 0,5; 3 – 0,7 при температуре 20 оС, катодной плотности тока 3 А/дм2, толщине покрытия 20 мкм, рН 1,0 и перемешивании со скоростью 80 об/мин от нагрузки.

  Результаты коррозионных-19

Рис. 12 – Результаты коррозионных испытаний по методу «Corrodcote» следующих покрытий: 1 – никель-бор-фто-ропласт, 2 – никель-бор, 3 – никель.

Морфология покрытий никель-бор и никель-бор-фторопласт приведена на рис. 13. При переходе от сплава никель-бор к КЭП никель-бор-фторопласт микротопография поверхности осадков меняется. В отличие от сплава, композиционное покрытие имеет шероховатую поверхность, микровыступы которой очевидно образуются при заращивании частиц дисперсной фазы. Анализ состава КЭП показал наличие в осадках фтора. Включение дисперсных частиц в покрытия приводит к структурным изменениям металлической матрицы, что сказывается на свойствах осадков. Увеличение износостойкости вероятно связано с тем, что фторопласт, который при электроосаждении включается в осадок, выполняет функции сухой смазки, размазываясь при трении по поверхности изделий. Т.е. на металлической поверхности формируется пластичный слой (трибополимерная пленка) с низким коэффициентом трения и низким сопротивлением сдвигу. Наличие фторопласта непосредственно в гальваническом покрытии и на ее поверхности облегчит процесс образования трибополимерной пленки, а при добавлении смазки еще более снизит коэффициент трения. Структурные изменения в композиционных покрытиях приводят также к увеличению коррозионной стойкости покрытий.

 а) б) в) г)  Морфология-20 а) б) в) г)



Pages:     | 1 || 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.