Свойства композиционных электрохимических покрытий с матрицей из никеля

УДК: 540.185; 621.793

Г. Г. Мингазова, Р. Е. Фомина, С. В. Водопьянова СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

С МАТРИЦЕЙ ИЗ НИКЕЛЯ

Ключевые слова: КЭП Ni— SiO2, аэросил, токи коррозии, шероховатость, микротвердость.

Изучены свойства композиционных электрохимических покрытий (КЭП) с матрицей из никеля. Частицы SiO2 и добавка алкилсульфата натрия приводит к уменьшению значений токов коррозии, повышению микротвердости покрытий. Частицы аэросила влияют на морфологию никелевых покрытий.

Key words: ECC Ni— SiO2, aeroforces, corrosion currents, surface roughness, microhardness.

The properties of electrochemical composite coatings (ECC) with a matrix of nickel. Particles of SiO2 and sodium alkyl sulfate additive reduces the values of the currents of corrosion, increasing the microhardness of coatings. Particles influence the morphology of the nickel coatings.

Современная техника испытывает острую необходимость в материалах, способных выдерживать длительные механические и тепловые нагрузки, успешно противостоять вредному воздействию износа, агрессивных сред, нагрузок. В последнее время большое внимание уделяется композиционным материалам и покрытиям, представляющим собой сочетание хотя бы двух химически разнородных материалов с четкой границей раздела между этими компонентами. Совместное сочетание компонентов придает новому материалу те свойства, которыми не обладает каждый из компонентов в отдельности [1].

Целью работы являлось определение свойств КЭП с частицами аэросила.

Ранее в работе были исследованы составы КЭП Ni-SiO2 и влияние алкилсульфата натрия на электровосстановление никеля. [2].

Защитная способность КЭП зависит от содержания SiO2 в покрытии (табл. 1).

Таблица 1 - Зависимость токов коррозии (мА/дм ) от концентрации ДФ и добавки АС в электролите

Наличие добавки в электролите, г/дм3 Концентрация SiO2, г/дм3

0 10 20 30 40

0 19,9 13,34 7,94 31,6 88,4

0,1 3,16 1,58 1,32 4,4 54,6

Как видно из таблицы 1 наименьшие коррозионные токи наблюдаются в покрытиях состава ЫьАС-8Ю2 (20 г/дм3) и составляют 1,32 мА/дм2 по сравнению с контрольным покрытием. Данные по токам коррозии согласуются с данными о коррозионной стойкости никелевых покрытий в 3 % растворе ЫаС! [2, 4].

Исследованию твердости придают большое значение, так как это позволяет косвенно судить о некоторых физико-химических и физических свойствах КЭП. Характер изменения твердости в ряде случаев удовлетворительно коррелирует с износостойкостью. Однако максимальная твердость не всегда соответствует высокой износостойкости. Твердость ЫьКЭП зависит главным образом от включения водорода и дисперсной фазы на искажение кристаллической решетки металла [3]. В таблице 2 показано влияние дисперсной фазы и алкилсульфата натрия на микротвердость покрытий.

Таблица 2 - Микротвердость покрытий (МПа) в зависимости от концентрации аэросила и добавки АС

Наличие добавки в электролите, г/дм3 Концентрация БЮ2, г/дм3

0 10 20 30 40

0 2793 3234 3107 2862 2833

0,1 2741 3602 3793 2773 2803

Из таблицы 2 видно, что с увеличением количества частиц в покрытиях микротвердость возрастает. Наибольшее значение микротвердости наблюдается у никелевых покрытий, полученных из электролита-суспензии с концентрацией аэросила 20 г/дм3. По сравнению с контрольными покрытиями твердость КЭП стала выше в 1,1-1,4 раза.

Величина шероховатости покрытий с различной концентрацией ДФ и АС представлены на рис. 1.

Рис. 1- Зависимость шероховатости покрытий от содержания в электролите частиц ЭЮ2 и растворимой добавки

Введение частиц ЭЮ2 в электролит понижает шероховатость покрытий по сравнению с контрольным никелевым покрытием: при концентрации аэросила 10-20 г/дм3 шероховатость снижается в 3,3-2,2 раза соответственно.

Добавка АС также позволяет получать более гладкие покрытия; шероховатость уменьшается в 4,4 раза. Добавка АС и частицы ДФ изменяют морфологию покрытий. Это подтверждается последующими результатами микроскопических исследований.

Были сделаны микрофотографии поверхности покрытий в зависимости от частиц различной природы и добавки алкилсульфата натрия. Данные представлены на рис.2.

Из рис. 2 видно, что введение добавки АС в электролит приводит к получению гладких мелкокристаллических покрытий (снимок б). ЭЮ2 нивелирует действие добавок АС, морфология покрытий близка к контрольному никелевому покрытию (рис. 2 а, г). Частицы ЭЮ2 не изменяют направление кристаллизации никеля, но несколько выравнивают ее.

Рис. 2 - Микрофотографии ГЛ-КЭП с частицами БЮг (в, г) и добавки АС (б,г). Концентрация добавок: а - 0; в,г - БЮг 20 г/дм3;. б,г - АС 0,1 мл/л. Увеличение 500 раз

Таким образом, частицы ЭЮ2 влияют на свойства Ы1-КЭП. В частности повышается коррозионная стойкость Ы1-КЭП в 10 раз в растворе 0,5 М НС1, микротвердость в 1,5 раза, понижается шероховатость покрытий в 3 раза, т.е. покрытия становятся более компактными по сравнению с контрольными покрытиями.

Методика эксперимента

Для исследования процесса нанесения КЭП с матрицей из никеля использовали электролит следующего состава, г/дм3: М1Б04-7Н20 330; М1С12-6Н20 45 Н3В03 38; ; рН 4.15.

КЭП получали из электролита, модифицированного ДФ БЮ2 (аэросил) марки А-175 ( Буд. =

175 м2 /г, С1 = 5 - 40 нм),. Покрытия наносили стальные пластины площадью 8 см2, подготовленные известными методами [5]. Анодом служили никелевые пластины. Использовали постоянное перемешивание магнитной мешалкой. Покрытия наносили при плотности тока 3 А/дм2. Толщина покрытий составляла 20 мкм. Массовое содержание частиц в покрытиях определяли гравиметрически (косвенным методом) [1].

Поляризационные кривые снимались, начиная со стационарных значений потенциалов, в потенциодинамическом режиме. Скорость развертки потенциалов на потенциостате 5 мВ/с. Измерения проводились в электрохимической ячейке, марки ЯСЭ-1 при температуре 18-23 °С. В качестве электрода сравнения использовали хлорсеребряный с потенциалом 240 мВ и вспомогательным электродом является платиновый электрод площадью 8=5-10-3 дм2. Полученные результаты

выводились на компьютер и обрабатывались с помощью программы EXCEL. Работа проводилась на приборе потенциостат-гальваностат IPC-2000.

Съемка производилась на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У. Вывод снимков на компьютер и их сохранение был сделан с помощью электронной системы цифрового вывода изображений для растровых микроскопов и программы ImageREM. Режим съемки: U уск. -30кУ, увеличения х50-х5000. Съемка была сделана с помощью режима COMPO- отраженные электроны (использовались одновременно 2 фотоэлемента).

Работа выполнена по теме «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области создания и обработки композиционных керамических материалов для машино-, авиастроения, химической промышленности и стройиндустрии», шифр заявки 2009-1.1-210-027-003.

Литература

1. Сайфуллин, Р.С. Неорганические композиционные материалы / Р.С. Сайфуллин. М.: Химия, 1983. -304 с.

2. Мингазова, Г.Г. Свойства никелевых покрытий с ультрадисперсными частицами БЮг / Г. Г. Мингазова, Р. Е. Фомина, Р. С. Сайфуллин, С.В.Водопьянова, А.А. Гизятова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 7. - С. 155 - 160.

3. Бородин, И. Н. Упрочнение деталей композиционными покрытиями / И. Н. Бородин. - М. : Машиностроение, 1982. - 141 с.

4. Паршутин, В.В. Влияние среды на коррозионное и электрохимическое поведение никеля / В.В. Паршутин, Н.Л. Богдашкина, Г.П. Чернова // Защита металлов - 2007. - Т.43, № 1. - С.64-70

5. Левин, А.И. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии / А.И.Левин, А.В. Помосов. -М.: Металлургия, 1979. - 311с.

© Г. Г. Мингазова - канд. хим. наук, доц. кафедры технологии неорганических веществ и материалов КГТУ; Р. Е. Фомина - канд. хим. наук, доц. той же кафедры; С. В. Водопьянова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры, rsaif@kstu.ru.