CC BY
69
7. Кушхов Х.Б., Шогенова Д.Л. Исследование совместного электровосстановления ионов иттрия и бора на серебряном и стеклоуглеродном электродах в расплавах KCl-NaCl, KCl-NaCl-CsCl // Расплавы. 2007. № 4. С. 48-54.
8. Шогенова Д.Л., Кушхов Х.Б. Электрохимический синтез иттрия и двойных боридов иттрия с металлами триады железа // Перспект. материалы. 2010. Июнь, специальный выпуск 9. С. 300-303.
9. Electrosynthesis of dysprosium borides in NaCl-KCl melt at 973 K / Kh. B. Kushkhov, A.S. Uzdenova, A.M.F. Qahtan,
M.R. Tlenkopachev, L.A. Uzdenova // SOP Transactions on Physical Chemistry. 2014. Vol. 1, №. 1. P. 18-22.
10. Electrosynthesis of gadolinium borides in CsCl-KCl-NaCl melt at 823K / Kh.B. Kushkhov, A.S. Uzdenova,
M.M.A. Saleh, L.A. Uzdenova // SOP transactions on physical chemistry. 2014. Vol. 1, № 1. P. 23-28.
11. Смирнов М.В. Электродные процессы в расплавленных хлоридах.7.
Сведения об авторе
Кротов Владимир Евгеньевич,
к.х.н., Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия, [email protected]
Krotov Vladimir Evgenjevith,
PhD (Chemistry), Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg,
Russia, [email protected]
УДК 544.65; 546.261
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ДВОЙНЫХ КАРБИДОВ ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА
Х.Б. Кушхов, Ф.Ю. Кучмезова, М.Н. Адамокова
Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М.Бербекова, Нальчик, Россия Аннотация
Исследованы физико-химические и физико-механические свойства покрытий двойных карбидов вольфрама и молибдена. Определены толщина, пористость и коррозионная стойкость покрытий.
Ключевые слова:
двойные карбиды вольфрама и молибдена, оксидные расплавы, электроосаждение.
PHYSIC-MECHANICAL AND PHYSIC-CHEMICAL PROPERTIES OF GALVANIC COATINGS OF DOUBLE CARBIDES OF TUNGSTEN AND MOLYBDENUM
Kh.B. Kushkhov, F.Yu. Kuchmezova, M.N. Adamokova
Kh.M.Berbekov Kabardino-Balkarian State University, Nalchik, Russia Abstract
We investigated the physic-mechanical and physic-chemical properties of the coatings of double tungsten and molybdenum carbides. Thickness, porosity and corrosion resistant of the coatings were measured.
Keyword:
double tungsten and molybdenum carbides, oxidation melts, electrodeposition.
Непосредственное применение тугоплавких металлов и их карбидов для изготовления различных деталей машин и механизмов часто ограничивается технологическими трудностями, значительной хрупкостью и высокой стоимостью этих материалов. Поэтому гораздо целесообразнее использовать их полезные свойства и применять их в форме покрытий на прочных и пластичных основах. Создание таких покрытий более эффективно, позволяет упростить технологию, заменить дорогостоящие и редкие металлы без существенного изменения работоспособности деталей, конструкций и агрегатов, увеличить срок службы и повысить надежность работы разнообразных деталей машин и механизмов, значительно увеличить жаропрочность и коррозионную стойкость изделий и агрегатов. Нами впервые получены покрытия двойных карбидов вольфрама и молибдена из оксидных расплавов. Исходя из возможности совместного электроосаждения молибдена, вольфрама и углерода, нами для электроосаждения покрытий двойных карбидов молибдена и вольфрама был выбран вольфраматно-молибдатно-карбонатный расплав.
Идентификацию и характеризацию полученных образцов покрытий двойных карбидов вольфрама и молибдена проводили с помощью комплекса современных методов исследований: металлографическое исследование (установка для приготовления металлографических шлифов ШЛИФ 2 M/V); сканирующая
240
электронная микроскопия (сканирующий электронный микроскоп Tescan VEGA3 LMH (Чехия) c EDX микрозондом для химического анализа (Великобритания)).
Нами исследованы толщины полученных покрытий в зависимости от продолжительности электролиза. Исследованы образцы, полученные из расплавов состава (мол. %): Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (5.0) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3 (5.0); Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(2.5); Na2WO4 (86.0) - Na2MoO4 (7.5) -Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(1.5) и Na2WO4 (86.5) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(1.0) при плотности катодного тока 0.2 А/см2 и продолжительности электролиза 2, 3 и 4 ч.
На рисунке 1 приведены микроскопические исследования шлифов образцов, полученных из расплавов состава (мол. %): Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (5.0) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3 (5.0) при продолжительности электролиза 2 (рис. 1а), 3 (рис. 1б) и 4 ч (рис. 1в).
а б
в
Рис.1. Снимки микрошлифов покрытий Mo2C W2C на стальной подложке, полученных из расплава состава (мол. %): Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (5.0) - Li2WO4 (5.0) -U2CO3 (5.0): а - 2 ч; б - 3 ч; в - 4 ч
Как видно из рис.1, толщина покрытий Mo2C W2C изменяется в пределах 2.3^3.0 мкм при продолжительности электролиза 2 ч, при продолжительности электролиза 3 ч изменяется в пределах 2.6^3.1 мкм и при продолжительности электролиза 4 ч изменяется в пределах 5.8^7.0 мкм.
На рисунке 2 приведены микроскопические исследования шлифов образцов, полученных из расплавов состава (мол. %): Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(2.5) при продолжительности электролиза 2 (рис.2а), 3 (рис.2б) и 4 ч (рис.2в).
а б в
Рис.2. Снимки микрошлифов покрытий Mo2CW2C на стальной подложке, полученных из расплава состава (мол. %): Na2WO4 (85.0) -Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) -Li2CO3(2.5): а - 2 ч; б - 3 ч; в - 4 ч
Как видно из рис.2, толщина покрытий Mo2C W2C изменяется в пределах 1.4^2.1 мкм при продолжительности электролиза 2 ч, при продолжительности электролиза 3 ч изменяется в пределах 1.8^2.3 мкм и при продолжительности электролиза 4 ч изменяется в пределах 3.3^5.4 мкм.
На рисунке 3 приведены микрошлифы образцов, полученных из расплавов состава (мол. %): Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(1.5) при продолжительности электролиза 2 (рис.3а), 3 (рис.3б) и 4 ч (рис.3в).
241
в
а
б
Рис.3. Снимки микрошлифов покрытий Mo2C-W2C на стальной подложке, полученных из расплава состава (мол. %): Na2WO4 (85,0) - Na2MoO4 (7,5) - Li2WO4 (5,0) - Li2CO3(1,5): а - 2 ч; б - 3 ч; в - 4 ч
Как видно из рис.3, толщина покрытий Mo2CW2C изменяется в пределах 2.2^2.4 мкм при продолжительности электролиза 2 ч, при продолжительности электролиза 3 ч изменяется в пределах 2.9^3.4 мкм и при продолжительности электролиза 4 ч изменяется в пределах 3.3^4.0 мкм.
На рисунке 4 приведены микрошлифы образцов, полученных из расплавов состава (мол. %): Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(1.0) при продолжительности электролиза 2 (рис.4а), 3 (рис.4б) и 4 ч (рис.4в).
а
б
в
Рис.4. Снимки микрошлифов покрытий Mo2C-W2C на стальной подложке, полученных из расплава состава (мол. %): Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(1.0): а - 2 ч; б - 3 ч; в - 4 ч
Как видно из рис.4, толщина покрытий Mo2C W2C изменяется в пределах 1.7^1.9 мкм при продолжительности электролиза 2 ч, при продолжительности электролиза 3 ч изменяется в пределах 2.2^4.5 мкм и при продолжительности электролиза 4 ч изменяется в пределах 4.2^6.0 мкм.
В таблице приведена зависимость толщины покрытия от продолжительности электролиза.
Пористость покрытий определяли по ГОСТу 9.302-88 [1]. При проведении контроля пористости применяли раствор: калий железосинеродистый - 3 г/дм3, натрий хлористый - 10 г/дм3.
Среднее число пор (N^) вычисляли по формуле:
Л(ср =
Мобщ
где М,бщ - общее число пор на контролируемой поверхности; S - площадь контролируемой поверхности, см3.
Применяли метод наложения фильтровальной бумаги. На железную пластинку накладывали фильтровальную бумагу, смоченную раствором: калий железосинеродистый - 3 г/дм3, натрий хлористый -10 г/дм3 таким образом, чтобы между поверхностью детали и бумагой не было пузырьков воздуха. После выдержки в течение 15 мин бумагу с отпечатками пор в виде точек или пятен снимали, промывали струей дистиллированной воды и высушивали на чистом стекле.
242
Зависимость толщины покрытий от продолжительности электролиза
№ Состав расплава (мол. %) Продолжительность электролиза, ч Толщина покрытия, мкм
1 Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (5.0) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3 (5.0) 2 2.3-3.0
3 2.6-3.1
4 5.8-7.0
2 Na2WO4 (85.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(2.5) 2 1.4- -2.1
3 1.8- -2.3
4 3.3- -5.4
3 Na2WO4 (86.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(1.5) 2 2.2- -2.4
3 2.9- -3.4
4 3.3- -4.0
4 Na2WO4 (86.5) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) - Li2CO3(1.0) 2 1.7- -1.9
3 2.2- -4.5
4 4.2- -6.0
Для образца, полученного из расплава состава (мол. %): Na2WO4 (86.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) -Li2CO3(1.5) при продолжительности электролиза 2 ч и плотности катодного тока 0.2 А/см2 общее число пор составило 9, площадь проверяемой поверхности 1.3 см2. По формуле вычислили среднее число пор: (Аф = 9/1.3 = 6.9).
Для образца, полученного из расплава состава (мол. %): Na2WO4 (86.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) -Li2CO3 (1.5) при продолжительности электролиза 3 ч и плотности катодного тока 0.2 А/см2
общее число пор составило 4, площадь проверяемой поверхности 1.3 см2. По формуле вычислили среднее
число пор: (Аф = 4/1.3 = 3.1).
Для образца, полученного из расплава состава (мол. %): Na2WO4 (86.0) - Na2MoO4 (7.5) - Li2WO4 (5.0) -Li2CO3 (1.5) при продолжительности электролиза 4 ч и плотности катодного тока 0.2 А/см2
общее число пор составило 4, площадь проверяемой поверхности 1.4 см2. По формуле вычислили среднее
число пор: (Аф = 4/1.4 =2.8).
Коррозионную стойкость изделий из стали-3, покрытых двойными карбидами вольфрама и молибдена, проверяли в 3%-м растворе NaCl в течение 96 ч, в концентрированных соляной (38 мас. %), серной (95.1 мас. %) и фосфорной (85.9 мас. %) кислотах, кислотах комнатной температуры в течение 20 ч и нагретых
до 800С, разбавленных до 9.5 мас. долей растворов этих же кислот в течение 8.5 ч. Скорость коррозии определяли по убыли массы образца с точностью 0.1 мг. Коррозионная стойкость изделий возрастает в 10-2000 раз по сравнению с коррозионной стойкостью самой подложки, а в отдельных средах покрытые образцы практически не коррозируют.
Литература
1. ГОСТ 9.302-88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические
и неметаллические неорганические. Методы контроля. Введ. 1990-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1988.
С. 3083. Поправка от 26.06.2007.
Сведения об авторах
Кушхов Хасби Билялович,
д.х.н., Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М.Бербекова, г.Нальчик, Россия,
hasbikushс[email protected]
Кучмезова Фатимат Юсуповна,
Кабардино-Балкарский государственный университет, г.Нальчик, Россия, [email protected] Адамокова Марина Нургалиевна,
к.х.н., Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М.Бербекова, г.Нальчик, Россия, adamokovam 1 @yahoo .com
Kushkhov Khasbi Bilyalovich,
Dr.Sc. (Chemistry), Kh.M.Berbekov Kabardino-Balkarian State University, Nalchik, Russia,
hasbikushс[email protected]
Кuchmezova Fatimat Yusupovna,
Kh.M.Berbekov Kabardino-Balkarian State University, Nalchik, Russia, [email protected] Adamokova Marina Nurgalievna,
PhD (Chemistry), Kh.M.Berbekov Kabardino-Balkarian State University, Nalchik, Russia, [email protected]
243
