Исследование кластерных композиционных покрытий никель–фторопласт Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Полученные результаты ускоренных коррозионных испытаний позволили сделать следующие выводы:

- защитная способность ПАП на стали близка к защитной способности гальванического кадмия с хроматированием;

- увеличение толщины ПАП приводит к возрастанию его защитной способности;

- увеличение толщины оксидного слоя на поверхности ПАП путем химического или анодного оксидирования также приводит к возрастанию защитной спсобности ПАП.

В настоящее время рассматривается возможность получения на поверхности ПАП пиролитического оксида алюминия, что позволит повысить экологичность процесса обработки ПАП, проводить процесс получения комплексного покрытия ПАП + +пиролитический оксид алюминия в одной установке.

ЛИТЕРАТУРА

1. Улиг Т.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Л.: Химия. 1989. С. 290.

2. Чистяков А.М., Волков Ю.С. Горячее алюминирование - эффективный способ защиты от коррозии: Материалы науч.-практ. семинара. Петропавловск-Камчатский. 1990. С. 16.

3. Давыдов Ю.Ш. и др. Нефтепромысловые трубы. Самара. 1992. С. 19.

4. Заявка 3142079 (Япония). 1991.

5. Шлугер М.А., Тока Л.Д. Гальванические покрытия в машиностроении (Справочник). М.: Машиностроение. 1985. С. 198.

6. Ройх И.Л., Колтунова Л.Н., Федосеев С.Н. Нанесение защитных покрытий в вакууме. М.: Машиностроение. 1976. С. 86.

7. Алюминиевые ионно-осажденные покрытия для защиты от коррозии сталей //РЖ «Коррозия, защита от коррозии». 1985. №4. С. 792.

8. РЖ «Коррозия, защита от коррозии». 1985. №6. С. 982.

9. РЖ «Коррозия, защита от коррозии». 1986. №14. С. 516.

В.В. Нагаев, Л.В. Нагаева

ИССЛЕДОВАНИЕ КЛАСТЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЬ-ФТОРОПЛАСТ

Исследованы свойства кластерных композиционных покрытий никель-фторопласт (скорость осаждения, адгезия, пористость, микротвердость).

Ключевые слова: кластерные композиционные покрытия, микротвердость.

В последнее время в гальванотехнике большое внимание уделяется электроосаждению композиционных покрытий, обладающих новыми свойствами (антифрикционные, самосмазывающие свойства) [1]. Гальванические покрытия на основе никеля известны тем, что в никелевую матрицу лучше встраиваются вещества второй фазы (частицы, легирующие элементы), чем, например, в хромовую. Электроосаждение никеля из электролита, содержащего частицы фторопласта, позволит получить покрытия, обладающие антифрикционными свойствами. Однако введение порошка фторопласта в электролит никелирования было затруднено, так как фторопласт плохо смачивается водой. В УНТЦ - филиале ФГУП «ВИАМ» - разработаны директивный технологический процесс по введению фторопласта в электролиты никелирования и технологическая рекомендация по нанесению композиционных покрытий на основе никеля из этих электролитов.

Существуют различные методы исследования композиционных материалов [2, 3]. Данная работа посвящена исследованию свойств покрытий никель-фторопласт, таких как пористость, адгезия, микротвердость, скорость осаждения. Проведены также металлографические исследования покрытий никель-фторопласт.

Установлено, что максимальная скорость осаждения никелевого покрытия, полученного в электролите без нанопо^ошков, составляет 0,5 мкм/мин при максимально допустимой плотности тока 4 А/дм . Введение в электролит никелирования порошка фторопласта совместно с нанопорошком оксида алюминия позволяет повысить максимально допустимую плотность тока до 5 А/дм , при этом скорость осаждения покрытия увеличивается в 2 раза (рис. 1).

Покрытие, полученное в электролите никелирования без порошков, при толщине 25 мкм имеет до 16 пор на 1 дм2 (пористость никелевых покрытий определяли методом наложения фильтровальной бумаги по ГОСТ 9.302). При добавлении в электролит никелирования порошка фторопласта количество пор в покрытии уменьшается (5-6 пор на 1 дм2), но увеличивается их размер. Добавление нанопорошков в электролит в сочетании с фторопластом позволяет получать беспористые покрытия при толщинах 25 мкм и выше.

При проверке прочности сцепления никелевого покрытия (по ГОСТ 9.302 методом изменения температур), полученного в электролите с фторопластом, наблюдается отслоение покрытия. Улучшению прочности сцепления покрытия с подложкой способствует предварительное нанесение подслоя никеля. Введение в электролит нанопорош-ков также способствует повышению прочности сцепления покрытия и не требует дополнительного подслоя.

1,4

1

« 1

0,6

о 0,2

х/1

с 6000

° 4000

и 2000

10

Плотность тока, А/дм2

М-фторопласт+ М-фторопласт+ М-фторопласт+

+ТЮ, +АШ,

Рис. 1. Скорость осаждения никелевых покрытий: ■ - никель + оксид алюминия; • - никель + фторопласт; о - никель + оксид алюминия + фторопласт; о - никель

Рис. 2. Микротвердость никелевых покрытий, полученных из электролитов, содержащих нанопорошки и порошок фторопласта, в сравнении с микротвердостью стандартного никелевого покрытия

Добавление в сульфаминовокислый электролит никелирования фторопласта в сочетании с нанопорошками способствует увеличению микротвердости покрытий с 4000 до 6500 МПа (рис. 2). Микротвердость никелевых покрытий измеряли с помощью микротвердомера ПМТ-3М на поверхности образцов (толщина покрытия 35-40 мкм) при нагрузке на индентор 50 г.

С помощью металлографического микроскопа были получены фотографии поверхностей и шлифов покрытий (рис. 3 и 4). Поверхность покрытий, полученных из электролитов, содержащих нанопорошки, более ровная и содержит меньше видимых пор, чем поверхность покрытий, полученных из стандартных электролитов. Исследуемые покрытия наносились на образцы из медной ленты толщиной 100 мкм при одинаковых условиях электролиза, отличительным фактором являлось наличие и вид нанопо-рошков в электролите.

б)

г)

е)

II

Рис. 3. Металлографические исследования поверхности (I - ><50) и шлифов (II - ><500) никелевых покрытий, полученных из стандартного электролита (а, б) и электролитов, содержащих нанопорошки Al2O3 (в, г) и SiC (д, е), - покрытия нанесены на медную ленту (то лщиной 100 мкм)

II

I

Рис. 4. Металлографические исследования поверхности (I - ><50) и шлифов (II - ><500) покрытий на основе никеля, полученных из электролита, содержащего частицы фторопласта (а, б), и электролитов, содержащих частицы фторопласта + нанопорошки Al2O3 (в, г) и SiC (д, е). Покрытия нанесены на медную ленту (толщиной 100 мкм)

На фотографиях шлифов покрытий на основе никеля (см. рис. 4), полученных из электролитов, содержащих частицы фторопласта, видны включения частиц в покрытия.

Поверхность покрытий, полученных из электролитов, содержащих оксид алюминия, отличается от покрытий, полученных из электролитов, содержащих карбид кремния, -из этого следует, что из электролитов, содержащих нанопорошки, обладающие разными свойствами, образуются покрытия различного вида.

В результате проведенных исследований разработаны и оптимизированы технологические процессы получения гальванических кластерных композиционных покрытий (ККП) никель-фторопласт, обладающих следующими свойствами:

- скорость осаждения ККП выше, чем у стандартных никелевых покрытий;

- при толщинах более 25 мкм поры в покрытиях не обнаружены;

- адгезия покрытий удовлетворяет требованиям ГОСТ 9.302;

- микротвердость покрытий никель-фторопласт выше, чем у стандартных никелевых покрытий;

- металлографические исследования показали, что частицы фторопласта в большом количестве внедряются в никелевую матрицу, а наночастицы различного вида по-разному влияют на внешний вид поверхности покрытия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бородин И.Н. Порошковая гальванотехника. М.: Машиностроение. 1990. С. 204.

2. Сайфуллин Р.С. Физикохимия неорганических и полимерных композиционных материалов. М.: Химия. 1990. С. 145.

3. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Металловедение покрытий: учебник для вузов. М.: СП Интермет Инжиниринг. 1999. С. 44.

Е.В. Тюриков

ИССЛЕДОВАНИЕ СЛУЖЕБНЫХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ В САМОРЕГУЛИРУЮЩЕМСЯ ЭЛЕКТРОЛИТЕ ХРОМИРОВАНИЯ, СОДЕРЖАЩЕГО НАНОПОРОШОК ОКСИДА АЛЮМИНИЯ С РАЗМЕРОМ ЧАСТИЦ 5-50 нм

Представлены результаты исследований свойств хромовых покрытий, полученных в электролитах, содержащих нанопорошок оксида алюминия, в сравнении со свойствами стандартных хромовых покрытий. Проведенные исследования показали, что свойства хромовых покрытий, получаемых в электролитах, содержащих нанопорошок оксида алюминия, превосходят свойства покрытий, получаемых в стандартных электролитах.

Ключевые слова: хромовые покрытия, нанопорошок оксида алюминия.

Широко применяемые в настоящее время стандартный и саморегулирующийся электролиты хромирования имеют ряд существенных недостатков: малый выход по току, низкая рассеивающая способность, высокая пористость твердого хромового покрытия, высокие внутренние напряжения, увеличение шероховатости поверхности покрытия с ростом его толщины [1].

Для устранения этих недостатков были разработаны импульсные токовые режимы осаждения покрытий [2] и новые электролиты хромирования, содержащие мелкодисперсные частицы оксида алюминия, оксида циркония, оксида титана, карбида кремния [3, 4] или легирующие элементы - ванадий, молибден, титан [2]. В начале 80-х годов ХХ века для получения покрытий на основе хрома стали применять ультрадисперсные (кластерные) алмазы [5].