CC BY
60
УДК 540.185; 621.793
Г. Г. Мингазова, Р. Е. Фомина, В. Ш.Хайбиева, Л. Н. Нажарова
НИКЕЛЕВЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ С РАЗЛИЧНОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗОЙ
Ключевые слова: КЭП с матрицей из никеля, дисперсная фаза, каолин, сульфат бария, пористость, коррозионная стойкость, микротвердость, микрофотографии.
Приводятся результаты исследований по получению КЭП с никелевой матрицей. В качестве ДФ использовались частицы веществ различной химической природы (сульфат бария и каолин). Представлены результаты исследований морфологи покрытий и изучены физико-химические свойства полученных покрытий. Показано улучшение коррозионной стойкости, микротвердости, пористости покрытий на несколько порядков в присутствии дисперсной фазы (сульфат бария).
Keywords: CEC with a matrix of Nickel, a disperse phase, kaolin, barium sulfate, porosity, corrosion resistance, microhardness, photomicrographs.
The results of studies for obtaining the CEC with a nickel matrix. As DF used particles of substances of different chemical nature (barium sulphate and kaolin). The results of coating morphology studies and investigated the physicochem-ical properties of the resulting coatings. Results improved corrosion resistance, microhardness, porosity coatings on some orders in the presence of the dispersed phase (barium sulfate).
В качестве ДФ использовали частицы сульфата бария по ФС 42-3074-94 в количестве 5-25 г/л, каолин -1-3 г/л.
Покрытия наносили на стальные пластины площадью 8 см2, подготовленные известными методами [4]. Анодом служили никелевые пластины. Использовали постоянное перемешивание магнитной мешалкой. Условия получения покрытий: плотность тока 2А/дм , толщина покрытий составляет 20 мкм. Массовое содержание частиц в покрытиях определяли гравиметрически (косвенным методом) [7]. Пористость покрытий определяют наложением фильтровальной бумаги в соответствии с ГОСТом 9.302-85. Скорость коррозии определяли в соответствии с ГОСТом 9.908-85 по изменению массы покрытий в течение семи суток методом погружения в 3%-м раствор NaCl. Микротвердость покрытий определяли в соответствии с ГОСТом 9450 - 76 на приборе ПМТ-3. Допускаемая нагрузка подбиралась так, что толщина образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,5 раза. Испытание образцов проводилось под постоянной нагрузкой 20 г.
Результаты и их обсуждение
Рассматривали соосаждаемость с никелевой матрицей частиц каолина и сульфата бария. Как показали опыты включение частиц каолина не стабильно. Покрытия получались качественные, блестящие, светло-серого цвета. Частицы каолина при концентрации в ЭС 1 и 2 г/л включались в никелевую матрицу в количестве 2,7 и 1,2 масс % соответственно.
Из ЭС с частицами сульфата бария образовывались качественные, матовые покрытия, темно-серого цвета. На их поверхности наблюдался налёт белого цвета, который при обработке водой не смывался. Количества частиц BaSO4 в матрице составляло от 4,76 до 7,8 масс % при концентрации в электролите-суспензии 5-25 г/л. Из литературы [5] известно, что поверхность частиц сульфата бария имеет положительный заряд. Видимо, это и способ-
Введение
Создание композиционных электро-химических покрытий является одним из важных направлений современной гальванотехники. Принцип получения композиционных электрохимических покрытий (КЭП) основан на том, что вместе с металлами из электролитов-суспензий (ЭС) соосаждаются дисперсные частицы различного размера и видов. Включаясь в покрытия, дисперсные частицы существенно улучшают их эксплуатационные свойства (твердость, износостойкость, коррозионную устойчивость) и придают им новые качества (антифрикционные, магнитные, каталитические). Благодаря этому КЭП находят применение в машиностроении, приборостроении, при изготовлении медицинских инструментов и химической аппаратуры [1].
Наибольшее распространение среди КЭП получили покрытия с никелевой матрицей. Электролиты никелирования не всегда обладают высокой рассеивающей способностью и закрывают дефектные места на покрываемых поверхностях. Осаждение композиционных покрытий является одним из решений этой проблемы. КЭП на основе никеля характеризуются высокой твердостью и износостойкостью, устойчивостью в коррозионных средах и хорошим внешним видом. С никелем легко соосаждаются дисперсные частицы различной природы [2,3].
Целью работы является исследование возможности получения КЭП с матрицей из никеля с частицами сульфата бария и каолина.
Экспериментальная часть
Методика эксперимента
Для исследования процесса нанесения КЭП с матрицей из никеля использовали электролит следующего состава, г/дм3: М18О4-7Н2О 70-75; Ыа2804-10Н20 40-50; Н3В03 20-25; №С1 5-7; рН 5,8.
ствует более быстрому продвижению частиц к катоду и облегчение встраивания их в покрытие [6].
Известно [7], что покрытия содержащие частицы, особенно микропорядка имеют на поверхности множество дефектов, приводящих к образованию пористых осадков. Данные представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Пористость покрытий от наличия частиц БаБО4 в электролите-суспензии
Концентрация частиц, 0 5 10 20 25
г/л
Пористость, пор/см2 9 4 3 1 0
Из таблицы 1 видно, что пористость контрольного никелевого покрытия составляет 9 пор/см2. При включении частиц ВаЭ04 пористость покрытий понижается. При концентрации 25 г/л поры отсутствуют. Видимо, уменьшение количество пор связано с тем, что покрытие становятся более компактными.
Определение пористости покрытий Ыькаолин было затруднительно. Вся поверхность фильтровальной бумаги, смоченной в растворе, становилась синий. Поэтому подсчитать количество пор было невозможно.
С целью выяснения коррозионного поведения покрытий, их испытывали в растворе 3 % ЫаО! в течении 7 сут без доступа воздуха. После того как покрытия вынимали из раствора на их поверхности, имелись черные и коричневые пятна. Затем их промывали большим количеством воды до смывания с поверхности продуктов коррозии. После этого на поверхности покрытия оставались черные точки. Раствор хлорида натрия после опыта становился коричневым и на дне стакана, появилось большое количество хлопьев рыжего цвета.
Покрытия с частицами каолина являются не
стойкими, показатель коррозии составляет 2 2 025г/м_,составляет 0,015 до 0,025 г/м -ч в зависимости от их концентрации в электролите-суспензии. Нестойкость покрытий, возможно, связана с пористостью этих покрытий.
Скорость коррозии ЫьКЭП с частицами ВаЭ04
концентрацией 5 и 10 г/л, полученных из электро-
22
лита-суспензии, составляет 0,053 и 0,047 г/\Г' г/м -ч соответственно. С увеличением концентрации частиц сульфата бария в электролите-суспензии до 25 г/л стойкость никелевых композиционных электрохимических покрытий повышается до 0,02 г/м2-ч по сравнению с контрольным покрытием (0,042 ' г/м -ч). Возможно, повышение коррозионной стойкости этих покрытий связано с уменьшением их пористости (таблица 1).
Помимо влияния ДФ на структуру покрытий следует учитывать их электрохимическую природу, поскольку коррозионный процесс обуславливается возникновением коррозионных токов. Наименьшие коррозионные токи наблюдаются в покрытиях при концентрации частиц Ва804 25 г/л -0,56 0,56-П 0,56-10-1 тА.
Морфология контрольного никелевого покрытия и с частицами ВаЭ04 концентрацией 20 г/л в электролите-суспензии представлены на рисунках 1 и 2.
Рис. 1 - Микрофотография контрольного никелевого покрытия
Рис. 2 - Микрофотография никелевого покрытия с частицами сульфата бария
Контрольное никелевое покрытие (рис.1) имеет столбчатую структуру, при введении в электролит частиц ВаЭ04 приводит к образованию мелкозернистой структуры (рис.2). Вероятно, соосаждение частиц ВаЭ04 влияет на характер кристаллизации никеля и меняет механические свойства покрытий, происходит повышение твердости композиционных покрытий, что связано с изменением структуры N1-кристаллитов (табл. 2).
Таблица 2 - Микротвердость никелевых покрытий в зависимости от концентрации частиц БаБО4 в электролите-суспензии при нагрузке 20 г
Концентрация частиц, г/л 0 5 10 20 25
Микрот-вер-дость, МПа 1281 2093 2182 1828 1968
Из таблицы 2 видно, что микротвердость чистого никелевого покрытия составляла 1281 МПа. Твердость никелевой матрицы повышается в присутствии второй фазы в покрытии, например, микротвердость КЭП Ы1-Ва304 при содержании частиц в ЭС 5 г/л составляет 2093 МПа, что является подтверждением образования гетерофазной системы и
оказываемого частицами упрочняющего действия на матрицу.
Таким образом, включение частиц ВаЭО4 в покрытия приводит к уменьшению их пористости. Покрытия, полученные из ЭС с концентрацией ДФ 25 г/л, не имеют пор. Коррозионная стойкость покрытий с частицами сульфата бария повышается в два раза по сравнению с контрольным никелевым покрытием. Микротвердость никелевой матрицы повышается в присутствии второй фазы. Наибольшее значение микротвердости наблюдается у никелевых покрытий, полученных из ЭС с концентрацией ВаЭО4 10 г/л составляет 2182 МПа.
Литература
1. В.Н. Целуйкин, Физикохимия поверхности и защита металлов, 45, 3, 287-301 (2009);
2. Г.Г. Мингазова, Р.Е. Фомина, С.В. Водопьянова, Вестник Казан. технологического университета, 14, 12, 157162 (2011);
3. Р.Е. Фомина, С.В. Водопьянова, Г.Г. Мингазова, В.Ш. Хайбиева, Р.С. Сайфуллин, Вестник Казан. технологического университета, 16, 21, 306-309 (2013)
4. А.И.Левин, А.В. Помосов. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии. Металлургия, Москва, 1979. 311с.
5. Д.А. Фридрихсберг, М.П. Сидорова, Л.А. Сёмина, Вестник Ленинградского университета, 4, 126-131, (1973);
6. В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, И.Ф. Гунькин, Защита металлов, 43, 4, 418-420, (2007);
7. Р.С. Сайфуллин, Неорганические композиционные материалы. Химия, Москва, 1983. 304 с.
© Г. Г. Мингазова - канд. хим. наук, доц. доц. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ [email protected]; Р. Е. Фомина - канд. хим. наук, доц. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ; В. Ш. Хайбиева - аспирант той же кафедры, [email protected]; Л. Н. Нажарова - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.
© G. G. Mingazova - Cand. chem. Sciences, Docent cathedra technology of inorganic substances and materials, KNRTU, [email protected]; R. E. FomiM - Cand. chem. Sciences, Docent cathedra technology of inorganic substances and materials, KNRTU; V. Sh. Haybieva - graduate student technology of inorganic substances and materials , [email protected]; L. N. Nazharova - Cand. tehn . Sciences, cathedra technology of inorganic substances and materials, KNRTU.
