CC BY
47
УДК 621.793
Р. Е. Фомина, Г. Г. Мингазова, С. В. Водопьянова,
Р. С. Сайфуллин
ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА МОРФОЛОГИЮ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЕМ
Ключевые слова: композиционные электрохимические покрытия (КЭП) Ni—AI2O3, морфология поверхности,
наночастицы.
Приведены результаты исследований по применению высокодисперсных частиц тугоплавких оксидов как компонентов защитных слоев с матрицей из никеля. В качестве дисперсной фазы (ДФ) использовались наночастицы тугоплавких веществ. Показано влияние ДФ на морфологию покрытий и их физические свойства.
Key words: electrochemical composite coatings (ECC) Ni—AI2O3, the surface morphology, nanoparticles.
The results of studies on the use offine particles of refractory oxides as components ofprotective layers with a matrix of nickel. As a dispersed phase (DPh) used by nanoparticles of refractory materials. Shows the effect of the DPh on the morphology of the matrix and their physical properties.
Металлматричные системы с тугоплавкой дисперсной фазой представляются как композиционные электрохимические покрытия (КЭП) [1, 2]. КЭП наносятся на поверхность изделий в виде тонких металлматричных слоев (от долей микрометра до нескольких десятков микрометров) электрохимическим путем. Суспензии содержат ДФ микро- и субмикроразмеров, вплоть до десяти и менее нанометров. Микротолщины покрытий и высокая дисперсность II фазы, распределенной в них, открыли новые возможности в модифицировании поверхности изделий для многих отраслей промышленности.
Эффективность использования КЭП во многом определяется природой дисперсной фазы. Перспективным дисперсным материалом композиционных покрытий являются оксиды, нитриды, карбиды и другие вещества.
Оксиды - самые распространенные и доступные в природных источниках твердые вещества. [2].
Из них наиболее важными в качестве ДФ могут быть: TiO2, AI2O3, ZrO2 SiO2. Покрытия, содержащие эти оксиды, являются стойкими при высоких температурах эксплуатации. Все оксиды имеют ряд полиморфных модификаций, способных в разной мере влиять на свойства получаемых с их использованием материалов. [4]. Ниже представлены результаты исследований.
В работе показана роль ДФ на морфологию металлматричных покрытий, что оказывает влияние на их физико-химические свойства.
Система N1-AI2O3. Методом прерывисто-контактной атомно-силовой микроскопии была изучена морфология поверхности никелевых покрытий. Видно, что частицы изменяют характер электрокристаллизации никеля. Наблюдается укрупнение зерен никеля и заращивание частиц оксида алюминия. Размеры используемых частиц 20-40 нм.
Для определение размеров частиц AI2O3 на поверхности изученных покрытий было
222
проведено сканирование различных участков с размерами 1*1 мкм , 2*2 мкм , 5*5 мкм , 10x10 мкм2, 20*20 мкм2.
Для всех образцов характерна одинаковая структура. На поверхности покрытий расположены частицы, которые условно можно разделить на две группы: крупные (наблюдаются даже в оптический микроскоп) и мелкие. Контрольный образец является исключением, на его поверхности явно выраженных частиц не обнаружено. Для остальных образцов характерны следующие размеры частиц: первая группа от 5 до 30 мкм, вторая группа 50-340 нм.
Рис. 1 - Микрофотографии никелевых покрытий в зависимости от наличия частиц А120з в электролите-суспензии, г/дм3: а - 0; б - 10; в - 15; г - 25; д - 35; е - 50
Частицы находятся чаще всего в виде агломератов (первая группа) и отдельных частиц (вторая группа), расположенных внутри зерен.
Изменение морфологии полученных покрытий приводит к изменению их физико-химических свойств, в частности частицы оксида алюминия улучшают защитные свойства, микротвердость, пористость и шероховатость никелевых покрытий [3-5].
б
а
в
г
д
е
Экспериментальная часть
Для исследования процесса нанесения КЭП с матрицей из никеля использовали электролит следующего состава, г/дм3: NiSO4-7H2O 210; H3BO3 30; KCl 10; рН 4.04. В качестве ДФ использовали нанопорошок Al2O3. Он изготовлен в соответствии ТУ 1791-002-36280340-2005: Syд = 21 м2/г; средний размер частиц составляет 30 нм. Микрочастицы ZrO2 (МРТУ 6-09-965-63). Концентрация ДФ составляла 5-50 г/дм3. Покрытия наносили стальные пластины площадью 8 см2, подготовленные известными методами. Анодом служили никелевые пластины. Использовали постоянное перемешивание магнитной мешалкой. Покрытия наносили при плотности тока 3 А/дм2. Толщина покрытий составляла 20 мкм.
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. Сайфуллин, Р. С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов / Р.С.Сайфуллин. М.: Химия, 1990. -240 с. / Physical Chemistry of Inorganic Polymeric and Composite Materials. Ellis Horwood Ltd, L.,N.-Y. 1992.-240 р.
3. Arghavanian, R. The effect of co-electrodeposited ZrO2 particles on the microstructure and corrosion resistance of Ni coatings/ R. Arghavanian, N. Parvini-Ahmadi //. J Solid State Electrochem. DOI 10.1007/s10008-010-1229-z
4. Фомина, Р.Е. Композиционные электрохимические покрытия с матрицей из никеля с включениями наночастиц Al2O3 /Р.Е.Фомина, Г.Г.Мингазова, Р.С. Сайфуллин, С.В. Водопьянова, Л.Р. Хабибрахманова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. -№ 5. - С.136-141.
5. Фомина, Р.Е. Влияние наночастиц Al2O3 на свойства покрытий никелем / Р.Е., Фомина, Г.Г. Мингазова, Р.С. Сайфуллин, С.В. Водопьянова, Р.К. Ксенофонтова // Вестник Казан. технол. унта. -2010. - № 8. - С.82-88.
© Р. Е. Фомина - канд. хим. наук, доц. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ; Г. Г. Мингазова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры; С. В. Водопьянова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры, rsaif@kstu.ru; Р. С. Сайфуллин - д-р техн. наук, проф. той же кафедры.
