Внутренние напряжения в электролитических сплавах кобальт-никель Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Hughes, Homer W. Cathart // Scaling Studies. 1995. V. 31. N 1. Р 23-43

6. Кувшинников И.М. // Хим. промышленность. 1992. № 1. С. 29-34;

Kuvshinnikov I.M. // Khim. Promyshlennost 1992. N 1. P. 29-34 (in Russian).

7. Кувшинников И.М. // Хим. промышленность. 1992. № 2. С. 24-28;

Kuvshinnikov I.M. // Khim. Promyshlennost. 1992. N 2. P. 24-28 (in Russian). 8. Лапшин Д.Н., Кунин А.В., Смирнов С. А., Ильин А.П

// Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2010. Т. 53. Вып. 11. С. 77-80;

Lapshin D.N., Kunin. A.V., Smirnov S.A., Ilyin A.P. //

Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2010. V. 53. N 11. P. 77-80 (in Russian).

Кафедра технологии неорганических веществ

УДК 621.359.3

Р.Ф. Шеханов, С.Н. Гридчин

ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ СПЛАВАХ КОБАЛЬТ-НИКЕЛЬ

(Ивановский государственный химико-технологический университет) e-mail: ruslanfelix@yandex.ru

Показана возможность получения электролитических сплавов кобальта и никеля с различным соотношением компонентов. Разработаны составы электролитов и режимы электроосаждения. Измерены внутренние напряжения в получаемых покрытиях.

Ключевые слова: электроосаждение, электролиты, бинарные сплавы, внутренние напряжения

Ранее [1] нами была показана возможность получения доброкачественных электролитических сплавов кобальта и никеля из ряда сульфатно-оксалатных электролитов, проанализирована роль процессов комплексообразования в соответствующих равновесных системах, выявлено наличие устойчивой зависимости состава осаждаемого сплава от плотности тока.

В настоящей работе выполнено исследование процессов электролиза в системах Co2-Ni2+-SO42--Cr-C2O42--H3BO3-NH3 и Co2-Ni2-SO42--Cl--C2O42--CH3COO--NH3. При этом начальная концентрация CoSO47H2O варьировалась от 10 до 135 г/л, NiS047H20 - от 5 до 54 г/л, (M^CzCUHzO - от 0 до 200 г/л, CH3C00NaH20

- от 0 до 10 г/л, Н3ВО3 - от 0 до 30 г/л, №С12-6Н20

- от 0 до 20 г/л, KCl - от 0 до 10 г/л. Растворы электролитов готовили из реактивов марки «ч.» на дистиллированной воде путем растворения каждого компонента электролита в отдельном объеме с последующей фильтрацией и сливом растворов в общую емкость. Температуру растворов поддерживали с точностью ±0.5°С с помощью термостата UTU-2. Исследуемый диапазон температур составлял от 20 до 60°С. Электроосаждение проводили в ячейке из органического стекла объемом 120 мл с использованием анодов из никеля и

кобальта. В качестве катодов использовали: медные образцы 1x2 см. Подготовка образцов включала обезжиривание в 10% растворе ЫаОН при температуре 60-80°С (2 мин) и травление в концентрированной НКОз (1-2 с) с промежуточными промывками. Качество покрытий определяли по внешнему виду и сцеплению с основным металлом согласно ГОСТу 9.301-86 и ГОСТу 9.302-88. Состав покрытия определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии [4]. Установка для поляризационных исследований включала импульсный потенциостат ПИ-50-1, в качестве за-датчика потенциала использовали программатор ПР-8. Исследования проводили в потенциостати-ческом режиме, площадь рабочего электрода 0.07 см2. Электродом сравнения служил насыщенный хлорсеребряный электрод ЭВЛ-1М1. Полученные значения потенциала пересчитывали относительно водородного электрода. Выход по току рассчитывали по методике [5].

Исследование процесса выделения сплава кобальт-никель на медных электродах показало, что получение доброкачественных покрытий возможно в интервале плотностей тока от 0.5 до 3 А/дм2 (а в некоторых случаях и более). Для практического использования можно рекомендовать ряд сульфатных и сульфатно-оксалатных электролитов,

состав которых представлен в таблице (безокса-латные электролиты № 4 и 5 разработаны с учетом рекомендаций [2, 3]). Катодная поляризация (АЕ) составляет -0.926 В для электролита № 1, -1.049 В -для электролита №2, -0.962 В - для электролита №3, -0.723 В - для электролита №4, -0.802 В -для электролита № 5, -0.948 В - для электролита №6, -0.931 В - для электролита №7 (при плотности тока 2 А/дм2). В процессе электролиза значение рН рабочего раствора в случае электролитов № 1, 2, 3, 6 и 7 увеличивается, а в случае электролитов № 4 и 5 уменьшается. Зависимость рН раствора от количества электричества показана на рис. 1. Покрытия получаются равномерные, имеющие хорошее сцепление с основой. Отсутствуют какие-либо признаки питтинга. Повышение плотности тока сопровождается снижением содержания в сплаве кобальта и увеличением содержания никеля (рис. 2).

РН

6

5-

4-

2-

0,0

0,1

¥

7

0,3

0,2 Q, А-ч/л

Рис. 1. Зависимость рН электролитов № 1 -7 от количества

прошедшего электричества Fig. 1. Dependence of pH for electrolytes N 1-7 on quantity of passed electricity

Таблица

Состав перспективных электролитов для получения сплавов Co-Ni Table. The promising electrolyte compositions for Co-Ni

Электролит: №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7

Температура, °C 40 35-40 35-40 20 20 40 40

Состав электролита

Компонент Концентрация, г/л

NiSO47H2O 20 20 20 115 5 5 5

CoS04-7H20 20 20 20 135 54 54 54

(NH4)2C204-H20 150 100 100 - - 100 120

CH3COONa- 3H20 10 10 - - - - 10

H3B03 - - 20 25 30 30 -

NiCl2-6H2O 20

KC1 - - - 4.5 10 10 10

Характеристики электролитических сплавов

Плотность тока Содержание кобальта/никеля, %

1.0 А/дм2 55/45 156/44 168/32 176/24 165/35 168/32 164/36

Выход по току, %

1.0 А/дм2 | 69.2 | 59.3 | 58.4 | 94.0 | 97.0 | 37.9 | 68.9

Микротвердость, ГПа

0.5 А/дм2 5.7 6.8 6.8 4.2 5.7 8.7 7.6

1.0 А/дм2 6.6 7.3 4.9 5.7 5.4 8.2 7.6

3.0 А/дм2 8.2 8.2 5.7 8.2 6.1 8.8 8.2

Ше роховатость, мкм

0.5 А/дм2 0.437 0.590 0.654 0.402 0.419 0.359 0.326

1.0 А/дм2 0.399 0.305 0.505 0.404 0.448 0.414 0.398

3.0 А/дм2 0.797 0.453 0.832 0.536 0.811 0.807 0.805

Для осаждаемых покрытий методом деформации гибкого катода были получены данные об изменении внутренних напряжений (рис. 3). Измерения показали, что покрытия обладают внутренними напряжениями растяжения. В электролите № 1 минимальное значение внутреннего напряжения достигается после 40 минут процесса

о4

s

п

s

а и о G и о О о

S

§

%

О «

о О

75-

70-

65-

60

55-

50-

45

"ÔT

1,0

1,5

2,0

2,5

"70"

j, А/дм

Рис. 2. Влияние плотности тока на состав сплава Co-Ni Fig. 2. Influence of the current density on a composition of the Co-Ni alloy

ВН, МПа

60

50

40

30

20

10

■ 6

5 -.2

7

0

1

6

2 3 4 5

Толщина покрытия, мкм

Рис. 3. Зависимость внутренних напряжений от толщины покрытия

Fig. 3. Dependence of internal stresses on coating thickness

3

4

3

6

7

5

2

электролиза (что соответствует толщине покрытия 5.7 мкм), в электролите № 2 - после 40 мин (5.4 мкм), в электролите № 3 - после 40 мин 2 (5.1 мкм), в электролите № 4 - после 20 мин (3.8 мкм), в электролите № 5 - после 15 мин (2.9 мкм), в электролите № 6 - после 20 мин (1.5 мкм), в электролите № 7 - после 30 мин . (5.2 мкм). Установлено, что с ростом толщины покрытия внутренние напряжения уменьшаются, что, по-видимому, связано с укрупнением струк- 4. туры. Введение в состав электролита оксалата аммония значительно повышает равномерность осаждаемого сплава кобальт-никель (за счет увеличения рассеивающей способности электролита, способствующей более равномерному распределению 5. металлов по поверхности катода) и позволяет получить покрытия с лучшими механическими свойствами, чем при использовании простых без-оксалатных электролитов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шеханов Р.Ф., Гридчин С.Н. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. Вып. 4. С. 68;

Shekhanov R.F., Gridchin S.N. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Teknol. 2011. V. 54. N 4. P. 68 (in Russian).

Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов. М.: Металлургия. 1974. 559 с.;

Laiyner V.I. Protective coatings of metals. M.: Metallurgia. 1974. 559 p. (in Russian).

Вячеславов П.М. Новые электрохимические покрытия. Л.: Лениздат. 1972. 264 с.;

Vyacheslavov P.M. New electrochemical coatings. L.: Lenizdat. 1972. 264 p. (in Russian).

Ермаченко Л.А. Атомно-абсорбционный анализ в санитарно-гигиенических исследованиях. М: Химия. 1997. 207 с.;

Ermachenko L.A. Atomic absorption analysis in sanitary-and-hygienic researches. M: Khimiya. 1997. 207 p. (in Russian).

Бахчисарайцьян Н.Г., Борисоглебский Ю.В., Буркат

Г.К. Практикум по прикладной электрохимии. Л.: Химия. 1990. 304 с.;

Bakhchisaraytsyan N.G., Borisoglebskiy Yu.V., Burkat

G.K. Practicum in applied electrochemistry. L: Khimiya. 1990. 304 p. (in Russian).

Кафедра технологии электрохимических производств, кафедра аналитической химии

УДК 666 + 546.18

В.Ф. Вернер, В.К. Бишимбаев, Т.М. Худякова

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ФОСФОРНОШЛАКОВЫХ ШИХТАХ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СИНТЕТИЧЕСКОГО ВОЛЛАСТОНИТА

(Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова) e-mail: verner.vf@mail.ru

Изучением процессов минералообразования в системе «шлак - кв.песок» установлено, что при спекании гранулированных фосфорношлаковых шихт, наибольший интерес представляет температурный интервал 850-950°С. В этом интервале преобладают фазовые превращения, связанные с появлением и увеличением количества жидкой фазы, образующейся при разложении акерманита и куспидина. В образовавшейся жидкой фазе растворяется корректирующая кремнеземистая добавка и при дальнейшем повышении температуры до 1000-1050°С наблюдается преимущественная кристаллизация низкотемпературного волластонита игольчатого габитуса.

Ключевые слова: электротермофосфорный шлак, синтетический волластонит, корректирующая добавка, отбеливающая добавка, грануляция, кристаллизация, минералообразование

Игольчатый волластонит ф-СаО^Ю2) -многофункциональный минерал с постоянно растущим на него спросом, используемый в качестве микроармирующего наполнителя для повышения эксплуатационных свойств силикатных и компо-

зиционных материалов. Потребность в волласто-ните на мировом рынке составляет в настоящее время более 750 тыс. тонн/год при стоимости от 400 до 900 долларов США за тонну. Процесс обогащения природных волластонитовых руд обеспе-