Введение 4
Глава 1. Основные понятия гальванотехники. Электролитические покрытия 7
1.1 Основы электролитического осаждения металлов 7
1.2 Оборудование. Подготовка операций 14
1.3 Электролитические покрытия 15
1.4 Электролитическое никелирование. Свойства никелевых покрытий 17
1.5 Виды никелевых покрытий. Области применения 22
1.6 Влияние параметров осаждения на свойства никелевых покрытий 24
1.7 Выводы по первой главе 26
Глава 2. Углеродные нанотрубки - типы, свойства, применение и перспективы применения в гальванике 28
2.1 Основные понятия и определения 28
2.2 Некоторые свойства углеродных нанотрубок 31
2.3 Типы, свойства и способы получения углеродных нанопорошков 34
2.4 Анализ УНТ, производимых в России и за рубежом 34
2.5 Возможности использования УНТ в процессе гальванического осаждения 35
2.6 Мировая практика электроосаждений с применением углеродных нанотрубок 36
2.7 Выводы по второй главе 56
Глава 3. Методика приготовления модифицированного электролита и методы исследования его свойств. Методы исследования морфологии поверхности электроосажденного никеля 58
3.1 Методика приготовления электролита для электроосаждения никелевых покрытий с добавкой суспензии с углеродными нанотрубками 58
3.2 Методика определения вязкости и кислотности электролитов 59
3.3 Микроскопический метод исследования морфологии поверхности электроосажденного никеля 61
3.4 Выводы по третьей главе 62
Глава 4. Электроосаждение. Подготовка образцов. Результаты электроосаждения никеля из электролита, модифицированного углеродными нанотрубками 64
4.1 Выводы по четвертой главе 72
Заключение 73
Список используемой литературы 75
Гальванические покрытия востребованы во многих отраслях промышленности, ювелирном деле. Получаемые покрытия должны обладать соответствующими свойствами, подходящими для различных эксплуатационных, экономических и дизайнерских задач. Можно выделить основные свойства покрытий необходимых в промышленных образцах, такие как: износо- коррозионностойкость, высокая твердость, малопористость. Для ювелирного дела, важным является возможность придания блеска или матовости поверхности.
В гальванике можно выделить один из перспективных видов нанесения металлических покрытий - электрохимический. С учетом постоянной необходимости качественных покрытий в промышленности, существует тенденция на поиск новых способов улучшения функциональных характеристик покрытий. Один из таких способов — это модификация электролитов с помощью различных видов наноматериалов. Существует большой спектр различных наноматериалов, применяющихся при электроосаждении. Ими могут быть: углеродные наноматериалы, карбиды, оксиды, нитриды, различные металлы и сплавы. Данные материалы вводятся в состав электролитов и осаждаются совместно с металлами покрытия, что приводит к изменениям свойств покрытия.
Рассматриваемый способ быстро развивается и проходит множество различных исследований по всему миру. Первые исследования по этой теме, начали проводиться в Японии в 1995 году, а после к ней присоединись страны ЕС, США и Россия. Результаты экспериментов показали, что существует тенденция к улучшению качественных показателей покрытий.
Актуальность работы.
Электролитическое осаждение за счет высокой адгезии к основному металлу находит широкое применение в промышленности, а значит лабораторное получение покрытий с улучшенными свойствами методом модификации электролита углеродными нанотрубками, может привести к внедрению данного метода в производство.
Развитие нанотехнологий привело к тому, что в гальванике начали применять различные наноматериалы для модификации электролитов, с целью улучшить качественные свойства покрытий, но исследований влияния углеродных нанотрубок в процессах никелирования крайне мало, что способствует повышению актуальности исследований по данной теме.
Целью диссертационного исследования является - получение модифицированных электролитических никелевых покрытий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ российских и зарубежных научных работ по выбранной теме, сформулировать актуальность работы;
2. Отработать методику приготовления электролита для электроосаждения никелевых покрытий
3. Освоить методику подготовки образцов
4. Освоить методику электрохимического осаждения никеля из растворов электролита;
5. Исследовать морфологию поверхности никелевых покрытий
6. Сформулировать выводы
Объектом данного исследования являются никелевые покрытия.
Предметом настоящего исследования является влияние углеродных нанотрубок на свойства и структуру никелевых покрытий.
Апробация работы: XVL Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физика-химия и технология неорганических материалов», Москва, 2019; По результатам исследований было опубликовано две научных работы.
Магистерская диссертация изложена на 77 страницах, содержит 36 рисунков, 10 таблиц, 32 используемых источников. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы.
Проведенный анализ российских и зарубежных научных работ в области применения углеродных нанотрубок в составах электролитов никелирования, показал:
Углеродные нанотрубки влияют на формирование кристаллов никеля при электролитическом осаждении. В зависимости от первоначальных свойств УНТ, а также различных параметров осаждения можно добиться улучшения показателей микротвердости покрытий, коррозионной стойкости, ускорения формирования покрытия, уменьшению порообразований, получению блестящих или матовых покрытий, изменений формы и размеров кристаллов осажденного никеля.
При сравнении с покрытиями без применения углеродных нанотрубок, при тех же самых условиях электроосаждений все выше перечисленные показатели могут быть улучшены модификацией электролитов.
На сегодняшний день ведутся активные исследования применения углеродных нанотрубок в области электролитических осаждений металлов, в частности никеля. Данный способ получения покрытий с улучшенными свойствами можно считать актуальным и перспективным.
В отличии от других наноматериалов применяемых в качестве модификаторов, углеродные нанотрубки позволяют получать полезные изменения свойств покрытий при малых концентрациях, с учетом того, что стоимость УНТ на рынке наноматериалов с каждым годом уменьшается, и на сегодняшний день уже дешевле ультрадисперсных наноалмазов практически в два раза, рентабельность их применения возрастает.
Проведенные исследования влияния разных концентраций углеродных нанотрубок в составе электролита никелирования на структуру покрытия электролитического никеля показали:
Углеродные нанотрубки влияют на скорость формирования и структуру кристаллического никелевого покрытия. Покрытия получаются более мелкодисперсными, в несколько слоев, а значит теоретически повышается их микротвердость и коррозионностойкость. Наиболее мелкокристаллическое покрытие образовывается при добавлении в электролит 0,01 гр углеродных нанотрубок.
Углеродные нанотрубки влияют на образование металлического блеска никелевых покрытий. Так, визуальный осмотр позволил определить, что наиболее блестящее покрытие образуется при внедрении в электролит 0,01 гр углеродных нанотрубок. При концентрации 1 гр, никель приобретает полублестящие покрытие.
При осаждении никеля на стальную сетку при плотности тока в 9 А/дм2, с концентрацией УНТ в электролите 1 гр, быстро образуются дендритные образования, что теоретически можно использовать при создании никелевых нанопорошков.
