Введение 10
1 Обзор литературы 12
1.1 Характеристики алюминиевого сплава Д16Т 12
1.2 Физико-химические основы процесса химического никелирования 14
1.2.1 Влияние природы покрываемого металла 15
1.2.2 Влияние различных факторов на скорость восстановления никеля .... 16
1.3 Физические и химические свойства никелевого покрытия 20
1.4 Области применения никелевого покрытия 22
1.5 Промышленное использование процесса химического никелирования ... 23
2 Объект и методы исследования 25
2.1 Приготовление технологических растворов 25
2.2 Ход подготовительных операций 28
2.3 Изучение скорости химического никелирования 29
2.4 Продление срока использования электролита химического никелирования 31
2.5 Исследование влияния роли цинкового подслоя на химическое
никелирование алюминиевой поверхности 31
2.6 Изучение влияния контактного потенциала на активацию химического
никелирования 33
2.7 Методика получения катодных и анодных поляризационных кривых 33
2.8 Совмещение химического и электрохимического никелирования 35
3 Результаты проведенного исследования 37
3.1 Влияние корректировок на скорость осаждения никеля и срок службы
электролита 37
3.2 Влияние смещения потенциала основы на процесс химического
никелирования 41
3.2.1 Выявление роли цинкового подслоя на химическое никелирование алюминиевых деталей 41
3.2.2 Влияние контактного потенциала на активацию затухающего процесса осаждения 43
3.3 Электрохимическое изучение стадий химического никелирования 44
3.4 Изменения химического состава и структуры никелевого покрытия 50
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 57
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научного исследования с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 58
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 58
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 59
4.1.3 Технология QuaD 60
4.1.4 SWOT-анализ 61
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 64
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 64
4.2.2 Разработка графика проведения научного исследования 67
4.2.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 70
4.2.3.1 Расчет материальных затрат НТИ 70
4.2.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для
экспериментальных работ 71
4.2.3.3 Затраты на электроэнергию 73
4.2.3.4 Основная заработная плата исполнителей темы 73
4.2.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды 75
4.2.3.6 Бюджет затрат научно-исследовательского проекта 75
4.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 77
5 Социальная ответственность 80
5.1 Производственная безопасность 80
5.1.1 Идентификация вредных и опасных факторов 80
5.1.2 Анализ вредных факторов 81
5.1.2.1 Микроклимат помещений 81
5.1.2.2 Освещение помещения 82
5.1.2.3 Вредные вещества 85
5.1.3 Анализ опасных факторов 88
5.1.3.1 Термическое травмирование 88
5.1.3.2 Электрический ток 89
5.1.3.3 Механическое травмирование 89
5.2 Охрана окружающей среды 90
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 91
5.4 Правовые вопросы обеспечения безопасности 92
Выводы 94
Список публикаций 96
Список использованных источников 97
Приложение А 100
Сплавы на основе алюминия имеют самое широкое применение в современном самолето-, ракето- и приборостроении. Они выгодно отличаются от сталей и медных сплавов многими положительными эксплуатационными свойствами (небольшая плотность, высокая тепло- и электропроводность, пластичность и др.) [1]. Наиболее распространенным среди деформируемых дюралюминиевых сплавов является сплав Д16Т [2].
В настоящее время проблема повышения прочности и коррозионной стойкости, улучшения защитно-декоративных свойств материалов остается актуальной. Одним из способов решения этой проблемы является нанесение на поверхность материалов металлических покрытий [3].
Интерес к химически осажденным никелевым покрытиям по сравнению с электролитическими никелевыми покрытиями обусловлен особыми физикохимическими характеристиками осадков, широко используемыми для модифицирования свойств поверхности [1].
Процесс химического никелирования основан на восстановлении ионов никеля гипофосфитом в водных растворах. Механизм реакций, протекающих при химическом никелировании, весьма сложен и до сих пор изучается и уточняется.
Целью данной работы является изучение механизма процесса химического никелирования, а так же способов его усовершенствования.
В ходе изучения процесса химического никелирования был предложен способ увеличения скорости осаждения покрытий.
Объект исследования - химическое никелирование в сульфатном электролите.
Предмет исследования - механизм процесса химического никелирования и способы его усовершенствования.
Результаты данной работы представлялись на конференциях различного уровня, а так же на Региональном смотре-конкурсе инновационных проектов студентов, аспирантов и молодых ученых, заявленных в Программу УМНИК.
1. Проведено исследование по продлению срока использования электролитов химического никелирования. Отмечено, что при добавлении никеля и гипофосфита средняя скорость осаждения снижается незначительно, в случае корректировки по гипофосфиту происходит большее снижение скорости осаждения.
2. При корректировке по двум веществам выработка электролита по никелю составляет 15 - 20 %, а при корректировке только гипофосфитом - 40 - 50 %, что уменьшает количество никеля в отходах и позволяет рационально использовать его соли.
3. Исследовано влияние цинкового подслоя на химическое никелирование. Установлено, что цинковая пленка на алюминиевых деталях за счет своего отрицательного потенциала обеспечивает электрохимическое осаждение контактного никеля, на котором развивается химическое осаждение никеля.
4. Изучено влияние контактного потенциала на активацию затухающего процесса никелирования. При соприкосновении активатора (алюминиевая фольга с подслоем цинка) с поверхностью покрываемой детали с никелевым слоем, происходит сдвиг электрохимического потенциала поверхности в отрицательную сторону на 0,35 - 0,46 В, что способствует возобновлению химического никелирования.
5. Электрохимическое изучение механизма химического никелирования позволило установить, что лимитирующей диффузионной стадией процесса является окисление гипофосфита.
6. Установлен ток обмена анодной и катодной стадий химического никелирования в сульфатном электролите (равный lg i = -2,3, i = А/см ). Скорость химического никелирования, вычислена по току обмена 6,2 мкм/ч, практически совпадает с многократно измеренной весовым методом (6 - 7 мкм/ч).
7. Изучено наложение катодного электрохимического осаждения никеля на химическое, и выявлено влияние смещения потенциала электрода в катодную область на скорость осаждения, состав и структура покрытия.
8. Установлено, что со сдвигом потенциала от стационарного значения на - 0,03 В происходит снижение содержания фосфора в никелевом покрытии с 6,55 % до 1,52 %, а при дальнейшем сдвиге до - 0,05 В и - 0,08 В происходит увеличение содержания фосфора до 3,68 и 4,35 % соответственно за счет прямого электрохимического восстановления гипофосфита.
9. С помощью сканирующего электронного микроскопа изучена морфология никелевого покрытия. Установлено, что химическое никелирование обеспечивает получение плотного мелкозернистого покрытия с размером зерна в 2 мкм.
10. При совмещении химического покрытия с электрохимическим происходит образование бугристых структур также мелкозернистого строения. При этом с увеличением катодной поляризации размер бугристых структур возрастает.
11. Исследована, методом рентгенофазового анализа, структура никелевых покрытий, полученных химическим никелированием и с наложением катодной поляризации, показало наличие a-Ni и гексагонального никеля. Фазы фосфитов никеля не обнаружено.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
