📄Работа №121236
Тема: Электролитическое нанесение магниевых покрытий на металлические поверхности
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Материаловедение
Объем:
94 листов
Год:
2022
Просмотров:
77
5750
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 4
Раздел 1. Теоретический анализ проблемы исследования 8
1.1 Виды сырья для получения магния 9
1.2 Методы промышленного получения магния 11
1.2.1 Получение магния электролизом расплава хлоридов 11
1.2.2 Силикотермический способ производства магния 14
1.3 Протекторная защита металлов магнием 17
1.4 Свойства поверхности магниевых осадков из растворов
электролитов. Выбор основных компонентов электролита 20
1.5 Сущность процесса электролиза и основные понятия 23
1.6 Гальваностатический электролиз 33
Раздел 2. Методы исследования и методика получения 35
2.1 Обзор сырья для получения металлического магния 35
2.2 Методика приготовления электролита для осаждения магния 38
2.3 Методика калибровки pH-метра и измерение кислотности 42
2.4 Методика измерения вязкости электролита 43
2.5 Методика приготовления подложек для электроосаждения 47
2.6 Электроосаждение. Получение магниевого осадка из электролита на
основе изопропилового спирта 49
2.7 Специфика проведения экспериментов 52
Раздел 3. Анализ морфологии и состава магниевых покрытий 60
3.1 Метод химического анализа на энергодисперсионном
рентгенофлуоресцентном спектрометре EDX-8000 61
3.2 Получение снимков на оптическом микроскопе Альтами МЕТ 3Т .. 65
3.3 Получение снимков на лазерном конфокальном микроскопе
Olympus OLS 4000 LEXT 68
3.4 Анализ морфологии покрытий на микроскопе JEOL JCM-6000 73
3.5 Получение микроснимков на сканирующем электронном микроскопе
Zeiss Sigma 76
Раздел 4. Результаты исследований 80
Заключение 88
Список используемых источников 90
Раздел 1. Теоретический анализ проблемы исследования 8
1.1 Виды сырья для получения магния 9
1.2 Методы промышленного получения магния 11
1.2.1 Получение магния электролизом расплава хлоридов 11
1.2.2 Силикотермический способ производства магния 14
1.3 Протекторная защита металлов магнием 17
1.4 Свойства поверхности магниевых осадков из растворов
электролитов. Выбор основных компонентов электролита 20
1.5 Сущность процесса электролиза и основные понятия 23
1.6 Гальваностатический электролиз 33
Раздел 2. Методы исследования и методика получения 35
2.1 Обзор сырья для получения металлического магния 35
2.2 Методика приготовления электролита для осаждения магния 38
2.3 Методика калибровки pH-метра и измерение кислотности 42
2.4 Методика измерения вязкости электролита 43
2.5 Методика приготовления подложек для электроосаждения 47
2.6 Электроосаждение. Получение магниевого осадка из электролита на
основе изопропилового спирта 49
2.7 Специфика проведения экспериментов 52
Раздел 3. Анализ морфологии и состава магниевых покрытий 60
3.1 Метод химического анализа на энергодисперсионном
рентгенофлуоресцентном спектрометре EDX-8000 61
3.2 Получение снимков на оптическом микроскопе Альтами МЕТ 3Т .. 65
3.3 Получение снимков на лазерном конфокальном микроскопе
Olympus OLS 4000 LEXT 68
3.4 Анализ морфологии покрытий на микроскопе JEOL JCM-6000 73
3.5 Получение микроснимков на сканирующем электронном микроскопе
Zeiss Sigma 76
Раздел 4. Результаты исследований 80
Заключение 88
Список используемых источников 90
📖 Введение
Несмотря на огромное многообразие существующих металлов и сплавов, особое внимание в научном сообществе по-прежнему уделяется магнию. Высокий интерес вызван широким спектром перспективных свойств, которым вряд ли сможет похвастаться любой другой материал. Высокая прочность, огнеупорность, энергоёмкость, биоинертность, превосходная обрабатываемость в сочетании с удивительной лёгкостью (в 2 раза легче алюминия) сделали материал незаменимым во всех отраслях промышленности.
Сегодня магний активно применяется в медицине в качестве материала для костной хирургии, а также в синтезе лекарств (кардиологические препараты, комплекс веществ поддержания тонуса мышц и обмена веществ организма) необходимых для сохранения жизни и здоровья. В агропромышленном комплексе магний является высокоэфективным удобрением, участвующим в выработке энергии растением. Ракето- и авиастроение повсеместно внедрили магний как материал для лопастей турбин двигателей, эксплуатирующихся при огромных температурах, которые другие материалы неспособны выдержать, а также в прочих конструктивных элементах, снижая при этом массу и повышая надёжность. Благодаря способности элемента отнимать кислород и хлор, его применяют в химической промышленности в качестве активного восстановителя чистых веществ, например, брома или титана, кроме того, свойство магния взаимодействовать с галогенами используется для синтезов разных классов органических соединений. Магний применяется в основе стратегических энергоносителей и как компонент огнеупорного цемента. Кроме того, магний проявляет хорошие каталитические свойства и входит в состав комплексных гетерогенных катализаторов. Такой огромный разброс в сферах применения и делает его уникальным материалом.
В природе магний не встречается в чистом виде, его добывают из металлической руды. Существует два основных метода получения магния - это термический способ (им получают около 30% всего металлического магния), и получение методом электролиза из расплава [1]. Второй метод на сегодня является преобладающим. Получение магния является экологически неблагоприятным, поскольку сопровождается выделением в окружающую среду опасных хлорорганических соединений и хлора. В связи с этим, весьма актуальна разработка альтернативных методов получения магния.
Целью работы является разработка состава электролита и подбор технологических режимов получения магнийсодержащих покрытий на металлической основе.
В рамках диссертационной работы были поставлены следующие задачи:
— Провести анализ научной литературы и патентов по теме исследования;
— Изучить методику нанесения электролитических покрытий;
— Экспериментально подобрать состав электролита для электроосаждения магния;
— Провести анализ результатов экспериментов по подбору состава электролита;
— Отработать режимы получения магнийсодержащих покрытий из подобранного состава электролита.
— Осуществить исследование морфологии покрытий, провести химический анализ и гравиметрический контроль.
— Обобщить результаты и сделать выводы.
Объектами исследования являются электролиты для нанесения магнийсодержащих покрытий и покрытия.
Предметом исследования является процесс электроосаждения.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в получении состава электролита, позволяющего методом электроосаждения получать магнийсодержащие покрытия на металлических подложках.
Практическая значимость: в перспективе, можно применить
отработанную методику для создания магниевого анода методом электролитического нанесения магниевого покрытия на подложку более дешевого металла методом электроосаждения из раствора солей.
Положение, выносимое на защиту: состав электролита и
технологические режимы электроосаждения магнийсодержащих покрытий на медных подложках.
Апробация работы: основные результаты исследования докладывались на четырёх конференциях: научно-практическая конференция «Студенческие дни науки в ТГУ», Тольятти, 13 апреля - 29 мая 2020 года; научно¬практическая конференция «Студенческие Дни науки в ТГУ» Тольятти, 05 апреля - 30 апреля 2021 года; X Международная школа «Физическое материаловедение» (ШФМ-2021), Тольятти, 13-17 сентября 2021 года; научно-практическая конференции «Студенческие Дни науки в ТГУ» Тольятти, 04 апреля - 15 апреля 2022 года. По результатам исследований было опубликовано четыре научных работы. Из них 3 тезиса конференций, одна статья в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК и цитируемом Scopus и РИНЦ.
Таким образом, работа посвящена исследованиям, связанным с взаимодействием магния с эфирными и спиртовыми растворами электролитов. В качестве магний содержащего вещества было решено использовать сульфид магния MgS и хлорид магния MgCl2, который был получен путём выпаривания бишофита (MgCl2 • 6Н2О) — магниевой соли, которая имеет широкое применения в медицине и сельском хозяйстве
Сегодня магний активно применяется в медицине в качестве материала для костной хирургии, а также в синтезе лекарств (кардиологические препараты, комплекс веществ поддержания тонуса мышц и обмена веществ организма) необходимых для сохранения жизни и здоровья. В агропромышленном комплексе магний является высокоэфективным удобрением, участвующим в выработке энергии растением. Ракето- и авиастроение повсеместно внедрили магний как материал для лопастей турбин двигателей, эксплуатирующихся при огромных температурах, которые другие материалы неспособны выдержать, а также в прочих конструктивных элементах, снижая при этом массу и повышая надёжность. Благодаря способности элемента отнимать кислород и хлор, его применяют в химической промышленности в качестве активного восстановителя чистых веществ, например, брома или титана, кроме того, свойство магния взаимодействовать с галогенами используется для синтезов разных классов органических соединений. Магний применяется в основе стратегических энергоносителей и как компонент огнеупорного цемента. Кроме того, магний проявляет хорошие каталитические свойства и входит в состав комплексных гетерогенных катализаторов. Такой огромный разброс в сферах применения и делает его уникальным материалом.
В природе магний не встречается в чистом виде, его добывают из металлической руды. Существует два основных метода получения магния - это термический способ (им получают около 30% всего металлического магния), и получение методом электролиза из расплава [1]. Второй метод на сегодня является преобладающим. Получение магния является экологически неблагоприятным, поскольку сопровождается выделением в окружающую среду опасных хлорорганических соединений и хлора. В связи с этим, весьма актуальна разработка альтернативных методов получения магния.
Целью работы является разработка состава электролита и подбор технологических режимов получения магнийсодержащих покрытий на металлической основе.
В рамках диссертационной работы были поставлены следующие задачи:
— Провести анализ научной литературы и патентов по теме исследования;
— Изучить методику нанесения электролитических покрытий;
— Экспериментально подобрать состав электролита для электроосаждения магния;
— Провести анализ результатов экспериментов по подбору состава электролита;
— Отработать режимы получения магнийсодержащих покрытий из подобранного состава электролита.
— Осуществить исследование морфологии покрытий, провести химический анализ и гравиметрический контроль.
— Обобщить результаты и сделать выводы.
Объектами исследования являются электролиты для нанесения магнийсодержащих покрытий и покрытия.
Предметом исследования является процесс электроосаждения.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в получении состава электролита, позволяющего методом электроосаждения получать магнийсодержащие покрытия на металлических подложках.
Практическая значимость: в перспективе, можно применить
отработанную методику для создания магниевого анода методом электролитического нанесения магниевого покрытия на подложку более дешевого металла методом электроосаждения из раствора солей.
Положение, выносимое на защиту: состав электролита и
технологические режимы электроосаждения магнийсодержащих покрытий на медных подложках.
Апробация работы: основные результаты исследования докладывались на четырёх конференциях: научно-практическая конференция «Студенческие дни науки в ТГУ», Тольятти, 13 апреля - 29 мая 2020 года; научно¬практическая конференция «Студенческие Дни науки в ТГУ» Тольятти, 05 апреля - 30 апреля 2021 года; X Международная школа «Физическое материаловедение» (ШФМ-2021), Тольятти, 13-17 сентября 2021 года; научно-практическая конференции «Студенческие Дни науки в ТГУ» Тольятти, 04 апреля - 15 апреля 2022 года. По результатам исследований было опубликовано четыре научных работы. Из них 3 тезиса конференций, одна статья в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК и цитируемом Scopus и РИНЦ.
Таким образом, работа посвящена исследованиям, связанным с взаимодействием магния с эфирными и спиртовыми растворами электролитов. В качестве магний содержащего вещества было решено использовать сульфид магния MgS и хлорид магния MgCl2, который был получен путём выпаривания бишофита (MgCl2 • 6Н2О) — магниевой соли, которая имеет широкое применения в медицине и сельском хозяйстве
✅ Заключение
Металлический магний сопровождает практически все сферы жизни человека и является очень востребованным материалом. По мере развития технологий, в магниевой промышленности возникают новые требования и желания, основными из которых остаются экологичность и экономическая рентабельность. Это делает актуальным разработку новых перспективных методов получения магния.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы - магистерской диссертации - были освоены и отработаны методики электроосаждения металлов, приготовления электролита. Отработаны режимы электроосаждения магнийсодержащих покрытий на подложках из меди, нитрида титана, высокоуглеродистой стали и графита. Были отработаны практические профессиональные навыки работы в лаборатории с точным высокочувствительным оборудованием: приборами измерения физико¬химических свойств, спектрального химического анализа, оптической, конфокальной и электронной микроскопии.
В результате проведения исследований удалось установить:
— факт хорошей адгезии магния с медью;
— возможность получения магнийсодержащих покрытий экологичным гальваническим методом из спиртового раствора простых (доступных) солей магния;
— зависимость основного компонента осаждения и продуктов распада: увеличение содержания магния в химическом составе покрытия приводит снижению продуктов побочных реакций;
— оптимальный режим электроосаждения, который позволяет получать магнийсодержащие покрытия с минимальным количеством примеси.
Летучесть паров изопропилого спирта может вызвать некоторые затруднения в промышленном применении разработанного состава электролита, следовательно, в перспективе потребуется доработка состава с 87
целью промышленного применения, или использование специализированной оснастки (гальванических ванн закрытого типа, что предполагает некоторые издержки, которые тем не менее, будут окупаемы.
Областью применения полученных магниевых покрытий может являться использование их в качестве материала для анодов при катодной защите от коррозии стальных и железных сооружений, находящихся во влажной среде.
Результаты исследований магистерской диссертации изложены в следующих публикациях:
— Гнусина А.М., Грызунова Н.Н. Электролитическое получение магниевых покрытий // Frontier Materials & Technologies. 2022. №1. С.24¬30. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-1-24-30
— Гнусина А.М., Грызунова Н.Н. Электролитическое получение магниевых покрытий // Стендовый доклад в рамках X Международной школы «Физическое материаловедение» (ШФМ-2021), Тольятти, 13-17 сентября 2021 год.
— Гнусина А.М. Состав электролита и режимы электроосаждения для получения магниевых осадков / сборник тезисов научно-практической конференции «Студенческие Дни науки в ТГУ» 13 апреля - 29 мая 2020 года Тольятти : Изд-во ТГУ, 2021. С.163-165.
— Гнусина А.М. Электролитическое нанесение магниевых покрытий / сборник тезисов научно-практическая конференции «Студенческие Дни науки в ТГУ» Тольятти, 05 апреля - 30 апреля 2021 года: Изд-во ТГУ, 2021. С.543-546.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы - магистерской диссертации - были освоены и отработаны методики электроосаждения металлов, приготовления электролита. Отработаны режимы электроосаждения магнийсодержащих покрытий на подложках из меди, нитрида титана, высокоуглеродистой стали и графита. Были отработаны практические профессиональные навыки работы в лаборатории с точным высокочувствительным оборудованием: приборами измерения физико¬химических свойств, спектрального химического анализа, оптической, конфокальной и электронной микроскопии.
В результате проведения исследований удалось установить:
— факт хорошей адгезии магния с медью;
— возможность получения магнийсодержащих покрытий экологичным гальваническим методом из спиртового раствора простых (доступных) солей магния;
— зависимость основного компонента осаждения и продуктов распада: увеличение содержания магния в химическом составе покрытия приводит снижению продуктов побочных реакций;
— оптимальный режим электроосаждения, который позволяет получать магнийсодержащие покрытия с минимальным количеством примеси.
Летучесть паров изопропилого спирта может вызвать некоторые затруднения в промышленном применении разработанного состава электролита, следовательно, в перспективе потребуется доработка состава с 87
целью промышленного применения, или использование специализированной оснастки (гальванических ванн закрытого типа, что предполагает некоторые издержки, которые тем не менее, будут окупаемы.
Областью применения полученных магниевых покрытий может являться использование их в качестве материала для анодов при катодной защите от коррозии стальных и железных сооружений, находящихся во влажной среде.
Результаты исследований магистерской диссертации изложены в следующих публикациях:
— Гнусина А.М., Грызунова Н.Н. Электролитическое получение магниевых покрытий // Frontier Materials & Technologies. 2022. №1. С.24¬30. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-1-24-30
— Гнусина А.М., Грызунова Н.Н. Электролитическое получение магниевых покрытий // Стендовый доклад в рамках X Международной школы «Физическое материаловедение» (ШФМ-2021), Тольятти, 13-17 сентября 2021 год.
— Гнусина А.М. Состав электролита и режимы электроосаждения для получения магниевых осадков / сборник тезисов научно-практической конференции «Студенческие Дни науки в ТГУ» 13 апреля - 29 мая 2020 года Тольятти : Изд-во ТГУ, 2021. С.163-165.
— Гнусина А.М. Электролитическое нанесение магниевых покрытий / сборник тезисов научно-практическая конференции «Студенческие Дни науки в ТГУ» Тольятти, 05 апреля - 30 апреля 2021 года: Изд-во ТГУ, 2021. С.543-546.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.