ВВЕДЕНИЕ 4
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Электролиты и добавки для электроосаждения Zn-Ni сплавов 6
1.2 Механизм образования КЭП 7
1.3 Аномальное осаждение Zn-Ni сплавов 10
1.3.1 Диффузионные ограничения 12
1.3.2 Выход по току 13
1.3.3 Образование интермедиатов 13
1.3.4 Комплексообразование в растворе 14
1.4 Влияние режима электролиза на качество осадка и выход по току 14
1.4.1 Влияние концентрации компонентов 14
1.4.2 Влияние плотности тока 16
1.4.3 Влияние pH электролита 17
1.4.4 Влияние температуры 18
1.4.5 Влияние поверхностно-активных веществ 18
1.4.6 Влияние природы частиц второй фазы 20
1.4.7 Влияние перемешивания 21
1.4.8 Влияние импульсного тока 21
1.5 Фазовые структуры цинк-никелевых покрытий 26
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 28
2.1 Приготовление цинк-никелевых электролитов 28
2.2 Подготовка поверхности образцов 29
2.3 Контроль состава электролита 29
2.4 Установка для электроосаждения 30
2.4.1 Ванна постоянного тока 30
2.4.2 Ячейка Хулла 30
2.4.3 Методика определения выхода по току сплава 31
2.4.4 Методика определения толщины осажденного покрытия 33
2.4.5 Исследования состава электроосажденных покрытий 33
3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 35
3.1 Влияние плотности тока на качество покрытия 35
3.2 Влияние перемешивания на содержание цинка, никеля и углерода в
покрытии 36
3.3 Влияние концентрации УМ на его содержание в покрытии 37
3.4 Влияние температуры на свойства покрытия 38
3.5 Влияние органических добавок на свойства покрытия 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 46
ABSTRACT 49
ПРИЛОЖЕНИЯ 50
Комбинированные (композиционные материалы) совмещают в себе свойства металлов (электро- и теплопроводность, пластичность и д.р) и неметаллов (жаростойкость, химическая стойкость, высокая твердость). Одни из них представляют собой керамико-металлические композиции (керметы) и изготавливаются с использованием методов порошковой металлургии, другие - волокнистые композиционные и дисперсно-отвержденные материалы стали широко известны только в последние десятилетия. Новым способом получения таких материалов является гальванический, предусматривающий осаждение комбинированных электрохимических покрытий (КЭП) из электролитов с наложением электрического тока. Преимуществами способа по сравнению с методами порошковой металлургии являются получение непосредственно на поверхности изделия покрытия необходимой и регулируемой толщины, отсутствие необходимости в последующей термо- и механической обработке, получение компактных, практически беспористых материалов, а так же использование экономически выгодных электрохимических методов и приемов.
Перспективным является создание КЭП на основе цинк-никелевых электролитов с добавлением углематериалов (УМ), так как УМ имеют хорошее сродство к никелю и легко цементируются на его поверхности. Однако цена на никель заставляет задуматься о целесообразности применения такого покрытия. В связи с этим выгодно применять комбинированные Zn-Ni электролиты.
Покрытия сплавом цинк-никель с добавлением УМ рассматриваются как возможность замены кадмиевых покрытий. Кадмий благодаря своей высокой коррозионной стойкости в большинстве агрессивных сред, а также уникальным комплексом функциональных свойств (низкое значение коэффициента сухого трения, пластичность, паяемость) долгое время рассматривался как безальтернативный вариант защитного покрытия для изделий авиационной техники.
Однако высокая токсичность соединений кадмия заставляют задуматься о возможности замены его на менее токсичные покрытия. В ряде случаев кадмиевое покрытие можно заменить на цинковое, однако в условиях морского климата и в атмосфере промышленных газов на поверхности данного металла образуется рыхлая пленка продуктов коррозии. Следует также отметить, что при повышении температуры выше 50 °С потенциал цинка становиться положительнее потенциала стали и защита от коррозии осуществляется только механически.
Покрытия сплавом цинк-никель обладают более высокой по сравнению с кадмием и цинком коррозионной стойкостью. Сплавы Zn-Ni обладают потенциалом более отрицательным по сравнению со сталью, что позволяет использовать данные покрытия в качестве защитного.
Минусом данного покрытия является то, что оно выдерживает нагревание лишь до 120 °С. Данная проблема может быть устранена введением в электролит углематериалов, повышающих износостойкость покрытия при воздействии высоких температур.
Однако, использование Zn-Ni покрытий с добавлением УМ ограниченно, так как сложность процессов, проходящих при электроосаждении сплавов, не позволяет заранее предсказать свойства данных покрытий. Поэтому выявление общих закономерностей и создание научной базы, позволяющей тем или иным образом описать механизмы и предсказать свойства получаемого покрытия определяет научную новизну и актуальность данной темы исследования.
Целью настоящей работы является изучение влияния параметров электролиза на процесс электроосаждения КЭП на основе Zn-Ni сплава и разработка электролита, позволяющего получать качественные гальванические покрытия на их основе.
1. Были исследованы возможные пределы плотности тока, позволяющие получать качественное покрытие. Максимально допустимое значение составило 2 А/дм2 для электролитов с борной кислотой и 4 А/дм2 для электролитов с лимонной кислотой.
2. Изучено влияние перемешивания на содержание УМ в покрытии. Показано, что максимальное содержание УМ в покрытии достигается лишь при средней интенсивности перемешивания (3 у.е.) составляет 5,68 вес.%.
3. Определена концентрация УМ в электролите, позволяющая получать максимальное количество УМ в покрытии. Данная величина составила 4 г/л.
4. Показано, что температура практически не влияет на содержание УМ в покрытии, но влияет на выход по току и содержание никеля в сплаве, увеличивая их.
5. Выявлено, что наличие УМ в электролите не влияет на плотность тока, выход по току и относительное содержание компонентов в сплаве.
6. Рассчитана энергия активации осаждения никеля (7,29 кДж/моль) и определены лимитирующие стадии процессов. Выяснено, что цинк осаждается в диффузионном режиме, а никель в смешанном.
7. Определено влияние органических добавок на свойства покрытия. Показано что увеличение концентрации блескообразователя 2-го рода приводит к уменьшению УМ в покрытии. При этом повышается выход по току сплава и увеличивается блеск покрытия.
