Электрохимическое осаждение композиционных покрытий на основе никеля и меди: кинетические закономерности и свойства осадков
Кинетика электродных процессов при осаждении металлов и сплавов. Создание композиционных электрохимических покрытий на основе никеля, меди и сплава железо-никель, исследование кинетики их электроосаждения и превращений в концентрированных растворах.
Рубрика | Химия |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 12.02.2018 |
Размер файла | 512,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Получение и свойства сплава железо-никель и КЭП железо-никель-фуллерен С60
Помимо КЭП на основе металлов представляют практический интерес композиционные покрытия, матрицей которых служат различные сплавы. В настоящей работе исследованы КЭП железо-никель-фуллерен С60. Но поскольку свойства композиционных покрытий во многом определяются структурой и свойствами матрицы, первоначально был изучен железоникелевый сплав без дисперсной фазы.
Рис. 14. Зависимость поляризационной емкости от катодной плотности тока при осаждении сплава железо-никель (1), никеля (2) и железа (3)
Значения поляризационной емкости двойного электрического слоя при электроосаждении никеля, железа и сплава железо-никель, рассчитанные по результатам гальваностатического исследования, практически совпадают для Ni и сплава в области плотностей тока от 1 до 13 А/дм2 (рис. 14). Следовательно, в концентрированных хлоридных электролитах осаждение сплава железо-никель протекает с преимущественным первоначальным электровосстановлением ионов никеля.
Изменение концентрации компонентов электролита и режима электролиза влияет на состав и структуру осадков, что проявляется в изменении их механических и физико-химических свойств. Микротвердость Н сплавов железо-никель, независимо от состава электролита и материала анода, достигает максимального значения при ik = 10 А/см2 (табл. 14). Согласно данным ВИМС, сплав, осажденный в этом режиме, содержит 40% железа и 60% никеля. При данной концентрации компонентов образуются твердые растворы железа в никеле, кристаллизующиеся с ГЦК решеткой. Рост микротвердости железоникелевых покрытий в интервале плотностей тока от 6 до 10 А/дм2 может быть связан с включением в осадок водорода и гидроксидов, ведущим к деформированию и сжатию кристаллов покрытия. Увеличение плотности тока осаждения более 10 А/дм2 приводит к возрастанию наводороженности покрытий. В результате возрастают внутренние напряжения в осадке, что ведет к его охрупчиванию и уменьшению микротвердости. Железо, никель и их сплав характеризуются прочными межатомными связями и осаждаются с внутренними напряжениями растяжения.
Таблица 14
Микротвердость Н, кг/мм2 сплавов железо-никель, осажденных на сталь 45
Состав электролита, моль/л |
Материал анода |
Плотность тока ik, А/дм2 |
|||||
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
|||
№ 1 (NiCl2 3,5 + FeCl2 1,2 + HCl 0,056) |
Сталь 45 |
210 |
224 |
386 |
234 |
210 |
|
Графит ГФ-Г |
262 |
285 |
386 |
268 |
244 |
||
№ 2 (NiCl2 2,8 + FeCl2 0,9 + HCl 0,056) |
Сталь 45 |
234 |
311 |
355 |
303 |
281 |
|
Графит ГФ-Г |
296 |
311 |
336 |
281 |
275 |
Генерации внутренних напряжений в изучаемых покрытиях способствуют несколько факторов. Одним из них являются структурные дефекты (вакансии, двойники роста, дислокации), образование которых приводит к искажениям кристаллической решетки и смещению атомов от своих стабильных положений. После прекращения электролиза атомы внедренного водорода диффундируют из кристаллической решетки сплава, что приводит к уменьшению объема осадка и появлению внутренних напряжений.
Рентгенофазовый анализ электроосажденного сплава железо-никель позволил обнаружить в нем наличие кристаллических фаз чистого никеля. Также наблюдаются рефлексы б-железа, Fe2O3 (гематит) и г-Fe2O3 (маггемит) (рис. 15). Имеет место некоторое уширение рефлексов, соответствующих никелю. Последнее указывает на то, что кристаллизующийся осадок является мелкозернистым. Уширение отражений от кристаллов никеля свидетельствует о наличии в осадке кристаллов фазы твердого раствора железа в никеле, что приводит к небольшому изменению параметра решетки и, соответственно, к зафиксированному на дифрактограмме смещению и наложению рефлексов. Таким образом, РФА показал, что в осадках сплава железо-никель имеет место концентрационная неоднородность, проявляющаяся в образовании областей, обогащенных атомами никеля.
Анализ распределения никеля по толщине покрытия методом ВИМС показал увеличение его содержания по мере продвижения в глубь осадка, что подтверждает наличие концентрационной неоднородности. С увеличением толщины покрытия влияние соосаждающегося водорода на внутренние напряжения будет уменьшаться, т.к. наибольшее количество водорода содержат начальные слои покрытия, и по мере роста осадка содержание водорода снижается, а вклад концентрационной неоднородности в генерацию внутренних напряжений возрастает.
Рис. 15. Рентгеновская дифрактограмма сплава железо-никель, осажденного при ik = 10 А/дм2
В изучаемых условиях удается достичь высокой степени чистоты поверхности сплавов железо-никель, на что указывают величины шероховатости Ra (табл. 15). При увеличении ik более 10 А/дм2 имеет место возрастание шероховатости, связанное с некоторым разрыхлением поверхности вследствие более интенсивного выделения водорода. Однако почти во всех случаях шероховатость осадков находится на уровне чистового (Ra = 0,63 мкм) и тонкого (Ra = 0,32 мкм) шлифования. При этом изменение режима электролиза не влечет ухудшения адгезионных свойств осадков. Шероховатость всех изученных покрытий отвечает требованиям, необходимым для обеспечения надежной работы деталей при их сопряжении в узлах механизмов и машин.
Таблица 15
Шероховатость Ra, мкм сплавов железо-никель, осажденных на сталь 45
Состав электролита, моль/л |
Материал анода |
Плотность тока ik, А/дм2 |
|||||
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
|||
№ 1 (NiCl2 3,5 + FeCl2 1,2 + HCl 0,056) |
Сталь 45 |
0,40 |
0,39 |
0,40 |
0,43 |
0,43 |
|
Графит ГФ-Г |
0,47 |
0,48 |
0,32 |
0,41 |
0,53 |
||
№ 2 (NiCl2 2,8 + FeCl2 0,9 + HCl 0,056) |
Сталь 45 |
0,32 |
0,36 |
0,40 |
0,40 |
0,46 |
|
Графит ГФ-Г |
0,53 |
0,62 |
0,67 |
0,66 |
0,66 |
Область потенциалов пассивного состояния ЕП изучаемых сплавов изменяется неравномерно с ростом катодной плотности тока. Можно выделить следующую тенденцию: ЕП осадков, полученных из электролита № 1, проходит через минимум, а ЕП сплавов, осажденных из электролита № 2, возрастает с последующим уменьшением (табл. 16). Данное явление, по-видимому, связано с концентрационной неоднородностью сплавов железо-никель: увеличение размера скоплений атомов железа и никеля приводит к возрастанию внутренних напряжений в осадке и изменению его коррозионной стойкости.
Таблица 16
Ширина области потенциалов пассивного состояния Еп, В сплавов железо-никель, осажденных на сталь 40Х
Состав электролита, моль/л |
Материал анода |
Плотность тока ik, А/дм2 |
|||||
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
|||
№ 1 (NiCl2 3,5 + FeCl2 1,2 + HCl 0,056) |
Сталь 40Х |
1,28 |
1,30 |
1,34 |
1,38 |
1,22 |
|
Графит ГФ-Г |
1,16 |
1,14 |
1,06 |
1,32 |
1,34 |
||
№ 2 (NiCl2 2,8 + FeCl2 0,9 + HCl 0,056) |
Сталь 40Х |
1,04 |
1,30 |
1,38 |
1,16 |
1,14 |
|
Графит ГФ-Г |
0,98 |
1,06 |
1,16 |
1,22 |
0,98 |
Сплавы железо-никель, полученные из предложенных электролитов в интервале плотностей тока 6ч14 А/дм2, обладают хорошими эксплуатационными свойствами. Наилучшие характеристики наблюдаются у покрытия, осажденного при 10 А/дм2 из электролита № 1. Использование графита в качестве анода не приводит к ухудшению физико-механических свойств железоникелевых покрытий.
Рис. 16. Потенциодинамические поляризационные кривые осаждения КЭП железо- никель-фуллерен С60 (1) и сплава железо- никель (2) (vр = 8 мВ/с)
При введении в состав железоникелевых осадков различных дисперсных частиц можно достичь дальнейшего улучшения их эксплуатационных свойств. Сравнение потенциодинамических поляризационных кривых электроосаждения сплава железо-никель и КЭП железо-никель-фуллерен С60, показывает, что введение дисперсных частиц С60 в электролит облегчает катодный процесс (рис. 16). При наличии дисперсной фазы сплав железо-никель выделяется при менее отрицательных значениях Е во всей изученной области потенциалов. Увеличение токов при осаждении КЭП по сравнению со сплавом железо-никель без дисперсной фазы указывает на возрастание скорости процесса электроосаждения.
Таблица 17
Коэффициенты трения скольжения f сплавов железо-никель и КЭП железо-никель- фуллерен С60, полученных при различной плотности катодного тока
ik, А/дм2 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Железо-никель |
0,37 |
0,35 |
0,34 |
0,34 |
0,32 |
|
Железо-никель-С60 |
0,22 |
0,20 |
0,20 |
0,19 |
0,17 |
При включении частиц С60 в состав сплава железо-никель коэффициент трения скольжения покрытий уменьшается в 1,5-2 раза в зависимости от плотности тока, при которой были получены покрытия (табл. 17). Вероятно дисперсная фаза фуллерена С60, включаясь в железоникелевые осадки, выполняет функцию сухой смазки. Воздействие фуллеренов на трибологические процессы рассмотрено выше при обсуждении свойств КЭП никель-фуллерен С60. В случае композиционных покрытий железо-никель-С60, очевидно, дисперсная фаза способствует снижению коэффициента трения по аналогичным причинам. Наименьший коэффициент трения наблюдается у КЭП, осажденного при ik = 10 А/дм2.
На анодных ПДК КЭП железо-никель-фуллерен С60 в 0,5 М растворе H2SO4 наблюдается уменьшение токов анодного растворения по сравнению с чистым железоникелевым покрытием, что указывает на повышение коррозионной стойкости при включении частиц фуллерена в сплав.
Таким образом, на основании проведенных исследований можно заключить, что введение наночастиц фуллерена С60 в хлоридный электролит осаждения сплава железо-никель способствует формированию композиционных покрытий и облегчает катодный процесс. Фуллерен С60 оказывает определяющее влияние на трибологические характеристики и коррозионную стойкость изученных КЭП.
Глава 5. Анодное растворение электролитических сплавов в нестационарных условиях
В данной главе представлены результаты исследования анодного растворения сплавов железо-никель и железо-медь в кислых хлоридных растворах. Коррозионное поведение КЭП во многом обусловлено свойствами металлической матрицы, поэтому, прежде всего, представляло интерес изучить механизм и кинетику анодного растворения сплава железо-никель.
Рис. 17. Зависимость скорости растворения железа из сплава железо-никель от времени при E, В (с.в.э.): 0,12(1); 0,17(2); 0,22(3); 0,27(4) в растворе, моль/л: NiCl2 3,49 + FeCl2 1,20 + HCl 0,056
Рис. 18. Зависимость lg i - lg t для сплава железо-никель в растворе, моль/л: NiCl2 3,49 + FeCl2 1,20 + HCl 0,056 при Е, В (н.в.э.): 0,12(1); 0,17(2); 0,22(3); 0,27(4)
Анализ потенциодинамических кривых сплава железо-никель показал, что в области потенциалов от - 0,08 до 0,62 В (с.в.э.) ток отвечает растворению железа. Селективное растворение (СР) железа из железоникелевых сплавов протекает по стадийному механизму и включает следующие стадии: объемная диффузия атомов Fe к поверхности раздела сплав/раствор; ионизация атомов Fe до ионов Fe2+ (электрохимическая реакция); отвод образовавшихся ионов в глубь раствора. В начальный период времени, когда на поверхности сплава не происходит существенного изменения концентрации железа, его растворение может определяться либо электрохимической реакцией, либо стадией отвода ионов. Но в дальнейшем, когда на поверхности формируется обогащенный никелем слой, скорость растворения железа должна лимитироваться объемной нестационарной диффузией, поскольку величина диффузионного потока в твердой фазе уменьшается по мере роста толщины поверхностного слоя сплава, а скорости ионизации Fe и диффузии ионов Fe2+ в растворе остаются постоянными. Когда электроположительный компонент В стабилен, растворение электроотрицательного металла А из сплава, с учетом смещения межфазной границы, описывается уравнением:
где zA - коэффициент селективности компонента А; F - число Фарадея; DA - эффективный коэффициент диффузии компонента А, см2/с; Vm - мольный объем сплава; t - время, с; г - параметр, определяемый соотношением (здесь С0А - исходная концентрация компонента А в сплаве, N0A - мольная доля компонента А).
Потенциостатические исследования СР сплава железо-никель были проведены при потенциалах, отвечающих растворению из сплава железа. На рис. 17 представлены хроноамперограммы в координатах i - t - Ѕ. На начальной стадии растворения сплава токи, отсчитанные в один и тот же момент времени, увеличиваются при смещении потенциала в положительную сторону. Зависимости i - t - Ѕ линейны, при этом имеет место их экстраполяция в начало координат. Отклонение от линейной зависимости начальных участков i - t - Ѕ кривых, вероятно, связано с тем, что диффузионные ограничения в твердой фазе проявляются не сразу, а спустя 1,5 - 2 секунды после начала поляризации, в течение которых железо растворяется с поверхности сплава с электрохимическим контролем. Хроноамперограммы сплавов железо-никель линеаризуются в координатах lg i - lg t (рис. 18). Наклон прямых не зависит от потенциала поляризации и составляет ~ 0,5. Величина эффективных коэффициентов диффузии железа в сплавах железо-никель DFe, рассчитанная по уравнению (4), возрастает с увеличением потенциала (табл. 18). Для соответствия величины диффузионных потоков компонентов сплава и их парциальных скоростей растворения коэффициенты диффузии должны достигать величины D ~ 10-15ч10-12 см2/с. Высокие значения DFe в сплаве железо-никель обусловлены его неравновесным состоянием, причиной чему является избыточная концентрация дефектов, генерируемых в поверхностном слое растворяющегося сплава. Основными дефектами в твердых растворах являются вакансии и, прежде всего, бивакансии. Однако в электроосажденных железоникелевых покрытиях образуются также дефекты упаковки деформационного типа и двойники роста. Поэтому массоперенос при анодном растворении изучаемых сплавов будет идти не только по вакансиям, но и по границам зерен и дислокаций.
Таблица 18
Эффективные коэффициенты диффузии железа DFe, см2/с в сплавах железо-никель и эффективная толщина обедненного железом поверхностного слоя сплава д, нм
Е, В (с.в.э.) |
0,12 |
0,17 |
0,22 |
0,27 |
|
DFe, см2/с |
8,5·10-14 |
9,7·10-14 |
1,1·10-13 |
2,1·10-13 |
|
дэфф, нм |
8,4 |
9,0 |
9,5 |
13,3 |
Подтверждением механизма СР для электроотрицательного компонента сплава через стадию нестационарной объемной диффузии в твердой фазе является наличие в поверхностном слое сплава обедненной этим компонентом зоны, характеристикой которой служит ее толщина, определяемая уравнением:
Толщина обедненного железом слоя, рассчитанная на основании результатов потенциостатических исследований (табл. 18), достигает реальных измеримых величин и возрастает пропорционально увеличению DFe.
Рис. 19. Хронопотенциограмма анодного растворения сплава железо-никель в растворе, моль/л: NiCl2 3,49 + FeCl2 1,20 + HCl 0,056 при i, А/см2 = 40·10-3
Рис. 20. Зависимость E - lg [1 - (t/ф)1/2] для сплава железо-никель в растворе, моль/л: NiCl2 3,49 + FeCl2 1,20 + HCl 0,056 при i, А/см2: 20·10-3(1); 40·10-3(2)
Начальная стадия анодного растворения железа, не искаженная диффузионными ограничениями в твердой фазе, была изучена методом хронопотенциометрии. На E, t - кривых анодного растворения сплава железо-никель (рис. 19) имеется ярко выраженная задержка Е, вызванная растворением железа, причем по мере перехода Fe в раствор потенциал постепенно смещается в положительную область, а по достижении t, соответствующего переходному времени ф, при котором концентрация Fe на поверхности электрода приближается к нулю, происходит сдвиг Е до значения, отвечающего растворению никеля. Представив хронопотенциограммы в координатах E - lg [1 - (t/ф)1/2] (рис. 20), получаем прямые линии с наклоном ~26 мВ. Это указывает на лимитирующую электрохимическую стадию растворения железа из сплава.
Закономерности, выявленные при анодном растворении сплава, в котором никель является электроположительным компонентом, представляло интерес проверить на примере сплава, в котором никель - компонент электроотрицательный, а именно - медь-никель.
Рис. 21. Потенциодинамические поляризационные кривые анодного растворения сплава медь-никель (1) и никеля (2) в 1 М растворе HCl
Рис. 22. Зависимость скорости растворения никеля из сплава медь-никель от времени при Е, В (с.в.э.): 0,05(1); 0,10(2); 0,15(3); 0,20(4) в 1 М HCl
На рис. 21 представлены анодные потенциодинамические кривые, полученные на сплаве медь-никель и электролитическом никелевом покрытии в 1 М растворе HCl. В области потенциалов, предшествующих пику тока, данные кривые совпадают, что, вероятно, указывает на селективное растворение никеля из медноникелевого сплава в данной области потенциалов. Зависимости i - t - 1/2, полученные при анодном растворении сплава медь-никель (рис. 22), экстраполируются в начало координат, что указывает на протекание процесса растворения по механизму объемной нестационарной диффузии никеля. При этом происходит формирование обогащенного медью поверхностного слоя сплава.
На основании полученных результатов были рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии никеля в твердой фазе и толщина обогащенного медью поверхностного слоя сплава (табл. 19). Величина D укладывается в пределы 10-15ч10-12 см2/с, а дэфф возрастает пропорционально увеличению коэффициентов диффузии, т.е. наблюдается закономерность, аналогичная процессу растворения сплава железо-никель.
Таблица 19
Эффективные коэффициенты диффузии никеля DFe, см2/с в сплавах медь-никель и эффективная толщина обогащенного медью поверхностного слоя сплава д, нм
Е, В (с.в.э.) |
0,05 |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
|
DFe, см2/с |
3,5М10-14 |
6,7М10-14 |
1,1М10-13 |
1,7М10-13 |
|
дэфф, нм |
8,5 |
11,0 |
14,5 |
17,0 |
Таким образом, сплавы железо-никель и железо-медь в кислых хлоридных растворах в начальный период растворяются селективно с преимущественной ионизацией электроотрицательного компонента. Формируется обогащенный электроположительным металлом поверхностный слой. Далее скорость растворения определяется нестационарной объемной диффузией в твердой фазе.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Систематизированы полученные экспериментальные данные по физико-химическим свойствам концентрированных водных никель- и железосодержащих хлоридных, никельсодержащих сульфатных растворов в области температур 20ч70 0С, а также медьсодержащих сульфатных растворов в температурном интервале 20ч50 0С. Установлено, что варьирование катионного и анионного составов раствора, концентрации компонентов и температуры приводит к значительным изменениям в структуре растворителя (воды) и образованию гидратов и ассоциатов различного состава. В растворах, содержащих хлорид-ионы, разрушение первоначальной структуры растворителя происходит быстрее, чем в сульфатных электролитах, т.е. структурные превращения в изученных растворах зависят от природы аниона.
На основании анализа рассчитанных значений термодинамических характеристик вязкого течения (ДGз*, ДHз* ДSз*) показана возможность формирования полиионной структуры в концентрированных растворах NiSO4 (более 3,30 моль/л), NiCl2 и FeCl2 + NiCl2 (более 3,10 моль/л). Формирующаяся структура, элементами которой являются гидратированные ионы, менее стабильна, чем водный каркас.
Получены полиномиальные модели динамической вязкости растворов NiSO4, NiCl2, FeCl2, FeCl2 + NiCl2, позволяющие производить расчет данной характеристики в области высоких концентраций. В качестве адекватной модели принят полином 7-го порядка.
Разработана новая методика получения устойчивых коллоидных дисперсий фуллерена С60 в воде, не содержащих органических растворителей. Содержание фуллерена С60 в дисперсиях составляет 0,01 - 0,50 г/л. Выявлено, что при добавлении раствора фуллерена С60 в толуоле или хлорбензоле к смеси вода - ацетон проявляется сольватохроматический эффект. Причиной сольватохромизма является тенденция фуллеренов к агрегации.
Впервые получены КЭП никель-фуллерен С60. Показано, что введение дисперсных наночастиц С60 в электролит никелирования приводит к возрастанию скорости процесса электроосаждения. Определен механизм зародышеобразования, рассчитаны кинетические параметры процесса электроосаждения. С помощью метода вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) изучены состав и структура КЭП никель-фуллерен С60. Показано, что содержание углерода в осадках составляет около 1,5% (масс.). Наибольшее количество частиц дисперсной фазы содержат поверхностные слои КЭП никель-фуллерен С60. Изучено влияние режима электролиза на трибологические и коррозионные свойства КЭП никель-С60. Установлено, что наилучшими эксплуатационными свойствами обладает композиционное покрытие, осажденное при катодной плотности тока 10 А/дм2. Фуллерен С60 оказывает определяющее влияние на структуру и свойства изученных композиционных покрытий.
Впервые получены КЭП медь-фуллерен С60. Изучен процесс совместного осаждения меди с фуллереном С60 из сульфатного электролита. Рассчитаны значения поляризационной емкости двойного слоя при электроосаждении меди и КЭП медь-фуллерен С60. Исследованы трибологические свойства композиционных медных покрытий. Показано, что при переходе от чистых медных осадков к КЭП шероховатость уменьшается в 1,5 - 2 раза, а коэффициент трения скольжения уменьшается вдвое. Наилучшими эксплуатационными характеристиками обладает КЭП медь-фуллерен С60, осажденное при ik = 7 А/дм2.
Исследованы КЭП никель-коллоидный графит. В качестве дисперсной фазы в электролит вводили коллоидный графит, полученный электрохимическим окислением природного графита. Выявлено, что введение коллоидно-графитовой смеси в этаноле в электролит никелирования облегчает катодный процесс. Рассчитана поляризационная емкость двойного электрического слоя при осаждении чистого никеля и КЭП никель-графит. Выявлено, что коэффициент трения скольжения для КЭП никель-графит снижается вдвое по сравнению с матовым никелевым покрытием. Коррозионная стойкость изученных КЭП выше, чем у чистых никелевых осадков.
Впервые получены КЭП на основе никеля, модифицированные бисульфатом графита. Показано, при введении дисперсных частиц бисульфата графита в электролит возрастает скорость катодного процесса. Рассчитаны кинетические параметры электроосаждения. Выявлено, что КЭП никель-бисульфат графита имеют коэффициент трения скольжения вдвое меньший, чем матовые никелевые покрытия. Включение частиц бисульфата графита в никелевые осадки приводит к увеличению коррозионной стойкости последних.
Показано, что электроосаждение сплава железо-никель из концентрированных хлористых электролитов протекает с преимущественным первоначальным выделением никеля. С помощью метода рентгенофазового анализа изучена структура железоникелевого осадка, полученного при ik = 10 А/дм2, и обнаружено, что в электролитическом сплаве железо-никель возникает концентрационная неоднородность, проявляющаяся в образовании скоплений атомов никеля. Методом ВИМС установлено, что данный сплав содержит 60% Ni и 40% Fe, причем распределение никеля по толщине осадка неоднородно и возрастает по мере продвижения к подложке. Установлено, что наилучшими физико-механическими свойствами обладает сплав железо-никель, осажденный из электролита состава, моль/л: NiCl2 3,49; FeCl2 1,20; HCl 0,056 при плотности тока 10 А/дм2. Наибольшая коррозионная стойкость наблюдается у сплавов, полученных из электролита указанного состава при ik = 12 А/дм2 (анод - графит ГФ-Г) и 14 А/дм2 (анод - сталь 40Х). Впервые на основе сплава железо-никель получены композиционные электрохимические покрытия, модифицированные фуллереном С60. Показано, что введение частиц С60 в электролит приводит к возрастанию скорости катодного процесса. На основании результатов гальваностатических исследований рассчитаны кинетические параметры процесса электроосаждения КЭП железо-никель-С60. Выявлено, что композиционные покрытия, модифицированные фуллереном, имеют коэффициент трения скольжения вдвое меньший, чем чистые покрытия сплавом железо-никель. Включение частиц фуллерена С60 в электролитические осадки сплава железо-никель приводит к увеличению их коррозионной стойкости.
Впервые изучен процесс анодного растворения электролитических сплавов железо-никель и медь-никель в кислых хлоридных растворах. Установлено, что процесс анодного растворения данных сплавов на начальном этапе протекает селективно с преимущественной ионизацией электроотрицательного компонента, формируется обогащенный электроположительным металлом слой на поверхности сплава, дальнейшее растворение протекает по механизму объемной нестационарной диффузии в твердой фазе. Рассчитаны кинетические параметры процесса анодного растворения сплавов железо-никель и медь-никель (эффективные коэффициенты диффузии в твердой фазе и эффективная толщина поверхностного слоя сплава).
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
Статьи в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК
Целуйкин В.Н. Взаимосвязь кинетики электрокристаллизации осадков сплава железо-никель со структурными превращениями в растворе [Текст] / Н.Д. Соловьева, В.Н. Целуйкин, С.С. Попова // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2000. - Т. 43, № 5. - С. 20 - 23.
Целуйкин В.Н. Функциональные покрытия на основе сплавов железа [Текст] / С.С. Попова, Г.В. Целуйкина, Н.Д. Соловьева, В.Н. Целуйкин // Гальванотехника и обработка поверхности. - 2001. - Т. 9, № 1. - С. 34 - 40.
Целуйкин В.Н. Вязкое течение водных растворов NiSO4 и NiCl2 [Текст] / Н.Д. Соловьева, Ю.В. Клинаев, В.Н. Целуйкин // Журнал физической химии. - 2003. - Т. 77, № 3. - С. 459 - 462.
Целуйкин В.Н. Физико-механические и коррозионные свойства сплава железо-никель, осажденного из хлористых электролитов [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева // Гальванотехника и обработка поверхности. - 2003. - Т. 11, № 2. - С. 30 - 34.
Целуйкин В.Н. Композиционные электрохимические покрытия никель- фуллерен С60 [Текст] / В.Н. Целуйкин, И.В. Толстова, Н.Д. Соловьева // Известия вузов. Сев. - Кав. регион. Технические науки. - 2005. - Спецвыпуск «Композиционные материалы». - С. 42 - 44.
Целуйкин В.Н. Получение коллоидной дисперсии фуллерена С60 в воде [Текст] / В.Н. Целуйкин, И.В. Толстова, И.Ф. Гунькин, А.Ю. Панкстьянов // Коллоидный журнал. - 2005. - Т. 67, № 4. - С. 575 - 576.
Целуйкин В.Н. Анодное поведение сплава железо-никель в хлоридных растворах [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева // Металлообработка. - 2005. - № 5. - С. 14 - 17.
Целуйкин В.Н. Вязкое течение концентрированных водных растворов NiCl2 + FeCl2 [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева // Журнал прикладной химии. - 2005. - Т. 78, № 11. - С. 1824 - 1826.
Целуйкин В.Н. Коллоидная дисперсия фуллерена С60 без органических растворителей [Текст] / В.Н. Целуйкин, И.С. Чубенко, И.Ф. Гунькин, А.Ю. Панкстьянов // Журнал прикладной химии. - 2006. - Т. 79, № 2. - С. 326 - 327.
Целуйкин В.Н. Свойства композиционных покрытий никель-фуллерен С60 [Текст] / В.Н. Целуйкин, И.В. Толстова, Н.Д. Соловьева, И.Ф. Гунькин // Гальванотехника и обработка поверхности. - 2006. - Т. 14, № 1. - С. 28 - 31.
Целуйкин В.Н. Получение водных дисперсий фуллерена С60 [Текст] / В.Н. Целуйкин, И.Ф. Гунькин, А.Ю. Панкстьянов // Коллоидный журнал. - 2007. - Т. 69, № 2. - С. 284 - 285.
Целуйкин В.Н. Электроосаждение композиционных покрытий никель-фуллерен С60 [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, И.Ф. Гунькин // Защита металлов. - 2007. - Т. 43, № 4. - С. 418 - 420.
Целуйкин В.Н. Влияние фуллерена С60 на свойства электролитических медных покрытий [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, И.Ф. Гунькин // Перспективные материалы. - 2007. - № 5. - С. 82 - 84.
Целуйкин В.Н. Вязкое течение водных растворов сульфата меди в интервале температур 20 - 50 0С [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, О.Г. Неверная // Журнал прикладной химии. - 2007. - Т. 80, № 10. - С. 1747 - 1749.
Целуйкин В.Н. Получение композиционных электрохимических покрытий никель-фуллерен С60 [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, И.Ф. Гунькин // Журнал прикладной химии. - 2008. - Т. 81, № 7. - С. 1106 - 1108.
Целуйкин В.Н. Модифицирование фуллереном С60 металлических поверхностей [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, И.Ф. Гунькин // Российские нанотехнологии. - 2008. - Т. 3, № 7-8. - С. 80 - 83.
Целуйкин В.Н. Анодное растворение сплава медь-никель в нестационарных условиях [Текст] / В.Н. Целуйкин // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2008. - Т. 44, № 5. - С. 556 - 558.
Целуйкин В.Н. Электроосаждение и свойства композиционных покрытий никель-графит [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, А.В. Яковлев, Г.В. Целуйкина // Перспективные материалы. - 2009. - № 2. - С. 75 - 77.
Целуйкин В.Н. Композиционные электрохимические покрытия: получение, структура, свойства (обзор) [Текст] / В.Н. Целуйкин // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2009. - Т. 45, № 3. - С. 357 - 372.
Статьи в прочих реферируемых журналах
Целуйкин В.Н. Анодное растворение гальванического сплава железо-никель в нестационарных условиях [Текст] / Н.Д. Соловьева, В.Н. Целуйкин // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2002. - Т. 4, № 2. - С. 154 - 158.
Целуйкин В.Н. Вязкое течение водных растворов FeCl2 [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2004. - Т. 6, № 3. - С. 296 - 299.
Патентные документы
Пат. 22801109 РФ, МПК 7 С 25 D 15/00. Электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе никеля [Текст] / В.Н. Целуйкин. Заявл. 30.03.2005; Опубл. 20.07.2006 // Изобретения. - 2006. - № 20.
Пат. 2339746 РФ, МПК 7 С 25 D 15/00. Электролит для получения композиционных электрохимических покрытий на основе меди [Текст] / В.Н. Целуйкин. Заявл. 11.04.2007; Опубл. 27.11.2008 // Изобретения. - 2008. - № 33.
Заявка 2007118211 RU МПК 7 С 25 D 15/00. Электролит для осаждения композиционных покрытий никель-коллоидный графит [Текст] / В.Н. Целуйкин, А.В. Яковлев, В.В. Краснов [и др.]. Решение о выдаче патента от 16.10.2008.
Заявка 2008106366 RU МПК 7 С 25 D 15/00. Электролит для осаждения композиционных покрытий на основе никеля [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, Г.В. Целуйкина. Решение о выдаче патента от 05.12.2008.
Основные статьи в сборниках трудов научных конференций
Целуйкин В.Н. Термодинамические свойства хлоридных электролитов осаждения сплавов железо-никель [Текст] / В.Н. Целуйкин, М.Е. Кобыленкова, Н.Д. Соловьева, С.С. Попова // Актуальные проблемы электрохимической технологии: сб. статей молодых ученых. - Саратов: СГТУ, 2000. - С. 126 - 129.
Целуйкин В.Н. Хроноамперометрическое исследование анодного растворения сплавов железо-никель [Текст] / Н.Д. Соловьева, В.Н. Целуйкин, М.А. Шишова // Доклады Междунар. конф. «Композит - 2001». - Саратов: СГТУ, 2001. - С. 273 - 276.
Целуйкин В.Н. Влияние состава электролита на свойства сплава железо-никель [Текст] / Н.Д. Соловьева, В.Н. Целуйкин // Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении: Сборник материалов Всерос. науч.-практич. конф. - Пенза: ПГУ, 2002. - С. 98 - 100.
Целуйкин В.Н. Вязкое течение концентрированных растворов FeCl2 [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, Ю.В. Клинаев // Современные электрохимические технологии: сб. статей по материалам Всерос. конф. - Саратов: СГТУ, 2002. - С. 78 - 84.
Целуйкин В.Н. Композиционные электрохимические покрытия на основе никеля с фуллереном С60 [Текст] / В.Н. Целуйкин, И.В. Толстова, И.Ф. Гунькин, Н.Д. Соловьева // Доклады Междунар. конф. «Композит - 2004». - Саратов: СГТУ, 2004. - С. 262 - 264.
Целуйкин В.Н. Структурные превращения в концентрированных растворах сульфата меди [Текст] / В.Н. Целуйкин, О.Г. Неверная, Н.Д. Соловьева // Актуальные проблемы электрохимической технологии: сб. статей молодых ученых по материалам Всерос. конф. - Саратов: СГТУ, 2005. - С. 68 - 71.
Целуйкин В.Н. Композиционные покрытия никель-фуллерен С60 [Текст] / В.Н. Целуйкин, И.В. Толстова, И.Ф. Гунькин, Н.Д. Соловьева // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии: сб. науч. трудов V Всерос. конф. молодых ученых. - Саратов: Научная книга, 2005. - С. 290 - 292.
Tseluikin V.N. Composite coatings with fullerene C60 [Текст] / V.N. Tseluikin, I.V. Tolstova, O.G. Nevernaya [et al.] // Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials: IX International Conference ICHMS. - Kiev: ADEF, 2005. - P. 520 - 523.
Целуйкин В.Н. Композиционные электрохимические покрытия на основе никеля [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, И.Ф. Гунькин // Актуальные проблемы электрохимической технологии: сб. статей молодых ученых по материалам Всерос. конф. - Саратов: СГТУ, 2008. - С. 223 - 226.
Целуйкин В.Н. Композиционные электрохимические покрытия никель- графит [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, А.В. Яковлев, Г.В. Целуйкина // Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах: материалы IV Всерос. конф. - Воронеж: Научная книга, 2008. - С. 363 - 366.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Физико-химические и термодинамические свойства концентрированных водных растворов, содержащих компоненты электролитов осаждения сплава железо-никель. Кинетические закономерности анодного растворения сплава железо-никель в нестационарных условиях.
автореферат [23,4 K], добавлен 16.10.2009История происхождения никеля. Степень распространенности элемента в природе, содержание его в месторождениях руд. Получение, химические и физические свойства металла. Виды никелевых сплавов. Использование соединений и чистого никеля в современной технике.
реферат [44,0 K], добавлен 24.10.2011История открытия и технология получения никеля, места его нахождения в природе. Основные физические, химические и механические свойства никеля. Характеристика органических и неорганических соединений никеля, сферы его применения и биологическое действие.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 16.01.2012Химические и физические свойства никеля и методы его применения в промышленности и технике. Свойства тетракарбонила никеля, методы синтеза этого вещества в лаборатории. Технологические процессы, которые базируются на использовании карбонила никеля.
курсовая работа [57,1 K], добавлен 27.11.2010Химические методы получения тонких пленок. Способы получения покрытий на основе нитрида алюминия. Преимущества газофазной металлургии. Сущность электрохимического осаждения, процесса газового анодирования. Физикохимия получения пленочных покрытий.
курсовая работа [5,4 M], добавлен 22.06.2011Общая сравнительная характеристика металлов. Кобальт и никель: получение, химические свойства. Сравнение оксидов и гидроксидов кобальта и никеля, хлориды, сульфид. Нахождение количества вещества сульфата кобальта, массы раствора по уравнению реакции.
курсовая работа [27,3 K], добавлен 14.11.2011Краткая характеристика суперконденсаторов. Принцип действия ионисторов различного типа, суперконденсаторов на основе гидроксида никеля. Физико-химические свойства гидроокиси никеля, способы синтеза. Получение химическим способом в лабораторных условиях.
дипломная работа [864,4 K], добавлен 13.10.2015Комплексообразующее поведение лигандов. Основные этапы синтеза бис-формазанов. Комплексообразующие свойства формазанов с ионами меди, никеля и свинца в растворе методом спектрофотометрического титрования. Каталитическое поведение металлокомплексов.
научная работа [2,0 M], добавлен 26.02.2013Изучение и анализ производства никеля сернокислого (сульфат никеля, никелевый купорос), основанного на переработке маточного раствора медного отделения ОАО "Уралэлектромедь". Характеристика основного оборудования производства никеля сернокислого.
дипломная работа [846,0 K], добавлен 19.06.2011Атомные, физические и химические свойства элементов подгруппы меди и их соединений. Содержание элементов подгруппы меди в земной коре. Использование пиро- и гидрометаллургическиех процессов для получения меди. Свойства соединений меди, серебра и золота.
реферат [111,9 K], добавлен 26.06.2014