Введение к работе
Актуальность темы. Одним из эффективных методов модифицирования металлических поверхностей является электролитическое осаждение композиционных или многослойных покрытий. Принцип получения композиционных электрохимических покрытий (КЭП) основан на том, что вместе с металлами из электролитов-суспензий соосаждаются дисперсные частицы различных размеров и видов. Включаясь в металлическую матрицу, частицы улучшают эксплуатационные свойства покрытий и придают им новые качества. В ряде случаев замена классических гальванопокрытий на КЭП позволяет экономить дорогостоящие цветные металлы и удешевляет процесс электроосаждения. Поэтому КЭП находят применение в различных отраслях промышленности (машиностроение, приборостроение, изготовление медицинских инструментов, химической аппаратуры и др.).
Эффективность практического применения КЭП во многом определяется природой дисперсной фазы. Перспективными дисперсными материалами композиционных покрытий являются графит и его производные. Слоистая структура графита позволяет получать на его основе различные соединения внедрения, в частности с HNO3 (нитрат графита) и H2SO4 (бисульфат графита). В настоящее время разработаны электрохимические методы синтеза соединений внедрения графита, позволяющие получать конечный продукт высокой чистоты и заданного состава. Включение частиц данных материалов в металлические матрицы КЭП позволяет улучшить их износостойкость и коррозионную стойкость.
Для повышения эксплуатационных свойств металлических поверхностей могут быть использованы не только композиционные, но и многослойные электрохимические покрытия на основе различных металлов и сплавов. Нанесение подслоя позволяет сгладить дефекты подложки и обеспечить формирование плотного мелкозернистого верхнего слоя. Данные покрытия, вследствие различной структуры отдельных слоев, обладают улучшенными физико-механическими свойствами по сравнению с однослойными осадками.
Таким образом, получение новых композиционных и многослойных покрытий, исследование процесса их электроосаждения и эксплуатационных свойств осадков является актуальной научной и прикладной задачей.
Диссертация выполнена в рамках госбюджетных НИР «Исследование процессов при электрохимическом формировании наноструктурированных углеродных материалов и композиционных покрытий на их основе» (2011 г.) и «Электрохимическое интеркалирование углеродных материалов для получения графеновых препаратов» (2012 г.)
Целью работы является создание новых композиционных и многослойных электрохимических покрытий на основе никеля и сплава никель-
хром, обладающих улучшенными эксплуатационными свойствами, и исследование процесса их электроосаждения.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
исследовать процесс совместного осаждения никеля с нитратом графита и бисульфатом графита из сульфатно-хлоридного электролита никелирования;
изучить влияние нитрата графита и бисульфата графита на функциональные свойства композиционных никелевых покрытий (коэффициент трения, коррозионная стойкость);
получить КЭП на основе сплава никель-хром, модифицированные нитратом графита и бисульфатом графита, исследовать закономерности их электроосаждения и свойства данных покрытий (коэффициент трения, микротвердость, коррозионная стойкость);
исследовать кинетические закономерности процесса осаждения двухслойных электрохимических покрытий никель + никель-хром и железо + никель-хром;
изучить влияние материала подложки на эксплуатационные свойства сплава никель-хром (микротвердость, коэффициент трения, коррозионная стойкость).
Научная новизна работы. Получены КЭП на основе никеля и сплава никель-хром, модифицированные нитратом графита и бисульфатом графита. Впервые исследован процесс осаждения КЭП на основе никеля, модифицированных нитратом графита. Установлено, что введение дисперсной фазы нитрата графита и бисульфата графита в сульфатно-хлоридный электролит никелирования приводит к возрастанию скорости осаждения никелевых покрытий. Впервые изучено совместное электроосаждение никеля и хрома с нитратом графита и бисульфатом графита. Исследованы кинетические закономерности процесса формирования многослойных электрохимических покрытий никель + никель-хром и железо + никель-хром.
Практическая значимость результатов работы. Впервые получены КЭП никель-нитрат графита. Установлено, что включение частиц нитрата графита и бисульфата графита в никелевую матрицу приводит к улучшению трибологических и коррозионных свойств осадков. Впервые получены КЭП никель-хром-нитрат графита и никель-хром-бисульфат графита. Показано, что внедрение нитрата графита и бисульфата графита в никель-хромовые осадки способствует повышению их микротвердости и снижению коэффициента трения скольжения. Получены двухслойные электрохимические покрытия никель + никель-хром и железо + никель-хром. Установлено, что сплав никель-хром, нанесённый на подслой железа, имеет высокие значения микротвёрдости и коррозионной стойкости, низкий коэффициент трения и обладает мелкозернистой структурой.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Закономерности процессов электроосаждения КЭП никель-нитрат графита и никель-бисульфат графита, а также влияние режима электролиза на антифрикционные и коррозионные свойства осадков;
-
Влияние технологических параметров процесса электроосаждения на эксплуатационные свойства КЭП никель-хром-нитрат графита и никель-хром-бисульфат графита (микротвердость, коэффициент трения, коррозионную стойкость);
-
Кинетические закономерности формирования многослойных электрохимических покрытий никель + никель-хром и железо + никель-хром;
-
Влияние материала подложки (сталь, электрохимический никель, электрохимическое железо) на эксплуатационные свойства сплава никель-хром.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на VII, VIII и IX Международных конференциях «Покрытия и обработка поверхности» (Москва, 2010, 2011, 2012 гг.), Международных конференциях «Композит-2010» и «Композит-2013» (Саратов, 2010, 2013 гг.), VII и VIII Всероссийских научно-практических конференциях «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении» (Пенза, 2010, 2011 гг.), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2010 г.), Седьмой Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Владимир, 2010 г.), IV Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (Саратов, 2011 г.), XXV Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2012 г.), Всероссийской молодежной конференции «Химия под знаком Сигма: исследования, инновации, технологии» (Казань, 2012 г.), VI Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах» (Воронеж, 2012 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на изобретение.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы из 127 наименований. Она изложена на 130 страницах, содержит 47 рисунков и 29 таблиц.
