Введение к работе
Актуальность темы: Электрохимические методы осаждения никеля показывают высокий технологический потенциал в формировании не только традиционных широко используемых покрытий, но и эффективных электродных материалов. Недостатком процесса электроосаждения является повышение рН прикатодного слоя в процессе электролиза (за счет протекания побочной реакции выделения водорода), которое приводит к образованию труднорастворимых гидроксидов и основных солей никеля, тем самым ограничивая предельно допустимые плотности тока и влияя на свойства покрытий. Перспективным путем решения этой проблемы является использование комплексных электролитов. Одним из наиболее простых и применяемых на практике является электролит, содержащий а-аминоуксусную кислоту (глицин), который одновременно выступает в качестве эффективного хе-латирующего лиганда N,0-Tnna и обладает хорошим буферным действием. Вместе с тем, комплексообразование существенно усложняет состав раствора, особенно если в нем присутствуют дополнительные компоненты, анионы которых могут также образовывать комплексы с ионами никеля. Имеющиеся в литературе данные по осаждению никеля из глицинсодержащих электролитов недостаточны и носят спорадический характер, а теоретические представления о влиянии ионного состава растворов на характеристики процесса осаждения и свойства покрытий практически отсутствуют.
Работа выполнена согласно тематическому плану НИР Воронежского государственного университета, проводимых по заданию Федерального агентства по образованию (№ ГР 01200956639), и поддержана РФФИ (проект № 08-03-00194а «Гетерогенные процессы в металлических системах с электрохимическими, химическими, сорбционными и транспортными стадиями: кинетика, термодинамика»).
Цель работы: Исследование влияния ионного состава глицинсодержащих электролитов никелирования на их физико-химические свойства, электрохимические характеристики процесса осаждения и свойства покрытий. Задачи работы:
описание равновесного ионного состава глицинсодержащих электролитов никелирования в зависимости от рН, концентрации глицина и природы фонового аниона (СГ, SO^-, Ас~);
экспериментальное определение и теоретический расчет буферной емкости и рН гидратообразования исследуемых электролитов;
исследование влияния ионного состава электролитов на параметры процесса электроосаждения и выход никеля по току;
изучение морфологии, структуры и каталитических свойств полученных покрытий;
установление связей между ионными равновесиями, свойствами электролитов никелирования и параметрами процесса электроосаждения.
Научная новизна:
- Определен равновесный ионный состав глицинсодержащих электролитов
никелирования в широком интервале рН, концентраций глицина и анионов
фона(СГ, SOj",Ac").
Выявлены и теоретически обоснованы корреляции между ионным составом электролитов никелирования и их буферными свойствами, значением рН гидратообразования. Определена природа труднорастворимых соединений, образующихся в объеме электролита.
Получены количественные данные и установлен характер зависимости параметров процесса электроосаждения никеля (выход по току, максимальный пропущенный электрический заряд) от рН, концентрации глицина и природы анионов фона.
Проведено сравнительное исследование свойств никелевых покрытий, полученных из глицинсодержащих электролитов различного состава. Практическая значимость работы: Полученные данные по физико-химическим свойствам (буферная емкость, рНгидр) глицинсодержащих электролитов никелирования представляют интерес как справочный материал. Разработаны практические рекомендации по подбору оптимального состава электролитов никелирования, обладающих высокой буферной емкостью и рНГИДр и позволяющих получать качественные покрытия с повышенной каталитической активностью в реакциях, связанных с отщеплением протона. Положения, выносимые на защиту:
Буферная емкость глицинсодержащих электролитов никелирования определяется равновесиями с участием протонированных и депротониро-ванных форм лигандов при их избытке, а при недостатке - равновесиями между различными комплексами никеля.
Величина рНгидр в глицинсодержащем электролите никелирования зависит от прочности комплексов никеля и состава образующегося труднорастворимого соединения, представляющего собой гидроксид или основную соль, не содержащую органические анионы. Максимальное значение рНГИдр наблюдается в растворах, где преобладают комплексы NiGlyj.
Величина выхода металла по току из глицинсодержащих электролитов никелирования является результатом влияния их буферной емкости и эффекта миграции, вклад которого определяется составом электролита.
Состав электролита оказывает существенное влияние на морфологию и каталитическую активность электроосажденных Ni-покрытий и незначительное на их состав и структуру.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, среди которых 6 статей (5 из них в журналах перечня ВАК) и 8 тезисов докладов и материалов конференций различного уровня. Основные результаты работы доложены на IV и V Всероссийских конференциях
"ФАГРАН" (Воронеж, 2008, 2010); XVIII Менделеевском конкурсе студентов-химиков (Белгород, 2008); 7-ой международной конференции «Покрытия и обработка поверхности» (Москва, 2010); 9-ом Международном Фрум-кинском симпозиуме «Материалы и технологии электрохимии 21 века» (Москва, 2010); «EUROCORR 2010» (Moscow, 2010); VI Украинском съезде по электрохимии (Днепропетровск, 2011); Международной конференции «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (Саратов, 2011). Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и библиографии (145 наименований). Материал изложен на 157 страницах, содержит 48 рисунков и 18 таблиц.
