Морфологія поверхні композиційних метал-матричних шарів з дисперсною фазою з тугоплавких

МОРФОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МЕТАЛ-МАТРИЧНИХ ШАРІВ З дисперсною фазою З ТУГОПЛАВКИХ РЕЧОВИН

1 ГОУ ВПО «Казанський національний дослідницький технологічний університет»

2 ФГУП «ЦНДІ Геолнеруд»

Показані результати досліджень щодо застосування високодисперсних частинок тугоплавких речовин як компонентів захисних шарів з матрицею з цинку і нікелю. В якості дисперсної фази (ДФ) використовувалися мікро- і ультрамікро (нано) тугоплавкі речовини: аеросил, корунд, баделеїт. В електроліт цинкування вводили розчинну добавку метиловий зелений (МЗ) спільно з частинками аеросилу. За допомогою растрового електронного мікроскопа було вивчено вплив названої вище ДФ на морфологію поверхні покриттів. Виявлено, що частинки аеросилу і бадделеіта укрупнюють кристалічні зерна цинку і змінюють їх форму. Частинки бадделеіта сприяють подрібненню зерен нікелю. Добавка МОЗ призводить до значного зменшення розмірів зерен цинку, до 1,5 мкм. Поверхня покриття стає більш гладкою, що підтверджується величиною шорсткості цинкової матриці. Елементний склад покриттів Zn-баделеїт розраховували за допомогою програми Magallanes. Було показано наявність цирконію в зразках від 15 до 28 # 8201;%. Методом переривчасто-контактної атомно-силової мікроскопії було встановлено, що частинки корунду змінюють характер електрокрісталлізаціі нікелю. Шляхом сканування різних ділянок покриття Ni-корунд були виявлені дві групи частинок таких розмірів: перша група - від 5 до 30 мкм, друга - 50-340 нм. Встановлено, що наявність ДФ в вивчених електролітах призводить до підвищення стійкості получемих покриттів в 1,5-2 рази.

композиційні електрохімічні покриття з матрицею на основі нікелю та цинку

2. Дамаскін Б.Б. Введення в електрохімічну кінетику / Б.Б. Дамаскін, О.А. Петрий. - М. Вища. шк. 1983. - 450 с.

3. Левін А.І. Лабораторний практикум з теоретичної електрохімії / А.І. Левін, А.В. Помосов. - М. Металургія, 1979. - 311 с.

Металлматрічние системи з тугоплавкої дисперсною фазою (ДФ) в разі використання для отримання покриттів з електролітів-суспензій представляються як композиційні електрохімічні покриття (КЕП) [4]. КЕП наносяться на поверхню виробів у вигляді тонких металлматрічних шарів (від часток мікрометра до декількох десятків мікрометрів) електрохімічним шляхом. Суспензії містять ДФ мікро-, субмікроразмеров, аж до десяти і менше нанометрів. Мікротолщіни покриттів і висока дисперсність II фази, розподіленої в них, відкрили нові можливості в модифицировании поверхні виробів для багатьох галузей промисловості.

Ефективність використання КЕП багато в чому визначається природою дисперсної фази. Оксиди - найпоширеніші й доступні з природних джерел тверді речовини. З них найбільш важливими в якості ДФ можуть бути рутил, корунд, баделеїт, кварц, нітрид, карбід і інші речовини. Вони більш стійкі при експлуатації виробів в атмосфері особливо при високих температурах [4].

У зв'язку з цим метою роботи було створення композиційних покриттів з матрицями з цинку і нікелю з ДФ аеросилу, корунду, бадделеіта і вплив їх на морфологію і властивості покриттів.

Показник стійкості визначали відповідно до ГОСТу 9.908-85 в розчині 3% NaCl зі зміни маси покриттів протягом одного тижня.

Зйомка поверхні покриттів проводилася на растровому електронному мікроскопі РЕМ-100У. Друк знімків комп'ютер і їх збереження були зроблені за допомогою електронної системи цифрового виводу зображень для растрових мікроскопів та програми ImageREM. Режим зйомки: Uуск - 30 К V, збільшення х50 - х5000. Зйомка була зроблена за допомогою режиму COMPO - відбиті електрони (використовувалися одночасно 2 фотоелемента). Елементний склад в обраних точках зразка був зроблений на енергодисперсійного приставці ЕДАР і розраховувався за допомогою програми Magallanes. Еталони для розрахунків взяті з вихідних калибровок програми Magallanes.

Поширене використання ультрадисперсних частинок (УДЧ) SiO2 розміром від 5 до 40 нм (аеросил марок А-380, А-300, А-175), в якості дисперсної фази при отриманні композиційних покриттів [1].

На рис. 1 представлені електронно-мікроскопічні знімки поверхні покриттів.

З рис. 1, а видно, що поверхня контрольних покриттів гладка, з розміром зерен близько 8-10 мкм. Введення в електроліт частинок SiO2 призводить до укрупнення зерна до 12-16 мкм і зміни його форми. Більшість зерен кристалів придбали форму піраміди. Включення оксиду кремнію призводить до утворення текстурованого покриття в напрямку (111), що видно з малюнка. Укрупнення зерен кристалів веде до збільшення шорсткості цинкових покриттів майже в 1,5 рази в порівнянні з контрольними. Зерна кристалів КЕП Zn-МЗ-SiO2 теж мають форму піраміди, але помітно менших розмірів: близько 3,5-8 мкм. При введенні в електроліт тільки добавки МОЗ зерна кристалів сильно зменшилися і стали близько 1,5 мкм, тобто покриття стає більш мелкозернистое. Зерна не мають будь-якої вираженої кристалографічної огранки. Крім того, добре видно губчастий характер рельєфу поверхні (рис. 1, г). Розчинна добавка не тільки впливає на електроосадження цинку, але збільшує кількість ДФ в покриттях.

Зміна структури осаду позначається на його властивості і призводить до зміни фізико-хімічних характеристик покриттів.

Визначали корозійну стійкість покриття Zn, Zn-SiO2, Zn-МЗ, Zn-МЗ-SiO2. Покриття витримували в 3% розчині NaCl протягом 10 діб при температурі 20 ° С. Встановлено, що частки аеросилу підвищують стійкість покриттів до 1,5 раз, добавка МОЗ збільшує стійкість покриттів в 2,5 рази в порівнянні з контрольним покриттям.

За допомогою електронної мікроскопії вивчали морфологію покриттів цинком. Мікрофотографії зазначених покриттів представлені на рис. 2.

Зміна структури покриттів призводить до зміни їх корозійних властивостей. Так, при концентрації 5-15 г / л бадделеіта в електроліті-суспензії захисні властивості цинкових покриттів підвищуються в 2 рази в порівнянні з контрольним покриттям і КЕП Zn-бадделеіта, що утворюються при концентраціях 20-50 г / л. Ця закономірність зберігається при всіх вивчених щільності струму.

Мал. 2. Електронно-мікроскопічні знімки поверхні цинкових покриттів в залежності від концентрації ДФ бадделеіта в ЕС, г / дм3: а - 0; б - 10; о 12; г - 15; д - 18; е - 20. Стрілки вказують на частинки бадделеіта. збільшення 1000х

За допомогою електронної мікроскопії вивчали морфологію покриттів нікелем. Структура нікелевих покриттів має сферичну форму зерен. Частинки бадделеіта впроваджуються в матрицю нікелю у вигляді палочкообразной форми, що веде до зміни фізичних властивостей (рис. 3).

Мал. 3. Мікрофотографії КЕП Ni-баделеїт. Концентрація ДФ, г / дм3: а - 0; б - 5. Стрілки вказують на частинки бадделеіта. збільшення 1000х

Методом переривчасто-контактної атомно-силової мікроскопії була вивчена морфологія поверхні нікелевих покриттів, отриманих з ЕС. Видно, що частинки змінюють характер електрокрісталлізаціі нікелю. Спостерігається укрупнення зерен нікелю і заращіваніе частинок корунду (рис. 4). Розміри використовуваних частинок 20-40 нм.

Для визначення розмірів частинок на поверхні вивчених покриттів було проведено сканування різних ділянок з розмірами 1 × 1 мкм2, 2 × 2 мкм2, 5 × 5 мкм2, 10 × 10 мкм2, 20 × 20 мкм2.

Для всіх зразків характерна однакова структура: на поверхні пластин розташовані частинки, які умовно можна розділити на дві групи: великі (спостерігаються навіть в оптичний мікроскоп) і дрібні. Винятком є ​​тільки контрольний зразок. Тут явно виражених частинок на поверхні не виявлено. Для решти зразків характерні наступні розміри частинок: перша група від 5 до 30 мкм, друга група 50-340 нм.

Частинки знаходяться переважно у вигляді агломератів (перша група) і окремих частинок (друга група), розташованих усередині зерен, що не вважаючи за краще кордонів між ними.

Таким чином, з вищевикладеного випливає, що всі вивчені частки змінюють морфологію металевих покриттів і роблять визначальний вплив на стійкість вивчених покриттів в хлоридних розчинах.

Дресвянніков А.Ф. д.х.н. професор, начальник науково-дослідного відділення, КНІТУ, м.Кривий Ріг;

Березін Н.Б. д.т.н. професор, КНІТУ, м.Кривий Ріг.

Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»

(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)