Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока

Разработан способ получения с помощью программируемого импульсного тока композиционных никелевых покрытий с изменяющейся от слоя к слою концентрацией частиц наноалмазов в металлической матрице. Показано, что соответствующая программа электроосаждения позволяет послойно наносить покрытия с наименьшей...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Заблудовский, В.А., Титаренко, В.В., Штапенко, Э.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2017
Schriftenreihe:	Металлофизика и новейшие технологии
Schlagworte:	Металлические поверхности и плёнки
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/123454
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока / В.А. Заблудовский, В.В. Титаренко, Э.Ф. Штапенко // Металлофизика и новейшие технологии. — 2017. — Т. 39, № 1. — С. 93-104. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-123454
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1234542017-09-05T03:03:07Z Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока Заблудовский, В.А. Титаренко, В.В. Штапенко, Э.Ф. Металлические поверхности и плёнки Разработан способ получения с помощью программируемого импульсного тока композиционных никелевых покрытий с изменяющейся от слоя к слою концентрацией частиц наноалмазов в металлической матрице. Показано, что соответствующая программа электроосаждения позволяет послойно наносить покрытия с наименьшей концентрацией наноалмазов в первых слоях и возрастающей — в последующих слоях, что улучшает адгезионные свойства, повышает износостойкость покрытия и снижает расход дисперсных частиц наноалмазов. Розроблено спосіб одержання за допомогою програмованого імпульсного струму композиційних ніклевих покриттів зі змінною від шару до шару концентрацією частинок нанодіямантів у металевій матриці. Показано, що відповідна програма електроосадження уможливлює пошарово наносити покриття з найменшою концентрацією нанодіямантів у перших шарах і зростаючою — в наступних шарах, що поліпшує адгезійні властивості, підвищує зносостійкість покриття і понижує витрати дисперсних частинок нанодіямантів. A method of fabrication of the composite nickel coatings with concentration of nanodiamonds’ particles in the metallic matrix changed from one layer to another is developed by means of the programmable pulse current. As shown, the corresponding program of electrodeposition allows the layer-by-layer deposition of coatings with the lowest concentration of nanodiamonds in the external layers, and concentration of them is increasing in subsequent layers. That improves adhesive properties, increases wear resistance and reduces the amount of dispersed particles of nanodiamonds. 2017 Article Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока / В.А. Заблудовский, В.В. Титаренко, Э.Ф. Штапенко // Металлофизика и новейшие технологии. — 2017. — Т. 39, № 1. — С. 93-104. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1024-1809 DOI: 10.15407/mfint.39.01.0093 PACS: 62.20.Qp, 68.37.Hk, 68.55.Nq, 81.05.uj, 81.15.Pq, 81.40.Pq, 81.65.Lp http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/123454 ru Металлофизика и новейшие технологии Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Металлические поверхности и плёнки Металлические поверхности и плёнки
spellingShingle	Металлические поверхности и плёнки Металлические поверхности и плёнки Заблудовский, В.А. Титаренко, В.В. Штапенко, Э.Ф. Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока Металлофизика и новейшие технологии
description	Разработан способ получения с помощью программируемого импульсного тока композиционных никелевых покрытий с изменяющейся от слоя к слою концентрацией частиц наноалмазов в металлической матрице. Показано, что соответствующая программа электроосаждения позволяет послойно наносить покрытия с наименьшей концентрацией наноалмазов в первых слоях и возрастающей — в последующих слоях, что улучшает адгезионные свойства, повышает износостойкость покрытия и снижает расход дисперсных частиц наноалмазов.
format	Article
author	Заблудовский, В.А. Титаренко, В.В. Штапенко, Э.Ф.
author_facet	Заблудовский, В.А. Титаренко, В.В. Штапенко, Э.Ф.
author_sort	Заблудовский, В.А.
title	Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока
title_short	Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока
title_full	Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока
title_fullStr	Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока
title_full_unstemmed	Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока
title_sort	структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Металлические поверхности и плёнки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/123454
citation_txt	Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока / В.А. Заблудовский, В.В. Титаренко, Э.Ф. Штапенко // Металлофизика и новейшие технологии. — 2017. — Т. 39, № 1. — С. 93-104. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Металлофизика и новейшие технологии
work_keys_str_mv	AT zabludovskijva strukturaisvojstvakompozicionnyhnikelevyhpokrytijpolučennyhspomoŝʹûprogrammiruemogoimpulʹsnogotoka AT titarenkovv strukturaisvojstvakompozicionnyhnikelevyhpokrytijpolučennyhspomoŝʹûprogrammiruemogoimpulʹsnogotoka AT štapenkoéf strukturaisvojstvakompozicionnyhnikelevyhpokrytijpolučennyhspomoŝʹûprogrammiruemogoimpulʹsnogotoka
first_indexed	2025-07-08T23:41:01Z
last_indexed	2025-07-08T23:41:01Z
_version_	1837124092520562688
fulltext	93 PACS numbers: 62.20.Qp, 68.37.Hk, 68.55.Nq, 81.05.uj, 81.15.Pq, 81.40.Pq, 81.65.Lp Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока В. А. Заблудовский, В. В. Титаренко, Э. Ф. Штапенко  Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта им. Академика В. Лазаряна, ул. Академика Лазаряна, 2, 49010 Днепр, Украина Разработан способ получения с помощью программируемого импульсного тока композиционных никелевых покрытий с изменяющейся от слоя к слою концентрацией частиц наноалмазов в металлической матрице. По- казано, что соответствующая программа электроосаждения позволяет послойно наносить покрытия с наименьшей концентрацией наноалмазов в первых слоях и возрастающей — в последующих слоях, что улучшает адгезионные свойства, повышает износостойкость покрытия и снижает расход дисперсных частиц наноалмазов. Ключевые слова: частицы наноалмазов, композиционные никелевые по- крытия, программируемый импульсный ток, структура и механические свойства. Розроблено спосіб одержання за допомогою програмованого імпульсного струму композиційних ніклевих покриттів зі змінною від шару до шару концентрацією частинок нанодіямантів у металевій матриці. Показано, що відповідна програма електроосадження уможливлює пошарово нано- сити покриття з найменшою концентрацією нанодіямантів у перших ша- рах і зростаючою — в наступних шарах, що поліпшує адгезійні властиво- сті, підвищує зносостійкість покриття і понижує витрати дисперсних ча- Corresponding author: Volodymyr Oleksandrovych Zabludovsky E-mail: zabludovsky.v.a@gmail.com Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, 2 Academician V. Lazaryan Str., UA-49010 Dnipro, Ukraine Please cite this article as: V. O. Zabludovsky, V. V. Tytarenko, and E. F. Shtapenko, Structure and Properties of the Composite Nickel Coatings Obtained by the Programmable Pulse Current, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 1: 93–104 (2017) (in Russian), DOI: 10.15407/mfint.39.01.0093. Ìåòàëëîôèç. íîâåéøèå òåõíîë. / Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2017, т. 39, № 1, сс. 93–104 / DOI: 10.15407/mfint.39.01.0093 Îòòèñêè äîñòóïíû íåïîñðåäñòâåííî îò èçäàòåëÿ Ôîòîêîïèðîâàíèå ðàçðåøåíî òîëüêî â ñîîòâåòñòâèè ñ ëèöåíçèåé 2017 ÈÌÔ (Èíñòèòóò ìåòàëëîôèçèêè èì. Ã. Â. Êóðäþìîâà ÍÀÍ Óêðàèíû) Íàïå÷àòàíî â Óêðàèíå. 94 В. А. ЗАБЛУДОВСКИЙ, В. В. ТИТАРЕНКО, Э. Ф. ШТАПЕНКО стинок нанодіямантів. Ключові слова: частинки нанодіямантів, композиційні ніклеві покриття, програмований імпульсний струм, структура та механічні властивості. A method of fabrication of the composite nickel coatings with concentration of nanodiamonds’ particles in the metallic matrix changed from one layer to another is developed by means of the programmable pulse current. As shown, the corresponding program of electrodeposition allows the layer-by-layer deposition of coatings with the lowest concentration of nanodiamonds in the external layers, and concentration of them is increasing in subsequent layers. That improves adhesive properties, increases wear resistance and reduces the amount of dispersed particles of nanodiamonds. Key words: nanodiamonds’ particles, composite nickel coating, programma- ble pulse current, structure and mechanical properties. (Получено 14 марта 2016 г.; окончат. версия — 15 августа 2016 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Нанесение гальванических покрытий на детали трения машин и механизмов существенно повышает их эксплуатационные характе- ристики. Электролитические покрытия на основе никеля широко используются для защиты металлической поверхности от коррозии и механического повреждения, для повышения прочности и изно- состойкости изделий. В последние годы всё большее распростране- ние получают композиционные покрытия, осаждённые из гальва- нической ванны, включающей различные неметаллические части- цы: карбиды, бориды, оксиды, сульфиды и т.д. Дисперсные неме- таллические частицы позволяют значительно повысить эксплуата- ционные характеристики покрытий, например, твёрдость, износо- стойкость, коррозионную стойкость. Особый интерес в качестве мо- дификаторов композиционных гальванических покрытий пред- ставляют ультрадисперсные частицы алмаза (УДА), которые поз- воляют одновременно обеспечить комплекс высоких служебных характеристик деталей с композиционным покрытием [1–7]. Комплексным решением проблемы улучшения функциональных свойств поверхности в данной работе является модификация ме- таллической матрицы частицами УДА с получением композицион- ных электролитических покрытий (КЭП) на основе никеля и при- менение нестационарных режимов электролиза. В импульсном электролизе управление свойствами электролитических покрытий осуществляется с помощью таких параметров импульсного тока, как средняя плотность тока (jср), частота следования импульсов (f), скважность импульсов (Q — отношение периода импульса (T) к его длительности (tн)). Необходимо отметить, что варьирование часто- СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ 95 ты и скважности импульсов тока позволяет в полной мере раскрыть все преимущества использования нестационарного электролиза по сравнению со стационарным. 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА Электроосаждение композиционных покрытий проводили на под- ложку из малоуглеродистой стали из сульфатного электролита ни- келирования следующего состава: Ni2SO47Н2О — 300 г/л, H3BO3 — 30 г/л, Na2SO410Н2О — 50 г/л, при pH  5 и температуре 293–298 К. Концентрация частиц УДА (CУДА) в водном растворе электролита составляла 2 г/л. Для осаждения композиционных никелевых покрытий исполь- зовали программируемый импульсный ток с равной длительностью пачек импульсов униполярного тока (tп  36 мин), частотой 50 Гц, средней плотностью тока (jср) 100 А/м2 и последовательным от пач- ки к пачке изменением скважности импульсов (Q): пачка І — 2, пачка ІІ — 12, пачка ІІІ — 25, пачка ІV — 38, пачка V — 50; дли- тельность импульсов изменялась от 10 мс до 0,4 мс при постоянном периоде равном 20 мс. Для сопоставления были получены компози- ционные никелевые покрытия из того же водного раствора элек- тролита с помощью постоянного тока плотностью 100 А/м2. Микроструктуру плёнок никеля исследовали с помощью оптиче- ского микроскопа «МИМ-8М». Микротвёрдость покрытия измеря- ли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке на индентор 0,196 Н. Испытания образцов на износ проводили на машине трения c воз- вратно-поступательным движением образцов с частотой 0,5 с 1 и амплитудой 0,15 м в условиях сухого трения о сталь 45 ГОСТ 1050- 74 под нагрузкой 1,7 Н по ГОСТ 23.204-78. Путь трения проходил параллельно подложке. Износостойкость оценивалась по потере массы покрытия. Элементный состав поверхности покрытия опре- деляли микрорентгеноспектральным анализом с помощью растро- вого электронного микроскопа JSM-64901LV (Япония) с энергодис- персионным спектрометром INCA PENTAx3 (OXFORD Instruments). Для исследования фазового состава и тонкой структу- ры плёнок никеля использовали рентгеновское оборудование — дифрактометр ДРОН-2.0 с применением сцинтилляционной реги- страции рентгеновских лучей. Съёмка для определения фазового состава никелевых плёнок осуществлялась в монохроматизирован- ном CuK-излучении. Среднюю величину блоков мозаики и микро- искажений определяли методом аппроксимации [8]. В качестве эталона применяли отожжённый никель. Плотность дислокаций оценивалась по истинному физическому уширению дифракцион- ной линии. Период кристаллической решётки определяли по види- мому максимуму дифракционной линии, с учётом её ширины и по- 96 В. А. ЗАБЛУДОВСКИЙ, В. В. ТИТАРЕНКО, Э. Ф. ШТАПЕНКО правки на геометрию съёмки. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Частицы УДА, обладая сильными абсорбционными свойствами, перемещаются в водном растворе электролита в направлении като- да и адсорбируются на его поверхности, приводя тем самым к уменьшению его активной поверхности и пассивации. Пассивиру- ющее воздействие частиц УДА на катодную поверхность изменяет структуру роста покрытия в поперечном сечении от столбчатой к микрослоистой [9–12]. Содержание частиц УДА в покрытии (CУДА) и толщина микросло- ёв (d) определяются частотой /N   (где N — число микрослоёв,  — время роста микрослоя) и скоростью подвода к поверхности формирующегося покрытия нанодисперсных частиц ср j kd N      ( — плотность осаждаемого металла, k — электрохимический эк- вивалент), находящихся в растворе во взвешенном состоянии за счёт механического перемешивания. Для определения концентра- ции дисперсной фазы в покрытии (в ат.%) at УДА at at (C) (Ni) (C) N C N N   0 А at (C) ( (C) (C) nm Nm N N m   — число атомов углерода, at (Ni)N  A (Ni) (Ni) m N  — число атомов никеля) были оценены: масса покры- тия (m) и количество тёмных включений на единице площади по- верхности покрытия (n), масса включения (m0). Исследования структуры и свойств композиционных никелевых покрытий, электроосаждённых из водного раствора электролита, содержащего частицы УДА, с помощью импульсного униполярного тока, показали, что особенность соосаждения никеля с частицами УДА заключается в различной концентрации последних в металли- ческой матрице, а, следовательно, структура и свойства электро- осаждённых композиционных покрытий определяются частотой и скважностью импульсов тока [6–9]. Исходя из результатов данных исследований, для нанесения композиционных никелевых покрытий сложного состава и толщи- ной 15–20 мкм была разработана программа электроосаждения при помощи импульсного униполярного тока, схема и параметры кото- рой приведены на рис. 1 и в табл. 1. За время протекания пачек І–ІІ импульсов длительностью 10–1,7 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ 97 мс и амплитудой плотности тока 200–1200 А/м2 осаждаются слои композиционного никелевого покрытия толщиной 3–4 мкм с наименьшим содержанием частиц УДА в металлической матрице, о чём свидетельствуют результаты исследований их структуры и элементного состава (рис. 2, 4 и табл. 2). Морфология поверхности КЭП, осаждённых при данных режи- мах, отличается отсутствием микротрещин, свойственных чистому электролитическому никелевому покрытию (рис. 2, а, б). Рис. 1. Схема программируемого импульсного тока. Fig. 1. Scheme of programmable pulse current. ТАБЛИЦА 1. Режим электроосаждения композиционных никелевых по- крытий с помощью программируемого импульсного тока, а также ско- рость и частота подвода нанодисперсных частиц. TABLE 1. Regime of electrodeposition of composite nickel coatings using programmable pulse current as well as speed and frequency of supply of nano- dispersed particles (ultrafine diamond—UFD). Номер пачки Q jср, А/м2 tн, мс tп, мин d, мкм , мин v, мкм/мин , с 1 І 2 100 10 36 3,4 41,0 0,083 0,024 ІІ 12 1,7 2,5 29,6 0,084 0,034 ІІІ 25 0,8 1,9 12,5 0,152 0,080 ІV 38 0,5 1,7 10,2 0,166 0,098 V 50 0,4 0,8 4,7 0,170 0,213 98 В. А. ЗАБЛУДОВСКИЙ, В. В. ТИТАРЕНКО, Э. Ф. ШТАПЕНКО Согласно рентгеноструктурным исследованиям для композици- онных никелевых покрытий, осаждённых импульсами тока сред- ней плотностью 100 А/м2, частотой следования импульсов 50 Гц и скважностью 2 (рис. 3, б), из водного раствора электролита с добав- кой частиц УДА концентрацией 2 г/л по сравнению с образцами, полученными с помощью постоянного тока плотностью 100 А/м2 (рис. 3, а), перераспределения интенсивности дифракционных мак- симумов не произошло. Наиболее интенсивный дифракционный максимум соответствует отражению от плоскости (111). Из фотографий микроструктур торцевых шлифов видно, что в сернокислом электролите никелирования, не содержащем частиц а б в г Рис. 2. Морфология поверхности никелевых покрытий: Ni (постоянный ток (j  100 А/м2)) (а); Ni  УДА (импульсный ток (jср  100 А/м2, f  50 Гц, Q  2)) (б); Ni  УДА (импульсный ток (jср  100 А/м2, f  50 Гц, Q  50)) (в); Ni  УДА (программируемый импульсный ток (jср  100 А/м2, f  50 Гц, Q   2–50)) (г). Fig. 2. The surface morphology of nickel coatings: Ni (direct current (j  100 A/m2)) (а); Ni  UFD (pulse current (javg  100 A/m2, f  50 Hz, Q  2)) (б); Ni   UFD (pulse current (javg  100 A/m2, f  50 Hz, Q  50)) (в); Ni  UFD (pro- grammable pulse current (javg  100 A/m2, f  50 Hz, Q  2–50)) (г). СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ 99 УДА, на постоянном токе плотностью 100 А/м2 формируется в по- перечном сечении столбчатая структура никеля (рис. 4, а). Это свя- зано с начальными стадиями электрокристаллизации, при которых образовавшиеся в момент включения тока зародыши начинают рас- ти посредством взаимного «выклинивания», которое предопреде- ляет большую скорость роста в направлении перпендикулярном к подложке и малую — в параллельном. Из сравнения торцевых шлифов композиционных никелевых покрытий, осаждённых с помощью программируемого импульсно- го тока, видно, что характер роста в поперечном сечении первых слоёв покрытия подобный — наблюдается также столбчатая струк- тура роста (рис. 4, г). Прерывистый характер импульсного тока и увеличение скваж- ности импульсов тока способствует тому, что за время протекания пачек IІІ–V импульсов длительностью 0,8–0,4 мс и амплитудой плотности тока 2500–5000 А/м2 осаждаются микрослои компози- ционного никелевого покрытия толщиной 1–2 мкм с наибольшим содержанием частиц УДА (см. табл. 2). Более интенсивное внедре- ние частиц дисперсной фазы в формирующееся покрытие обуслов- ТАБЛИЦА 2. Режимы электроосаждения, тонкая структура и механиче- ские свойства никелевых композиционных покрытий, концентрация УДА в покрытии. TABLE 2. Electrodeposition regimes, fine structure and mechanical proper- ties of the composite nickel coatings, concentration of UFD in the coating. Режим электро- осаждения j, А/м2 f, Гц Q СУДА   0,01, ат.% a, Å D, нм 1014, м 2 a/a, 10 3 ВТМ, % Н, МПа Сред- ний износ, мг/ч Постоян- ный ток 100 — — 0,10 3,5206 85 7,9 2,30 87 180040 1,8 Импульс- ный ток 50 2 25 50 0,13 0,14 0,19 3,5197 3,5179 3,5160 82 81 80 8,1 10,1 13,8 2,14 1,76 1,38 78 77 65 253030 279530 317730 1,3 1,0 0,6 Програм- мируемый импульс- ный ток 2–50 0,19 3,5140 74 18,2 1,27 63 349030 0,5 CУДА — концентрация частиц УДА в покрытии, a — период кристаллической ре- шётки, D — размер блоков мозаики,  — плотность дислокаций, a/a — относи- тельная микродеформация кристаллической решётки, Н — микротвёрдость, ВТМ — выход по току метала. CУДА—UFD particle concentration in the coating, a—period of the crystal lattice, D— size of the mosaic blocks, —density of dislocation, a/a—relative microdeformation of lattice, Н—microhardness, ВТМ—the metal output on current. 100 В. А. ЗАБЛУДОВСКИЙ, В. В. ТИТАРЕНКО, Э. Ф. ШТАПЕНКО лено высокими мгновенными плотностями тока в импульсах (jmax   5000 А/м2), а, следовательно, и разрядом ионов никеля при более высоких значениях катодного перенапряжения ( 1,00 В). При таком процессе, согласно рентгеноструктурному анализу, формируется более неравновесная и дефектная структура. Так, ис- следования тонкой структуры композиционных никелевых покры- тий показали, что при увеличении скважности импульсов тока от 2 до 50 и фиксированной частоте следования импульсов 50 Гц период кристаллической решётки никеля уменьшается, а величина мик- а б в г Рис. 3. Дифрактограммы КЭП: а — постоянный ток (j  100 А/м2); импуль- сный ток (jср  100 А/м2, f  50 Гц): Q  2 (б), Q  50 (в); г — программируе- мый импульсный ток (jср  100 А/м2, f  50 Гц, Q  2–50). Fig. 3. Diffraction patterns of the composite electrolytic coatings (CECs): a— direct current (j  100 А/m2); pulse current (javg  100 A/m2, f  50 Hz): Q  2 (б), Q  50 (в); г—programmable pulse current (javg  100 A/m2, f  50 Hz, Q   2–50). СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ 101 роискажений и плотность дислокаций увеличиваются. Для режи- мов импульсного тока частотой 50 Гц наименьший размер блоков мозаики достигал 80 нм при скважности импульсов тока 50. Ком- позиционным никелевым покрытиям, полученным при этих же режимах, соответствовала наибольшая величина плотности дисло- каций, равная 13,81014 м 2, и величина микроискажений — 1,3810 3. Уменьшение размеров блоков мозаики при увеличении скважности импульсов от 2 до 50 вызвано увеличением перенапря- жения кристаллизации, что приводит к более неравновесному про- цессу кристаллизации, а также к уменьшению выхода металла по току (см. табл. 2). На дифрактограммах образцов, осаждённых при скважности им- а б в г Рис. 4. Структура никелевых покрытий в поперечном сечении: Ni (посто- янный ток (j  100 А/м2)) (а); Ni  УДА (постоянный ток (j  100 А/м2)) (б); Ni  УДА (импульсный ток (jср  100 А/м2, f  50 Гц, Q  50)) (в); Ni  УДА (программируемый импульсный ток (jср  100 А/м2, f  50 Гц, Q  2–50)) (г). Fig. 4. Structure nickel coatings in a cross section: Ni (direct current (j  100 А/m2)) (а); Ni  UFD (direct current (j  100 А/m2)) (б); Ni  UFD (pulse cur- rent (javg  100 A/m2, f  50 Hz, Q  50)) (в); Ni  UFD (programmable pulse current (javg  100 A/m2, f  50 Hz, Q  2–50)) (г). 102 В. А. ЗАБЛУДОВСКИЙ, В. В. ТИТАРЕНКО, Э. Ф. ШТАПЕНКО пульсов тока 50 и частоте следования импульсов тока 50 Гц, наблю- дается перераспределение интенсивности дифракционных макси- мумов, соответствующих отражению от плоскостей (111) и (220), что свидетельствует о формировании в покрытии композиционного электролитического никеля аксиальной текстуры типа [110] (рис. 3, в). При увеличении концентрации дисперсных частиц в покрытии размер кристаллитов никеля уменьшается вследствие адсорбции частиц УДА на растущих кристаллитах, что приводит к торможе- нию их дальнейшего роста. Такой процесс благоприятствует увели- чению скорости образования кристаллических зародышей и фор- мированию мелкокристаллической структуры покрытия. Из фото- графий микроструктур торцевых шлифов видно, что у поверхности покрытие, осаждённое по программе, имеет чётко выраженную слоистую структуру роста в поперечном сечении, что вызвано пас- сивирующим действием частиц УДА на поверхность формирующе- гося покрытия (рис. 4, г). Увеличение концентрации частиц дисперсной фазы в верхних слоях КЭП и более равномерное их распределение в покрытиях, осаждённых с помощью программируемого импульсного тока, при- водит к формированию мелкозернистых более плотноупакованных покрытий (рис. 2, г), определяя увеличение микротвёрдости и изно- состойкости никелевых покрытий (см. табл. 2). Из результатов измерения микротвёрдости и испытаний образ- цов на износ, приведённых в табл. 2, следует, что покрытия никеля, электроосаждённые с помощью постоянного тока за 5 часов износа теряют 10% своей массы. При переходе от режима осаждения с по- мощью постоянного тока к импульсному режиму осаждения часто- той 50 Гц и скважностью импульсов равной 2, микротвёрдость по- крытий увеличивается на 35–40%, а износ составляет 7%. При увеличении скважности импульсов тока от 2 до 50, микротвёрдость увеличивается на 20–25%, а износ уменьшается с 7% до 3%. Мик- ротвёрдость покрытий, осаждённых с помощью программируемого импульсного тока, увеличивается на 35–38%, а износ уменьшается до 2,5%. 4. ВЫВОДЫ Разработанная программа электроосаждения позволяет послойно наносить композиционные никелевые покрытия толщиной 15–20 мкм, состоящие из первых слоёв толщиной 3–4 мкм с наименьшей концентрацией частиц УДА и последующих слоёв толщиной 1–2 мкм с возрастающей концентрацией частиц наноалмазов. Необхо- димо отметить, что такое послойное нанесение композиционных гальванических покрытий позволяет, во-первых, уменьшить кон- СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ 103 центрацию ультрадисперсных алмазов в первых слоях покрытий и увеличить её в последующих слоях, снизив при этом расходы дис- персных частиц наноалмаза на 16%, во-вторых, повысить износо- стойкость покрытий. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. В. Ю. Долматов, Г. К. Буркат, Сверхтвёрдые материалы, № 1: 84 (2000). 2. В. Ю. Долматов, Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза (Санкт-Петербург: Изд. СПбГПУ: 2003). 3. S. Zhang, D. Sun, Yo. Fu, and H. Du, Surf. Coat. Technol., 167: 113 (2003). 4. G. K. Burkat, T. Fujimura, V. Yu. Dolmatov, E. A. Orlova, and M. V. Veretennikova, Diamond and Related Materials, 14, No. 8: 1761 (2005). 5. L. Wang, Ya. Gao, Q. Xue, H. Liu, and T. Xu, Mater. Sci. Eng. A, 390: 313 (2005). 6. H. Matsubara, Yo. Abe, Yo. Chiba, H. Nishiyama, N. Saito, K. Hodouchi, and Ya. Inoue, Electrochimica Acta, 52: 3047 (2007). 7. Г. К. Буркат, В. Ю. Долматов, E. Osawa, Е. А. Орлова, Сверхтвёрдые материалы, № 2: 43 (2010). 8. С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев, Рентгенографический и электронно-оптический анализ (Москва: МИСиС: 1994). 9. В. В. Дудкина, В. А. Заблудовский, Э. Ф. Штапенко, Металлофиз. новейшие технол., 37, № 5: 713 (2015). 10. В. О. Заблудовський, Е. П. Штапенко, В. В. Дудкіна, О. С. Терещенко, Спосіб отримання нікелевих гальванічних покриттів, модифікованих наноалмазами, Патент України № 87842, C25D15/00 (Опубл. 25.02.2014, бюл. № 4). 11. В. О. Заблудовський, Е. П. Штапенко, В. В. Дудкіна, Спосіб осадження композиційних електролітичних покриттів, Патент України №101121, C25D15/00, B82B1/00 (Опубл. 25.08.2015, бюл. № 16). 12. В. О. Заблудовський, В. В. Титаренко, Матеріали ІV Міжнародної наукової конференції «Сучасні проблеми фізики конденсованого стану» (7–10 жовтня, 2015, Київ), с. 64. REFERENCES 1. V. Yu. Dolmatov and G.K. Burkat, Sverkhtverdye Materialy, No. 1: 84 (2000) (in Russian). 2. V. Yu. Dolmatov, Ultradispersnye Almazy Detonatsionnogo Sinteza (St. Petersburg: Izd. SPbGPU: 2003) (in Russian). 3. S. Zhang, D. Sun, Yo. Fu, and H. Du, Surf. Coat. Technol., 167: 113 (2003). 4. G. K. Burkat, T. Fujimura, V. Yu. Dolmatov, E. A. Orlova, and M. V. Veretennikova, Diamond and Related Materials, 14, No. 8: 1761 (2005). 5. L. Wang, Ya. Gao, Q. Xue, H. Liu, and T. Xu, Mater. Sci. Eng. A, 390: 313 (2005). 6. H. Matsubara, Yo. Abe, Yo. Chiba, H. Nishiyama, N. Saito, K. Hodouchi, and Ya. Inoue, Electrochimica Acta, 52: 3047 (2007). 7. G. K. Burkat, V. Yu. Dolmatov, E. Osawa, and Ye. A. Orlova, Sverkhtverdye https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00903-9 https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.08.004 https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.08.033 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.09.043 104 В. А. ЗАБЛУДОВСКИЙ, В. В. ТИТАРЕНКО, Э. Ф. ШТАПЕНКО Materialy, No. 2: 43 (2010) (in Russian). 8. S. S. Gorelik, Yu. A. Skakov, and L. N. Rastorguev, Rentgenograficheskiy i Elektronno-Opticheskiy Analiz (Moscow: MISiS: 1994) (in Russian). 9. V. V. Dudkina, V. A. Zabludovskiy, and E. F. Shtapenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 37, No. 5: 713 (2015) (in Russian). 10. V. O. Zabludovsky, E. F. Shtapenko, V. V. Dudkina, and O. S. Tereshchenko, Sposib Otrymannya Nikelevykh Gal’vanichnykh Pokryttiv, Modyfikovanykh Nanoalmazamy, Patent of Ukraine No. 87842, C25D15/00 (Publ. February 25, 2014, Bull. No. 4) (in Ukrainian). 11. V. O. Zabludovsky, E. F. Shtapenko, and V. V. Dudkina, Sposib Osadzhennya Kompozytsiynykh Elektrolitychnykh Pokryttiv, Patent of Ukraine No. 101121, C25D15/00, B82B1/00 (Publ. August 25, 2015, Bull. No. 16) (in Ukrainian). 12. V. O. Zabludovsky and V. V. Tytarenko, Proc. IV Mizhnarodnoyi Naukovoyi Konferentsii ‘Suchasni Problemy Fizyky Kondensovanogo Stanu’ (October 7–10, 2015, Kyiv), p. 64 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/mfint.37.05.0713

Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью программируемого импульсного тока

Institution

Ähnliche Einträge