Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта
Исследована возможность синтеза композитных материалов электролизом из водных электролитов на основе оксидных соединений хрома и кобальта. Найдены оптимальные условия их получения и максимальная скорость осаждения на различных материалах. Состав композита определен с помощью химического, термогравим...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187409 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта / Е.И. Болдырев, Е.В. Шмаров, Л.И. Железнова, О.В. Быстрик // Украинский химический журнал. — 2011. — Т. 77, № 9. — С. 38-41. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860218377300082688 |
|---|---|
| author | Болдырев, Е.И. Шмаров, Е.В. Железнова, Л.И. Быстрик, О.В. |
| author_facet | Болдырев, Е.И. Шмаров, Е.В. Железнова, Л.И. Быстрик, О.В. |
| citation_txt | Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта / Е.И. Болдырев, Е.В. Шмаров, Л.И. Железнова, О.В. Быстрик // Украинский химический журнал. — 2011. — Т. 77, № 9. — С. 38-41. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Украинский химический журнал |
| description | Исследована возможность синтеза композитных материалов электролизом из водных электролитов на основе оксидных соединений хрома и кобальта. Найдены оптимальные условия их получения и максимальная скорость осаждения на различных материалах. Состав композита определен с помощью химического, термогравиметрического и ИК-спектроскопического методов.
Досліджено можливість отримання композитних матеріалів елекролізом водних розчинів електролітів на основі оксидних сполук хрому та кобальту. Знайдено оптимальні умови їх синтезу та максимальну швидкість осадження на різних матеріалах. Встановлено склад композитного матеріалу за допомогою хімічного, термогравіметричного та ІЧ-спектроскопичного методів.
We have studied the possibility of producing composite materials by electrolysis of aqueous electrolytes on the base of chromium and cobalt oxide compounds. Optimum conditions for their obtaining are developed and the maximum rate of deposition on different materials is found. The constituents of the composite material are determined with the help of chemical and IRspectroscopic techniques.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:17:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
20. Делимарский Ю .К., Марков Б.Ф. Электрохимия
расплавленных солей. -Металлургиздат, 1960.
21. Карапетьянц М .Х . Методы сравнительного расчета
физико-химических свойств. -М .: Наука, 1965.
22. Будников Г.К., Майстренко В.Н ., Вяселев М .Р.
Основы современного электрохимического анали-
за. -М .: Мир, 2003.
23. Латимер В. Окислительные состояния элементов
и их потенциалы в водных растворах. -М .: Изд-во
иностр. лит., 1954.
24. Глестон С. Введение в электрохимию. -М .: Изд-во
иностр. лит., 1951.
25. Зацепина Г.Н . Физические свойства и структура
воды. -М .: Изд-во Моск. ун-та, 1987.
26. Колотыркин Я.М ., Флорианович Г.М . // Защита
металлов. -1984. 20, № 1. -С. 14—24.
27. Феттер К. Электрохимическая кинетика. -М .:
Химия, 1967.
28. Городыский А .В. Вольтамперометрия. Кинетика ста-
ционарного электролиза. -Киев: Наук. думка, 1988.
29. Физика твердого тела. Энциклопедический словарь
/ Под ред. В.Г. Барьяхтара . -Киев: Наук. думка,
1998. –Т. 2.
30. Хансен М ., Андерко К. Структуры двойных
сплавов. -М .: Металлургиздат, 1962.
31. Эллиот Р.П . Структуры двойных сплавов. -М .:
Металлургия, 1970. –Т. 1.
Институт общей и неорганической химии Поступила 31.03.2011
им. В.И . Вернадского НАН Украины, Киев
УДК 551.138.661.876
Е.И. Болдырев, Е.В. Шмаров, Л.И. Железнова, О.В. Быстрик
КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ХРОМА И КОБАЛЬТА
Исследована возможность синтеза композитных материалов электролизом из водных электролитов на
основе оксидных соединений хрома и кобальта. Найдены оптимальные условия их получения и макси-
мальная скорость осаждения на различных материалах. Состав композита определен с помощью хими-
ческого, термогравиметрического и ИК-спектроскопического методов.
ВВЕДЕНИЕ. Композиты являются новыми не-
органическими материалами, обладающими функ-
циональными возможностями, расширяющими
их применение в различных областях науки и
техники. Диапазон применения композитов очень
широк: от деталей бытовой техники до конструк-
ций современных лазерных установок, сенсорных
систем и катализаторов [1].
Как правило , в композитных материалах
(КМ ) используют несколько компонентов, на ос-
нове свойств которых, их объемной доли, разме-
ров фаз возможно прогнозирование соответст-
вующих свойств [2]. В качестве КМ часто исполь-
зуют оксиды тугоплавких материалов, так как они
характеризуются высокой химической стойкостью,
стабильностью в широком температурном диапа-
зоне и др. [3]. Свойства композитных материалов
зависят также и от метода их получения: нанесе-
ние покрытий плазменным напылением, вакуум-
ное и эмиссионное нанесение, электрохимическое
осаждение, осаждение из газовой фазы [4].
В данной работе был выбран метод электро-
химического осаждения из водных электролитов
как наиболее технологичный, позволяющий по-
лучать КМ воспроизводимого состава, что являет-
ся его существенным преимуществом. Плотность
тока и величина потенциала позволяют сравни-
тельно легко регулировать состав получаемых ком-
позитных материалов.
Цель данной работы — создание нового КМ
на основе оксидных соединений хрома и кобаль-
та, а также определение состава полученного ма-
териала. Для этого нами использованы основные
положения теории бифункциональной электрохи-
мической системы, на основании которых можно
синтезировать электролизом водных растворов
соединения оксидного характера неполного вос-
становления [5].
Электрохимия
© Е.И . Болдырев, Е.В. Шмаров, Л .И . Железнова, О.В. Быстрик , 2011
38 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 9
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Компози-
тные материалы на основе оксидных соедине-
ний хрома и кобальта получали из электролита,
содержащего, г⋅л–1 : CrO3 — 300; HF — 0.2–0.4;
CoCO3 — 0.01–0.03. Для того, чтобы не вводить в
водный электролит другие лиганды (кроме F – в
виде фтористоводородной кислоты), исполь-
зовали углекислую соль кобальта, анион кото-
рой удалялся из раствора в виде диоксида угле-
рода. Карбонат кобальта готовили по методике,
описанной в работе [6].
Условия электролиза: температура 18—25 оС,
катодная плотность тока 25 А⋅дм–2. Материалом
катода являлись: сталь марки 1Х18Н10Т, никель,
медь и платина. После электролиза осадок тща-
тельно промывали, высушивали на воздухе и
механически отделяли от катода. Содержание хро-
ма и кобальта в полученном осадке определяли
атомно-абсорбционным методом.
Термогравиметрический анализ был выпол-
нен на оборудовании МОМ-Будапешт с Al2O3-эта-
лоном. Навеска составляла 145 мг, скорость нагре-
ва 5 оС/мин, температурный интервал 18—600 oС.
Чувствительность гальванометров ДТГ — 1/10,
ДТА — 1/3. ИК-спектроскопическое исследова-
ние оксидных соединений хрома и кобальта вы-
полняли на Фурье-спектрофотометре ФСМ-1201
в области 500—4000 см–1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. В процес-
се электролиза были получены плотные черные
покрытия, характеризующиеся хорошей адгезией
с материалом основы для всех вышеприведенных
металлов. В основе метода получения КМ лежит
принцип саморегулирования соотношения ско-
ростей электрохимических и химических реакций
на границах электрод—пленка и пленка—элект-
ролит. На границе раздела пленка—электролит
происходит формирование самой пленки за счет
восстановления ионов разряжающегося металла
или растворения самого металла до промежуточ-
ной степени окисления, а на границе электрод
—пленка – расходование вещества пленки за счет
дальнейшего восстановления его до низших вален-
тных форм, вплоть до металла. С помощью физи-
ко-химических методов (термогравиметрии и
ИК-спектроскопии) установлено, что синтезиро-
ванное таким образом соединение является оксид-
но-гидроксидным [5].
Предварительными опытами были определе-
ны условия совместного осаждения оксидных сое-
динений хрома и кобальта. Для установления за-
висимости содержания кобальта от состава элек-
тролита и условий электролиза была проведена оп-
тимизация условий синтеза КМ . Как известно [7],
материал основы играет важную роль при полу-
чении электрохимических осадков. Было исследо-
вано влияние материала основы на количество со-
осаждающегося кобальта. Результаты приведены
на рис. 1, а. Из них следует, что на стали и никеле
наблюдается максимальное количество кобальта
в композите, а на подложке из платины были об-
наружены лишь его следы. Исследовано влияние
концентрации ионов кобальта в электролите на
его количество в полученном композитном мате-
риале (рис. 1, б). Из рисунка видно, что увеличе-
ние концентрации ионов кобальта в электролите
приводит к снижению его содержания в КМ , осаж-
денном на катоде из стали.
Процесс совместного осаждения, естественно, за-
висит от применяемой плотности тока при электро-
лизе. В связи с этим было исследовано влияние
плотности тока на количество кобальта в осадке.
Результаты представлены ниже:
Рис. 1. Содержание кобальта в осадке в зависимости
от применяемого материала основы (а) и количества
вводимого карбоната кобальта (б).
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 9 39
i, A⋅дм–2 15 25 40 60 80 100
Со, % 5.5 7.3 4.3 2.4 1.5 0.5
Увеличение плотности тока от 15 до 25 А⋅дм–2
приводит к максимальному количеству кобальта
в осадке — 7.3 %, а дальнейшее ее возрастание при
осаждении ведет к снижению содержания кобальта.
Далее оптимизацию проводили при помощи
исследования трехмерной зависимости — привес
продукта (Q, г⋅А–1⋅ч–1) от плотности тока (i, А⋅дм–2)
и концентрации HF в электролите (C(HF), г⋅л–1).
Согласно полученной зависимости (рис. 2) было
установлено, что максимальный привес продукта
с наивысшим содержанием кобальта можно полу-
чить из электролита состава, г⋅л–1: CrO3 — 200, HF
— 0.4, CoCO3 — 0.01 при плотности тока 30 А⋅дм –2
на стальной или никелевой подложке.
Состав композиционного материала исследо-
вали с помощью ИК-спектроскопического и термо-
гравиметрического методов анализа.
Термогравиметрический метод иссле-
дования позволил получить более деталь-
ную информацию о составе КМ , в частно-
сти, о соержании в нем различных видов
воды и ОН–-групп. Общее количество во-
ды и ОН–-групп оценивали, исходя из по-
тери веса в температурном интервале 18—
600 °С. На термограмме (рис. 3) образца
композитного материала наблюдаются три
эндоэффекта: первый при 100—160 оС свя-
зан с потерей воды, второй эндоэффект
связан с окончательным удалением остат-
ков воды в диапазоне температур 260—310
оС. Дальнейшее нагревание образца приво-
дит к появлению эндоэффекта в темпера-
турном интервале 370—400 оС, что можно
объяснить полным удалением гидроксид-
ных групп. Таким образом, общая потеря
массы составляет 9 %, из которых 6.2 % со-
ответствуют потере воды и 2.8 % — ОН–-
групп. Дальнейшее увеличение температу-
ры приводит к появлению экзоэффекта при 500
оС и увеличению веса образца, что обусловлено
его окислением воздухом и перестройкой кристал-
лической структуры.
Данные ИК-спектров (рис. 4) согласуются с
результатами термогравиметрии. Анализ ИК-спек-
тров композитного материала, синтезированного
Электрохимия
Рис. 2. Зависимость привеса продукта от плотности тока
и концентрации плавиковой кислоты в электролите.
Рис. 3. Термогравиметрические кривые
синтезированного композитного материала.
Рис. 4. ИК-спектры синтезированного
композитного материала.
40 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 9
электрохимическим методом, показал наличие
молекул воды и гидроксогрупп, имеющих различ-
ную природу связи.
Широкая интенсивная полоса поглощения в
области 3400—2800 см–1 соответствует νН2О(ОН) кри-
сталлизационно и химически связанных молекул
воды. Полосы при 1600 см–1 отвечают деформаци-
онным колебаниям ОН–-групп и химически свя-
занных молекул воды. О наличии гидроксидных
групп можно судить по полосе поглощения дефор-
мационных колебаний ниже 1200 см–1 (на наших
спектрах эта полоса наблюдается при 1080 см–1).
В низкочастотной области колебаний проявля-
ются полосы, характерные для связи металл—ки-
слород при 660—500 см–1.
ВЫВОДЫ. Определены условия получения но-
вого композитного материала на основе продук-
тов неполного восстановления (оксидо-гидрокси-
дных соединений хрома и кобальта), полученно-
го из водного электролита методом электросин-
теза. Проведена оптимизация состава электроли-
та и установлены условия получения максималь-
ной массы продукта, содержащего наибольшее ко-
личество кобальта, г⋅л–1: CrO3 — 300, HF — 0.2,
CoCO3 — 0.01 при плотности тока 30 А⋅дм–2 на
стальной основе. Продукт является оводненным
композиционным материалом, в котором содер-
жится 6.2 % воды и 2.8 % гидроксидных групп,
что подтверждается физико-химическими анали-
зами — термогравиметрии и ИК-спектроскопии.
РЕЗЮМЕ. Досліджено можливість отримання ком-
позитних матеріалів елекролізом водних розчинів елек-
тролітів на основі оксидних сполук хрому та кобальту.
Знайдено оптимальні умови їх синтезу та максимальну
швидкість осадження на різних матеріалах. Встановлено
склад композитного матеріалу за допомогою хімічного,
термогравіметричного та ІЧ-спектроскопичного методів.
SUMMARY. We have studied the possibility of pro-
ducing composite materials by electrolysis of aqueous elec-
trolytes on the base of chromium and cobalt oxide com-
pounds. Optimum conditions for their obtaining are deve-
loped and the maximum rate of deposition on different
materials is found. The constituents of the composite mate-
rial are determined with the help of chemical and IR-
spectroscopic techniques.
1. Мэтьюз Ф., Ролингс Р. Композитные материалы.
Механика и технология. -М .: Техносфера, 2004.
2. Чвалун С.Н. // Природа. -2000. № 7. -С 39—42.
3. Гусев А .И . Наноматериалы, наноструктуры, нано-
технологии. -М .: Физматлит, 2005.
4. Эллерт О.Г., Цодиков М .В., Новоторцев В.М . // Успе-
хи химии. -2010. -79, № 8. -С. 758— 779.
5. Иванова Н .Д., Иванов С.В. // Там же. -1993. -62,
№ 10. -С. 963—974.
6. Карякин Ю.В., Ангелов И .И . Чистые химические
вещества. -М .: Химия, 1974.
7. Иванова Н .Д., Тараненко Н .И ., Квятковская Г.А .
и др. // Технология и организация производства.
-1975. -№ 8. -С. 59—63.
Институт общей и неорганической химии Поступила 03.02.2011
им. В.И . Вернадского НАН Украины, Киев
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 9 41
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-187409 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:17:08Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Болдырев, Е.И. Шмаров, Е.В. Железнова, Л.И. Быстрик, О.В. 2022-12-24T16:39:58Z 2022-12-24T16:39:58Z 2011 Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта / Е.И. Болдырев, Е.В. Шмаров, Л.И. Железнова, О.В. Быстрик // Украинский химический журнал. — 2011. — Т. 77, № 9. — С. 38-41. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187409 551.138.661.876 Исследована возможность синтеза композитных материалов электролизом из водных электролитов на основе оксидных соединений хрома и кобальта. Найдены оптимальные условия их получения и максимальная скорость осаждения на различных материалах. Состав композита определен с помощью химического, термогравиметрического и ИК-спектроскопического методов. Досліджено можливість отримання композитних матеріалів елекролізом водних розчинів електролітів на основі оксидних сполук хрому та кобальту. Знайдено оптимальні умови їх синтезу та максимальну швидкість осадження на різних матеріалах. Встановлено склад композитного матеріалу за допомогою хімічного, термогравіметричного та ІЧ-спектроскопичного методів. We have studied the possibility of producing composite materials by electrolysis of aqueous electrolytes on the base of chromium and cobalt oxide compounds. Optimum conditions for their obtaining are developed and the maximum rate of deposition on different materials is found. The constituents of the composite material are determined with the help of chemical and IRspectroscopic techniques. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Электрохимия Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта Композитні матеріали на основі оксидних сполук хрому та кобальту Composite material based on oxides of chromium and cobalt Article published earlier |
| spellingShingle | Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта Болдырев, Е.И. Шмаров, Е.В. Железнова, Л.И. Быстрик, О.В. Электрохимия |
| title | Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта |
| title_alt | Композитні матеріали на основі оксидних сполук хрому та кобальту Composite material based on oxides of chromium and cobalt |
| title_full | Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта |
| title_fullStr | Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта |
| title_full_unstemmed | Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта |
| title_short | Композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта |
| title_sort | композитные материалы на основе оксидных соединений хрома и кобальта |
| topic | Электрохимия |
| topic_facet | Электрохимия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187409 |
| work_keys_str_mv | AT boldyrevei kompozitnyematerialynaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹta AT šmarovev kompozitnyematerialynaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹta AT železnovali kompozitnyematerialynaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹta AT bystrikov kompozitnyematerialynaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹta AT boldyrevei kompozitnímateríalinaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtu AT šmarovev kompozitnímateríalinaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtu AT železnovali kompozitnímateríalinaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtu AT bystrikov kompozitnímateríalinaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtu AT boldyrevei compositematerialbasedonoxidesofchromiumandcobalt AT šmarovev compositematerialbasedonoxidesofchromiumandcobalt AT železnovali compositematerialbasedonoxidesofchromiumandcobalt AT bystrikov compositematerialbasedonoxidesofchromiumandcobalt |