WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Значения H* растворов CuSO4 (табл. 5) меньше энтальпии активации вязкого течения воды (H* воды составляет 16,26 кДж/моль), что свидетельствует о разупорядоченности в структуре раствора. Увеличение H* при достижении концентраций CuSO4 1,00 моль/л и 1,38 моль/л связано, вероятно, с перераспределением молекул воды в гидратных сферах катионов и анионов и образованием более стабильных гидратных комплексов. Дальнейшее уменьшение величины потенциального барьера при повышении вязкости можно объяснить, если предположить, что в концентрированных растворах образуется полиионная структура, состоящая из гидратированных ионов и молекул воды.

Композиционные покрытия медь–фуллерен С60 осаждали из электролита с концентрацией сульфата меди 220 г/л, предшествующей области концентраций, при которых происходит формирование полиионной структуры раствора.

Значения поляризационной ёмкости д.э.с. снижаются при переходе от медных покрытий к КЭП медь–фуллерен С60 (табл. 6). Аналогичная картина наблюдалась в случае никелевых покрытий. Поэтому данное явление также можно объяснить увеличением толщины двойного слоя при вхождении в него частиц фуллерена.

Таблица 6

Значения поляризационной емкости С103, Ф/см2 при осаждении

меди и КЭП медь–C60

ik, А/дм2

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Cu

12,0

14,1

15,9

17,4

18,7

19,8

20,3

22,4

23,7

Cu–C60

10,6

11,2

12,8

13,6

14,9

16,0

17,2

17,9

18,5

Для КЭП медь–фуллерен C60 наблюдается уменьшение шероховатости RZ поверхности в полтора – два раза по сравнению с контрольными медными покрытиями, полученными при тех же условиях (табл. 7). Причем, в случае КЭП медь–фуллерен С60 удается достичь уровня шероховатости 0,50 мкм, что соответствует требованиям, предъявляемым к деталям, работающим в ответственных узлах механизмов.

Следует отметить, что меняется характер профиля поверхности при переходе от медного осадка к композиционному покрытию (рис. 11). Подобные изменения можно объяснить влиянием фуллерена С60, соосаждающегося с медью. Очевидно, частицы фуллерена способствуют формированию более мелкокристаллических и гладких покрытий, чем в случае «чистой» меди, что видно по характеру профилограмм.

Таблица 7

Шероховатость поверхности RZ, мкм и коэффициенты трения скольжения f медных

покрытий при различной плотности катодного тока

ik, А/дм2

3

4

5

6

7

RZ, мкм

Cu

1,23

1,20

1,17

1,10

1,05

Cu–C60

0,78

0,73

0,62

0,56

0,50

f

Cu

0,57

0,55

0,53

0,52

0,50

Cu–C60

0,28

0,27

0,26

0,24

0,22

Ещё одним результатом включения частиц фуллерена C60 в медный осадок является уменьшение коэффициентов трения скольжения почти вдвое по сравнению с медными покрытиями (табл. 7). Это связано, вероятно, с тем, что фуллерены, которые при электроосаждении включаются в покрытие, выполняют функцию сухой смазки. Аналогичное явление наблюдалось и в случае КЭП никель–фуллерен С60.

Рис. 6. Профилограммы поверхности электролитической меди (а) и КЭП медь–фуллерен С60 (б), полученных при плотности тока ik = 5 А/дм2

Приведенные результаты дают основания считать, что введение дисперсной фазы фуллерена С60 в сульфатный электролит меднения способствует формированию композиционных покрытий. КЭП медь–фуллерен С60 обладают существенно лучшими трибологическими характеристиками и более гладкой поверхностью по сравнению с медными осадками, полученными при аналогичных режимах.

Глава 5. Получение и свойства композиционных покрытий

железоникельфуллерен С60

Помимо КЭП на основе металлов представляют существенный практический интерес композиционные покрытия, матрицей которых служат различные сплавы. В настоящей работе были исследованы КЭП железо–никель–фуллерен С60.

Сравнение потенциодинамических поляризационных кривых электроосаждения сплава железо–никель и КЭП железо–никель–фуллерен С60 показывает, что введение дисперсных частиц С60 в электролит облегчает катодный процесс (рис. 7). При наличии дисперсной фазы сплав железо–никель выделяется при менее отрицательных значениях Е во всей изученной области потенциалов. Увеличение токов при осаждении композиционных покрытий по сравнению с «чистым» сплавом железо–никель указывает на возрастание скорости процесса электроосаждения.

Рис. 7. Потенциодинамические поляризационные кривые осаждения КЭП железо– никель–фул-лерен С60 (1) и сплава железо– никель (2) (vр = 8 мВ/

При включении частиц С60 в состав сплава железо–никель коэффициент трения скольжения покрытий уменьшается в 1,5 – 2 раза в зависимости от плотности тока, при которой были получены покрытия (табл. 8). Вероятно дисперсная фаза фуллерена С60, включаясь в железоникелевые осадки, выполняет функцию сухой смазки. Воздействие фуллеренов на трибологические процессы рассмотрено выше при обсуждении свойств КЭП никель–фуллерен С60. В случае композиционных покрытий железо–никель–С60, очевидно, дисперсная фаза способствует снижению коэффициента трения по аналогичным причинам. Наименьший коэффициент трения наблюдается у КЭП, осажденного при ik = 10 А/дм2.

Таблица 8

Коэффициенты трения скольжения f сплава железо–никель и КЭП железо–никель– фуллерен С60, полученных при различной плотности катодного тока

ik, А/дм2

6

7

8

9

10

Железо–никель

0,37

0,35

0,34

0,34

0,32

Железо–никель–С60

0,22

0,20

0,20

0,19

0,17

На анодных ПДК КЭП железо–никель–фуллерен С60 в 0,5 М растворе H2SO4 наблюдается уменьшение токов анодного растворения по сравнению с чистым железоникелевым покрытием, что указывает на повышение коррозионной стойкости изученных покрытий при включении частиц фуллерена в сплав.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно заключить, что введение наночастиц фуллерена С60 в хлоридный электролит осаждения сплава железо–никель способствует формированию композиционных покрытий и облегчает катодный процесс. Фуллерен С60 оказывает определяющее влияние на трибологические характеристики и коррозионную стойкость изученных КЭП.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

  1. Разработан способ получения устойчивых коллоидных дисперсий фуллерена С60 в воде, не содержащих органических растворителей. Содержание фуллерена С60 в полученных дисперсиях составляет 0,01 – 0,50 г/л, цвет при увеличении концентрации меняется от желтоватого до темно-коричневого. Средний размер коллоидных частиц в растворах, стабилизированных додецилсульфатом натрия, составляет 24 нм. Дисперсии С60, стабилизированные поливинилпирролидоном, содержат частицы со средним размером 77 нм. Выявлено, что при добавлении раствора фуллерена С60 в толуоле или хлорбензоле к смеси вода – ацетон (1:3) проявляется сольватохроматический эффект. Причиной сольватохромизма является тенденция фуллерена С60 к агрегации: изменение состава растворителя ведет к укрупнению кластеров С60, находящихся в растворе.
  2. Впервые получены композиционные электрохимические покрытия никель–фуллерен С60. Изучены кинетические закономерности процесса совместного осаждения никеля с фуллереном С60 из сульфатно-хлоридного электролита. Показано, что введение дисперсных наночастиц фуллерена С60 в электролит никелирования приводит к возрастанию скорости процесса электроосаждения. Перенос частиц дисперсной фазы к катоду, вероятно, протекает через стадию адсорбции на их поверхности катионов никеля. Определен механизм зародышеобразования, рассчитана поляризационная ёмкость двойного электрического слоя. С помощью метода вторично-ионной масс-спектрометрии изучены состав и структура КЭП никель–фуллерен С60. Показано, что осадки содержат углерод и связи С–Н. Содержание углерода составляет около 1,5% (масс.). Наличие связей С–Н в структуре КЭП обусловлено тем, что частицы фуллерена гидрируются перед включением в покрытие катодно соразряжающимся водородом. Наибольшее количество частиц дисперсной фазы содержат поверхностные слои КЭП никель–фуллерен С60. Изучено влияние режима электролиза на трибологические и коррозионные свойства КЭП никель–фуллерен С60. Установлено, что наилучшими эксплуатационными свойствами обладает композиционное покрытие, осажденное при ik = 10 А/дм2. Коэффициент трения скольжения f данного КЭП составляет 0,10, а область потенциалов пассивного состояния равна 1,02 В. Фуллерен С60 оказывает определяющее влияние на структуру и свойства изученных композиционных электрохимических покрытий.
  3. Впервые получены композиционные электрохимические покрытия медь – фуллерен С60. Изучен процесс совместного осаждения меди с фуллереном С60 из сульфатного электролита. По результатам гальваностатических исследований рассчитаны значения поляризационной емкости двойного слоя при электроосаждении меди и КЭП медь – фуллерен С60. Исследованы трибологические свойства композиционных медных покрытий. Показано, что при переходе от чистых медных осадков к КЭП шероховатость уменьшается в 1,5 – 2 раза, а коэффициент трения скольжения уменьшается вдвое. Наилучшими характеристиками обладает КЭП медь–фуллерен С60, осажденное при ik = 7 А/дм2. Коэффициент трения для данного покрытия составляет 0,22, а величина шероховатости поверхности находится на уровне 0,50 мкм, что соответствует требованиям, предъявляемым к деталям, работающим в ответственных узлах механизмов.
  4. Систематизированы полученные данные по физико-химическим свойствам концентрированных водных растворов сульфата меди в области температур 2050 0С. На основании анализа рассчитанных значений термодинамических характеристик вязкого течения (G*, H* S*) показана возможность формирования полиионной структуры в концентрированных растворах CuSO4. Формирующаяся структура, элементами которой являются гидратированные ионы, менее стабильна, чем водный каркас.
  5. На основе сплава железо–никель впервые получены композиционные электрохимические покрытия, модифицированные фуллереном С60. Показано, что введение дисперсных частиц С60 в электролит приводит к возрастанию скорости катодного процесса. На основании результатов гальваностатических исследований рассчитаны кинетические параметры процесса электроосаждения КЭП железо–никель–фуллерен С60 (поляризационная емкость двойного электрического слоя). Выявлено, что КЭП имеют коэффициент трения скольжения вдвое меньший, чем чистые покрытия сплавом железо–никель. Кроме того, включение частиц фуллерена С60 в осадки сплава железо–никель приводит к увеличению коррозионной стойкости последних.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Неверная О.Г. Вязкое течение водных растворов сульфата меди в интервале температур 20 – 50 0С [Текст] / В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, О.Г. Неверная // Журнал прикладной химии. – 2007. – Т. 80, № 10. – С. 1747 –1749.

2. Неверная О.Г. Электропроводность и вязкое течение водных растворов CuSO4 [Текст] / О.Г. Неверная, В.Н. Целуйкин, Н.Д. Соловьева, Г.В. Целуйкина // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2009. – № 2. Вып. 1. – С. 129 – 132.

Публикации в сборниках конференций

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»