Представлены результаты исследований электрохимического получения сплава железо-вольфрам из кислого хлоридного раствора. Определено влияние режима импульсного электролиза на физико-химические свойства и состав покрыти

Александров, Юрий Леонидович

Ведь, Марина Витальевна

Сахненко, Николай Дмитриевич

Фомина, Лариса Петровна

Шепеленко, Александр Сергеевич

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

УДК 621.357 Ю.Л. АЛЕКСАНДРОВ, канд. техн. наук, старш. научн. сотр., НТУ«ХПИ», Н.Д. САХНЕНКО, докт. техн. наук, проф., НТУ «ХПИ», М.В. ВЕДЬ, докт. техн. наук, проф., НТУ «ХПИ», А.С. ШЕПЕЛЕНКО, мл. научн. сотр., НТУ «ХПИ», Л.П. ФОМИНА, канд. физ.-мат. наук, старш. научн. сотр., НТУ «ХПИ» ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ЖЕЛЕЗО-ВОЛЬФРАМ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ Наведено результати досліджень електрохімічного одержання сплаву залізо-вольфрам з кислого хлоридного розчину. Визначено вплив режиму імпульсного електролізу на фізико-хімічні власти¬вості та склад покриттів . Представлены результаты исследований электрохимического получения сплава железо-вольфрам из кислого хлоридного раствора. Определено влияние режима импульсного электролиза на физико-химические свойства и состав покрытий. Results of obtaining alloys electrochemical studies from acidic chloride solution are given. The influence of pulsed electrolysis modes on physical and chemical properties and composition of coatings is identified. Актуальной проблемой является создание функциональных покрытий с прогнозируемыми свойствами. Среди таких материалов значимое место за­нимают электролитические сплавы железа вследствие его доступности и де­шевизны. Наиболее важным направлением исследований является замена та¬кими сплавами дефицитных материалов, в первую очередь на основе никеля и кобальта. Перспективными для этих целей могут оказаться сплавы железа с вольфрамом, однако их электросинтез и свойства изучены не достаточно. Структура, свойства и состав электрохимически осажденных сплавов, а также выход по току существенным образом зависят от условий их осажде¬ния. Сплавы вольфрама с металлами группы железа получают из электроли¬тов, в которых вольфрам присутствует в виде иона вольфрамата [1]. Осадки обычно обладают высокой твердостью, имеют высокие внутренние напряже¬ния, хрупки, но износостойки. Покрытия сплавом железо-вольфрам отличаются высокой коррозионной стойкостью в различных средах. Содержание вольфра¬ма в сплаве повышается с увеличением отношения концентраций металлов W : Fe в электролите, ростом температуры и плотности тока [2]. 11 Методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа ис­следованы взаимосвязь состава, морфологии и свойств покрытий сплавов Бе-\У, осажденных на постоянном токе из цитратно-аммиачного электролита. Показано, что структура получаемых покрытий сплавов Бе-\У является на-нокристаллической, аморфной (размеры блоков 3 - 4 нм). Однако актуальной остается задача снижения рабочих температур элек­тросинтеза, а также интенсификация осаждения сплавов Бе-'\У с прогнозируе­мым соотношением компонентов за счет использования нестационарных ре¬жимов электролиза, что и составило предмет исследования. Поляризацион¬ные зависимости получали с помощью потенциостата ПИ-50-1.1, скорость сканирования потенциала - 10 мВ/с. В качестве электрода сравнения приме­няли насыщенный хлоридсеребряный полуэлемент. Сплав Бе-'\У наносили из электролита, г/дм : ЕеС12-4Н20 - 200, Ш 2"\\Ю 4 -2Н 20 - 100, кислота лимон¬ная - 20, кислота аскорбиновая - 2. В процессе электролиза рН поддерживали в диапазоне 1,5 2,0. Мате­риалом подложки была сталь 08 кп. Образцы - прямоугольные пластинки, которые предварительно шлифовали и обезжиривали. Анодное травление проводили в вышеуказанном электролите при 5 А/дм [3]. Состав сплавов Бе-\У определяли рентгеновским универсальном техническом спектрометре "СПРУТ". Осаждение сплава Бе-\У вели переменным асимметричным током часто­той 50 Гц при температуре электролита 25 ± 1 °С. Катодная плотность тока составляла 10 А/дм , в то время как амплитуду анодной составляющей в те¬чение первых 5 минут уменьшали с 15 до 2,5 А/дм . Для предотвращения роста дендритов на заключительной стадии формирования покрытия соот¬ношение катодной составляющей тока к анодной (К) уменьшали до пяти [4]. Для оценки возможности использования вольфрама в качестве раство¬римого анода проводили поляризационные испытания. На циклической поляризационной зависимости в электролите, исполь¬зуемом для осаждения сплава железо-вольфрам (рисунок (а)) при катодной поляризации наблюдали участок с предельной плотностью тока 35 А/дм при потенциалах 1,05 - 1,15 В. При изменении направления сканирования потен¬циала в анодную область на вольтамперограмме наблюдали экспоненциаль¬ный рост при изменении потенциала, а при достижении значения потенциала -0,6 В отмечено растворение сплава. Максимум плотности тока растворения сплава, осажденного при катодной поляризации, достигается при потенциале 12 2 -0,026 В и составляет 60,0 А/дм . Изменение направления сканирования по­тенциала в катодную область приводит к растворению вольфрамового элек­трода. При этом наблюдается линейная зависимость, которая при низких плотностях тока переходит в экспоненциальную. Следовательно вольфрам можно использовать в качестве растворимого анода в исследованном элек¬тролите. Рисунок - Потенциодинамические зависимости вольфрамового (а) и стального (б) электрода в электролите осаждения сплава железо-вольфрам Поляризационная зависимость для стального электрода в электролите осаждения сплава железо-вольфрам (рисунок (б)), при катодной поляризации характеризуется наличием участка с предельной плотностью тока 5 А/дм при потенциале -0,65 В. При достижении значения потенциала -0,32 В на­блюдалось растворение сплава, для которого максимум плотности тока 14,0 А/дм достигался при потенциале -0,15 В. Затем происходило снижение тока и при потенциале -0,05 В наблюдали растворение стального электрода. Для интенсификации процесса осаждения сплавов БеЛУ использовали нестационарные режимы электролиза, плотность тока для которых выбирали из анализа вышеописанных вольтамперограмм. Осаждение сплава Бе-\У вели переменным асимметричным током частотой 50 Гц при температуре элек­тролита 25 ± 1 °С. Катодная плотность тока была постоянна, и составляла 10 А/дм , в то время как амплитуду анодной составляющей течение первых 5 минут уменьшали с 15 до 2,5 А/дм . Для предотвращения роста дендритов на заключительной стадии формирования покрытия соотношение катодной составляющей тока к анодной уменьшали до пяти [4]. Осаждение проводили в течение 30 - 60 мин. Ранее нами было установлено, что варьированием ве¬личины соотношения катодной плотности тока к анодной можно получить покрытия различной структуры с прогнозируемыми свойствами [3, 4]. Выход по току при осаждении сплава железо-вольфрам в исследованном диапазоне плотностей тока изменялся от 76 до 98 % и монотонно возрастал при повышении средней плотности тока, при этом микротвердость получен-13 ных осадков симбатно изменялась от 550 до 630 единиц по Виккерсу. С уве­личением частоты импульсов от 10 до 50 Гц выход по току сплава повышал­ся на 15%. Концентрация железа в сплаве уменьшается от 90,1 до 86,3 % с ростом средней плотности тока. Рентгеновским спектральным анализом установлен состав сплава желе­за-вольфрам (таблица) в зависимости от параметров электролиза. Содержа¬ние железа в сплаве уменьшается от 90,1 до 86,3 % при росте средней плот¬ности тока, содержание вольфрама при этом возрастает с 9,9 до 13,7 % . При электролизе с частотой импульсов 10 Гц содержание железа в сплаве не¬сколько ниже, чем при частоте 50 Гц. Таблица Режим электролиза и состав сплава Бе-\У Режим электролиза Склад сплаву, % JK, А/дм 2 Ja, А/ДМ2 Jeep, А/дм 2 К Fe W 5,5 0,5 2,5 10 0,02 90,1 ±0,7 9,9±0,4 11,1 1,1 5,0 10 0,02 89,0±0,7 11,0±0,4 16,5 1,5 7,5 10 0,02 87,2±0,7 12,8±0,4 22,2 2,2 10,0 10 0,02 86,4±0,4 13,6±0,5 5,5 0,5 2,5 10 0,1 87,9±0,7 12,1±0,4 11,1 1,1 5,0 10 0,1 88,3±0,8 11,8±0,5 16,5 1,5 7,5 10 0,1 86,9±0,7 13,1±0,4 22,2 2,2 10,0 10 0,1 86,3±0,7 13,7±0,5 Таким образом, использование нестационарных режимов электролиза при осаждении сплавов Бе-'\У позволяет направленно регулировать состав и физико-механические свойства полученных осадков при одновременном по­вышении производительности процесса и снижении удельных энергозатрат за счет повышения выхода по току и оптимизации температурного режима. Список литературы: 1. Гамбург Ю.Д. Электрохимическое осаждение, структура и свойства спла­ва железо-вольфрам / Ю.Д. Гамбург, Е.Н. Захаров, Г.Е. Горюнов // Электрохимия. - 2001. - № 7. - С. 789 - 793. 2. Бобанова Ж.И. Микромеханические и трибологические свойства нанокристал-лических покрытий на основе сплавов железа с вольфрамом, полученных из цитратно-аммиач-ных растворов / Ж.И. Бобанова, А.И. Дикусар, Г. Цесиулис // Электрохимия. - 2009. - № 8. - С. 960 - 966. 3. Александров Ю. Л. Осаждение сплава железо-никель импульсным электролизом / [Ю.Л. Александров, М.Д. Сахненко, М.В. Ведь, Л.П. Фомина] // Вестник Н Т У «ХПИ». - 2005. - № 15. - C. 23 - 26. 4. Пат. 45350 Україна, М П К 8 C 2 5 D 3/02, C25D 3/56. Спосіб електролітичного осадження сплаву залізо-вольфрам / Александров Ю.Л., Сахненко М.Д., Ведь М.В.; заявник та вла­сник патенту Н Т У «ХПІ». - № u 200904599; заявл. 08.05.09; опубл. 10.11.09, Бюл. № 21. 14 

Электроосаждение сплава железо-вольфрам нестационарным электролизом

http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/1569/1/vestnik_HPI_2011_31_Sakhnenko_Elektroos.pdf

Электроосаждение сплава железо-вольфрам нестационарным электролизом

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository