Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

МЕДЬСОДЕРЖАЩИЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ СУЛЬФАТНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА-КОЛЛОИДА С АНТИФРИКЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Тамазова Н.А. 1 Иванов В.В. 1, 2
1 Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
2 АО «ОКТБ «ОРИОН»
Обсуждаются возможный механизм электродного процесса в низкоконцентрированном сульфатном электролите-коллоиде блестящего меднения и фрикционные свойства медьсодержащих покрытий. Установлено, что замедленной стадией электродного процесса является диффузия разряжающихся ионов. Подтверждено участие в катодном процессе коллоидных частиц. Присутствие в электролите тиомочевины и ОС-20 обеспечивает образование в покрытиях неметаллических включений на основе гидроксидо-оксидов и сульфидов меди. Эти включения оказывают влияние на триботехнические характеристики покрытий, снижая коэффициент трения скольжения до 0,15, что связано с попаданием в зону трения ионов меди, а также лигандов, способствующих улучшению избирательного переноса.
медьсодержащие покрытия
сульфатный электролит-коллоид
коэффициент трения скольжения
избирательный перенос
1. Кудрявцева И.Д., Селиванов В.Н., Кукоз Ф.И. // Электрохимия. – 1984. – Т. 20. – Вып. 1. – С. 63–68.
2. Кудрявцева И.Д., Кукоз Ф.И.,Селиванов В.Н. // В сб.: Современные методы нанесения гальванических и химических покрытий. – М.: МДНТП, 1979. – С. 83–85.
3. Селиванов В.Н., Бобрикова И.Г., Молчанов С.В., Шестак С.Г. // Электрохимия. – 1997. –Т. 33. – № 2. – С. 179–183.
4. Селиванов В.Н. // Современные электрохимические технологии. – Саратов, 1996. – С. 58–59.
5. Кайкарис В.А., Пиворюнайте И.Ю. // В сб.: Теория и практика блестящих гальванопокрытий. – Вильнюс: Гос. изд-во полит. и научной литер. Лит.ССР, 1963. – С. 307–320.
6. Справочник по электрохимии / Под ред. А.М. Сухотина. – Л.: Химия, 1981. – 488 с.
7. Иванов В.В. Комбинаторное моделирование вероятных структур неорганических веществ. – Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. – 204 с.
8. Иванов В.В. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – Спецвыпуск. Проблемы трибоэлектрохимии. – 2005. – С. 128–130.
9. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Моделирование композиционных никель-фосфорных покрытий с антифрикционными свойствами. – Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион», 2008. – 112 с.
10. Иванов В.В. // Междунар. науч.-иссл. журнал = Research Journal of International Studies, 2013. – № 8–1. – С. 67–70.
11. Иванов В.В., Марченко С.И. // Научная мысль Кавказа. – Спецвыпуск, 2006. – С. 87–89.
12. Иванов В.В., Щербаков И.Н., Иванов А.В., Марченко С.И. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2008. – № 5. – С. 67–69.
13. Кукоз Ф.И., Иванов В.В., Балакай В.И., Христофориди М.П. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2008. – № 4. – С. 123–128.
14. Иванов В.В., Арзуманова А.В., Балакай И.В., Балакай В.И. // Журн. прикладной химии, 2009. – Т. 82. – Вып. 5. – С. 797–802.
15. Иванов В.В., Щербаков И.Н. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2010. – № 3. – С. 73–77.
16. Иванов В.В., Щербаков И.Н., Иванов А.В. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2010. – № 1. – С. 84–87.
17. Иванов В.В., Попов С.В. // Междунар. науч.-иссл. журнал = Research Journal of International Studies, 2014. № 1(20). – Часть1. – С. 8–10.
18. Иванов В.В. // Успехи соврем. естествознания, 2014. – № 5. – С. 146–149.
19. Щербаков И.Н., Иванов В.В., Логинов В.Т., и др. Химическое наноконструирование композиционных материалов и покрытий с антифрикционными свойствами – Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки», 2011. – 132 с.
20. Иванов В.В., Щербаков И.Н. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2011. – № 5. – С. 47–50.
21. Иванов В.В. // Междунар. журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2013. – № 10(3). – С. 493.
22. Иванов В.В., Щербаков И.Н. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2011. – № 6. – С. 99–102.
23. Щербаков И.Н., Тамазова Н.А., Иванов В.В. // Соврем. наукоемкие технологии, 2014. – № 11. – С. 48–50.
24. Ivanov V.V. // International journal of experimental education, 2014. – №4. – Part 2. – С. 58–59.
25. Ivanov V.V. // International journal of experimental education, 2014. – № 4. – Part 2. – С. 59–60.
26. Scherbakov I.N., Ivanov V.V. // European Journal of Natural History, 2015. – № 3. – С. 48.
27. Ivanov V.V. // European Journal of Natural History, 2015. – № 3. – С. 36–37.

Применение гальванических покрытий на основе меди, осаждённых из электролита-коллоида – наиболее перспективное направление в создании новых антифрикционных износостойких материалов, т.к. при электроосаждении металлов из электролитов-коллоидов возможно включение дисперсной фазы в композиционное электролитическое покрытие. Наличие включений может существенно изменить триботехнические характеристики покрытий [1]. Композиционные электролитические покрытия, полученные на основе меди, относятся к самосмазывающимся покрытиям с антифрикционными свойствами [3].

В [1–4] предложен способ интенсификации электроосаждения металла за счет применения электролитов-коллоидов, в которых наряду с ионами растворимых соединений до металла восстанавливаются коллоидные частицы малорастворимых соединений, исследованы кинетика и механизм электрохимических реакций, происходящих в электролите-коллоиде. Актуальным представляется изучение механизма электродного процесса в сульфатном низкоконцентрированном электролите-коллоиде меднения (CuSO4*5H2O – 60–70 г/л; H2SO4 15–20 г/л). Для повышения катодной поляризации, блеска гальванических покрытий и улучшения рассеивающей способности в электролит вводили поверхностно-активные вещества. Для достижения термодинамической устойчивости в электролите в качестве эффективных стабилизаторов коллоидов и блескообразующих добавок использовали тиомочевину и ОС-20. Концентрация тиомочевины и ОС–20 была выбрана, исходя из предельно допустимой плотности тока. Покрытия получены блестящие при плотности тока 0,5–2 А/дм2, температуре 18–25 °С, выход по току составлял 100 %.

Исследование медьсодержащего покрытия из сульфатного электролита-коллоида

Для выяснения механизма электродного процесса исследован электролит с добавкой индифферентного компонента – 0,5 моль/л Na2SO4. Установлено, что при введении этого компонента предельный ток снижается в связи с возможным исключением миграции и электрофореза коллоидных электроактивных частиц. Для выявления природы процессов, обуславливающих увеличение предельного тока в отсутствие индифферентного компонента, использовали метод нанесения на поверхность исследуемого электрода агар-агарового геля [5]. Агар-агаровый гель является фильтром для коллоидных частиц и тем самым предотвращает их участие в катодном процессе. На поляризационных кривых отсутствует последний участок, связанный с восстановлением коллоидных частиц. Установлено, что замедления диффузии ионов меди в пленке агар-агарового геля не происходит.

На хронопотенциограммах, полученных при различных плотностях тока, обнаружены две задержки потенциала, соответствующие переходным временам t1, t2. Величина каждого определена графически [6]. Для первого процесса произведение jt11/2 не зависит от j, что указывает на замедленную стадию диффузии разряжающихся ионов меди. Переходное время t1 обусловлено разрядом ионов меди. Величина t2 не зависит от плотности тока. Независимость t2 от j указывает на то, что массоперенос обусловлен миграцией ионов меди и электрофорезом коллоидных частиц. Полученная величина коэффициента диффузии ионов меди равна 0,55×10-7 дм2/с, что хорошо согласуется со справочными данными (для предельно разбавленных растворов – 0,72×10-7 дм2/с) [7].

Фазово-разупорядоченное состояние поверхности многофазных антифрикционных покрытий описывается как совокупность фазовой и структурно-фазовой разупорядоченностей, а также структурной разупорядоченности в отдельных кристаллических фазах [8–20]. Состояние фазовой разупорядоченности сопровождается 2D распределением каждой из фаз от упорядоченного до полностью разупорядоченного, а также квазинепрерывным или дискретным распределением микрочастиц фаз по размерам [10, 16–20]. Системы квазиупорядоченных замкнутых фрактальных кривых могут быть аппроксимантами для 2D сетки межфазных границ [10, 19–22].

С целью проверки предположения об антифрикционных свойствах поверхности полученных медьсодержащих покрытий было исследовано влияние органических добавок и величины удельного давления на коэффициент трения скольжения (рисунок). Электролиты состава, моль/л: CuSO4 – 0,25; H2SO4 – 0,4; NaCl – 0,03×10-3 , концентрация тиомочевины – 0,4×10-4; ПЭИ – 1,5 мл/л; ОС-20 – 2,0 г/л.

Установлено, что присутствие всех исследуемых добавок в электролитах приводит к снижению коэффициента трения, но в наибольшей степени этот эффект выражен для сочетания тиомочевина – ОС-20 в количествах, соответствующих наибольшему содержанию гидроксидных и сульфидных включений. Механизм триботехнического действия как гидроксидных, так и сульфидных включений, можно связать с лёгким переходом их в состояние поверхностной сильно дефектной плёнки при трении (фазово-разупорядоченное состояние), что создаёт благоприятные условия для избирательного переноса медьсодержащих частиц [20, 22–28].

Выводы

Установлено, что замедленной стадией электродного процесса является диффузия разряжающихся ионов, а также подтверждено участие в катодном процессе коллоидных частиц. Присутствие в электролите тиомочевины и ОС-20 обеспечивает образование в покрытиях неметаллических включений на основе гидроксидо-оксидов и сульфидов меди. Эти включения оказывают существенное влияние на триботехнические характеристики покрытий, снижая коэффициент трения скольжения до 0,15, что можно связать с попаданием в зону трения ионов меди, а также лигандов, способствующих интенсификации избирательного переноса.

tam1.wmf

Зависимость коэффициента трения медьсодержащих покрытий от поверхностно-активных веществ. Обозначения: кружки – тиомочевина, ОС-20, ромбики – тиомочевина, ПЭИ, треугольники – не содержит органической добавки


Библиографическая ссылка

Тамазова Н.А., Иванов В.В., Иванов В.В. МЕДЬСОДЕРЖАЩИЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ СУЛЬФАТНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА-КОЛЛОИДА С АНТИФРИКЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 6. – С. 50-52;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35058 (дата обращения: 28.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074