Катодне осадження -анодне розчинення сплаву залізо-нікель і структурні перетворення велектролітах сплавообразованія
Автореферат
дисертації наздобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук
2006
Загальнахарактеристика роботи
Актуальністьтеми.
Електролітичнісплави залізо-нікель використовуються в якості зносостійких ізахисно-декоративних покриттів. Висока швидкість осадження железонікелевихсплавів, можливість варіювати їх фізико-механічні та фізико-хімічнівластивості шляхом зміни складу електроліту і режиму електролізу дозволяютьформувати покриття необхідного складу із заданими властивостями. Швидкістькатодного осадження сплавів багато в чому обумовлюється не тільки складом, але іструктурою електролітів сплавообразованія що проявляється черезтермодинамічні і транспортні властивості. Отже, виявлення взаємозв'язкукінетики електрохімічних реакцій з структурними перетвореннями в розчинідозволяє визначити оптимальні параметри процесу електроосадження сплавузалізо-нікель. Для отримання железонікелевих покриттів часто використовуютьелектроліти на основі хлоридів, але літературні дані про кінетику спільногоосадження заліза і нікелю з хлорідсодержащіх розчинів обмежені.
Застосуваннягальванопокриттів сплавами залізо-нікель піднімає питання про їх корозійноїстійкості, що вимагає детального вивчення механізму і кінетики парціальниханодних реакцій на даних матеріалах. Однак питання анодного розчиненнясплавів заліза з нікелем, особливо на початковому етапі, належного відображення влітературі не знайшли. Таким чином, розробка нових і поглиблення існуючихтеоретичних положень про катодному осадженні сплавів залізо-нікель і їх анодномурозчиненні, встановлення взаємозв'язку швидкості електрохімічних реакцій зструктурними перетвореннями в розчинах електролітів є актуальною науковоюі прикладною задачею.
Дисертаційнаробота виконана в рамках планових наукових досліджень кафедри В«Технологіяелектрохімічних виробництв В»в відповідностей з тематикою НДР за напрямком09В.05, а також науково-технічною програмою СГТУ, НТП ГК РФ В«ВідновленняВ» іпроектом РФФМ (грант СМГУ).
Мета роботиполягала у виявленні взаємозв'язку структурних перетворень в хлористихелектролітах сплавообразованія з кінетикою електрохімічних процесів тавстановлення механізму і кінетичних параметрів анодного розчинення сплавузалізо-нікель у хлористих електролітах. Для досягнення поставленої метинеобхідно було вирішити наступні завдання:
• вивчитифізико-хімічні та термодинамічні властивості концентрованих воднихрозчинів, що містять основні компоненти електролітів осадження сплавузалізо-нікель і встановити взаємозв'язок кінетики електродних процесів зіструктурними перетвореннями в розчинах;
• досліджуватикінетику спільного осадження заліза і нікелю з хлористих електролітівсплавообразованія;
• вивчитивплив складу електроліту, режиму електролізу і матеріалу анода на властивостісплаву залізо-нікель (мікротвердість, шорсткість, корозійну стійкість);
• виявитимеханізм і кінетичні закономірності анодного розчинення сплавузалізо-нікель в нестаціонарних умовах.
Науковановизна роботи
Впершедоведено наявність структурних перетворень в сульфатних і хлористиходнокомпонентних і бінарних розчинах, що містять катіони Ni2 + і Fe2 +. Показанаможливість формування полііонних структури в області концентрацій, близьких донасиченню. У рамках теорії Ейрінгом розраховані термодинамічні характеристикив'язкої течії (An, AS), що підтверджують наявність структурних перетворень вдосліджуваних розчинах. Сконструйована поліноміальна модель в'язкої течіїдосліджуваних розчинів. Отримані нові дані щодо кінетики спільного осадженнязаліза і нікелю з хлористих електролітів. Систематичні дані по впливускладу електроліту, режиму електролізу і матеріалу анода на властивості сплавузалізо-нікель, обложеного з хлористих розчинів. Вперше встановлено, що внестаціонарних умовах гальванічний сплав залізо-нікель розчиняєтьсяселективно, з переважною іонізацією заліза. В рамках моделінестаціонарної об'ємної дифузії розраховані кінетичні параметри селективногорозчинення досліджуваного сплаву (коефіцієнти дифузії заліза в твердій фазі,ефективна товщина збагаченого нікелем поверхневого шару).
Практичназначимість результатів роботи. Показано, хто покриття сплавом залізо-нікель,містять 60% Ni і 40% Fe, володіють властивостями, що дозволяють використовувати їх вЯк твердих зносостійких і корозійностійких покриттів. Показанапринципова можливість графіту в якості нерозчинного анода приелектролітичному осадженні сплаву залізо-нікель. Отримані дані по щільностіі в'язкості залізо-і нікелевмісну хлористих і нікелевмісну сульфатнихрозчинів у широкому діапазоні зміни концентрації компонентів і температури.Отримані за допомогою системи MATLAB 6.1 поліноміальні моделі дозволяютьрозрахувати динамічну в'язкість досліджуваних розчинів в області концентраційелектроосадження сплавів. Висловлено припущення про механізм корозійногоруйнування сплаву залізо-нікель в кислих хлоридних середовищах.
На захиствиносяться такі основні положення:
1. Даніпо концентраційним і температурним змінам в структурі концентрованиходно-і двокомпонентних водних розчинів NiS04, NiCl2, FeCl2, NiCl2 + FeCl2.
2. Кінетичнізакономірності електроосадження сплаву залізо-нікель з хлористих електролітіву взаємозв'язку зі структурними перетвореннями в розчинах.
3. Впливтехнологічних параметрів процесу електроосадження на експлуатаційнівластивості сплаву залізо-нікель (мікротвердість, шорсткість, корозійнустійкість).
4. Механізмі кінетичні параметри анодного розчинення сплаву залізо-нікель внестаціонарних умовах.
Апробаціярезультатів роботи.
Основнірезультати роботи доповідалися на I, II і III Всеросійських конференціяхмолодих вчених В«Сучасні проблеми теоретичної та експериментальної хіміїВ» (Саратов);Всеросійській конференції молодих вчених В«Актуальні проблеми електрохімічноїтехнології В»(Енгельс); VII Міжнародному Фрумкінском симпозіуміВ« Фундаментальнаелектрохімія та електрохімічна технологія В»(Москва); Міжнародноїконференції В«Електрохімія, Гальванотехніка і обробка поверхніВ» (Москва);Міжнародній конференції В«КомпозитВ» (Саратов); VII Міжнародної конференції В«Водневематеріалознавство і хімія гідридів металів В»(Алушта); Всеросійськоїнауково-практичній конференції В«Гальванотехніка, екологія і обробкаповерхні В»(Москва); Всеросійської науково-практичної конференціїВ« Захисніпокриття в машинобудуванні та приладобудуванні В»(Пенза); II Всеросійськоїконференції В«Сучасні електрохімічні технологіїВ» (Енгельс).
Публікації.
За матеріаламидисертації опубліковано 13 робіт, в тому числі 4 статті в центральній пресі, 4статті у збірниках статей.
Структурадисертації.
Дисертаційнаробота складається з вступу, п'яти розділів, висновків та списку використаноїлітератури з 247 найменувань. Вона викладена на 153 сторінках машинописноготексту, містить 41 рисунок та 37 таблиць.
Змістроботи
У вступідано обгрунтування актуальності теми, розглянуті цілі та завдання дослідження,наукова новизна і практична значимість роботи.
Глава 1. Літературнийогляд
Напідставі літературних даних по кінетичним закономірностям процесівелектроосадження металів і сплавів і впливу різних факторів на структуруформуються опадів зроблено висновок, що спільне осадження заліза і нікелюносить аномальний характер, що виявляється в збагаченні, сплаву залізом.Показано, що теорія, що дозволяє пояснити дане явище, відсутнє.Розглянуто механізми і основні кінетичні закономірності селективногорозчинення (СР) гомогенних бінарних сплавів. Особливу увагу приділеноформуванню та реорганізації нерівноважного поверхневого шару при СР сплаву.Наведено основні структурні моделі та теорії, що стосуються будови води іводних розчинів. Проаналізовано чинники...
