Электрохимические композиционные покрытия.

Возрастающий уровень развития промышленности предъявляет все новые разносторонние требования к гальваническим покрытиям для придания поверхности специальных свойств, улучшения коррозионных и механических характеристик («Перспективы развития гальванотехники. Часть1»).

В случае, когда металлические покрытия не отвечают необходимым техническим требованиям, применяют композиционные покрытия, которые по своим свойствам значительно их превосходят, сохраняя основное назначение металлических покрытий.

Принцип получения электрохимических композиционных покрытий (КЭП) основан на том, что вместе с металлами из электролитов – суспензий соосаждаются дисперсионные частицы различных размеров и видов. Включаясь в покрытие, частицы существенно улучшают его эксплуатационные свойства (твердость, износостойкость, коррозионную устойчивость) и придают новые качества (антифрикционные, магнитные, каталитические).

Соосаждение дисперсной фазы может изменять свойства гальванических покрытий: механическое упрочнение покрытия, повышение антикоррозионных свойств, термостойкости, износостойкости и др. («Влияние гальванических покрытий на свойства стали»).

При этом свойства электрохимических композиционных покрытий зависят от их структуры и морфологии поверхности. Основными параметрами, влияющими на структуру и морфологию композиционного покрытия являются условия электролиза, плотность тока, характеристика дисперсной фазы (концентрация, размер, форма, дисперсность в электролите).

При включении электрического тока на покрываемой поверхности осаждается металл (первая фаза или матрица) и механически – частицы порошка (вторая фаза), которая цементируется матрицей.

Процесс осаждения электрохимических композиционных покрытий обычно проводят при непрерывном или периодическом перемешивании суспензии, при этом частицы второй фазы постоянно находятся во взвешенном состоянии. Размер частиц 0,1 – 3 мкм, количество их может быть ≈10на 1 смповерхности.

Суспензии могут быть созданы не только введением высокодисперсных частиц, но и путем химической реакции непосредственно в электролите, например, введением хлорида бария с образованием нерастворимого мелкодисперсного осадка BaSO4.

Перемешивание производят воздушным или эжекторным способом, либо с помощью механических мешалок. Кроме того, рекомендуется проводить горизонтальное покачивание катодных штанг.

Назначение дисперсных материалов заключается в придании электрохимическим композиционным покрытиям ценных свойств, не характерных для металла покрытия. Влияние их на металл может быть разнообразно.

В качестве дисперсной фазы могут использоваться порошки корунда, карбида кремния, бора, нитриды, салициды и др.

Об особенностях получения электрохимических композиционных покрытий расскажет к.т.н. Исаев Александр Валерьевич.

Исаев А.В.Возможность образования покрытий заданного состава зависит от многих условий:

природы электролита (ионный состав, pH, наличия ПАВ, природа металла и частиц), условий электролиза (величина тока, температура, скорость движения суспензии), а также природы металла и частиц.

Сравнительно легко образуются электрохимические композиционные покрытия с частицами различной природы из электролитов никелирования и железнения («Железнение и не только. Часть1»).

В настоящее время широко востребовано покрытие «сил-никель», которое наносится вторым слоем для повышения коррозионной стойкости блестящего никеля при последующем нанесении хрома.

Деталь с композиционным покрытием сил-никель.

Деталь с композиционным покрытием сил-никель.

В качестве второй фазы используется мелкодисперсный порошок каолина (силикат алюминия) или другие частицы, например, аэросил, представляющий собой порошок белого цвета диоксида кремния с размером частиц 5 – 40 нм.

Толщина сил-никелевого слоя от 1 до 3 мкм.

Классический состав одного из таких электролитов :

Сульфат никеля  250 – 300 г/л

Хлорид никеля  50 – 60 г/л

Кислота борная  25 – 40 г/л

1,4 – Бутиндиол  0,12 – 0, 2 мл/л

Каолин КРХС  1,0 – 5,0 г/л

Аэросил А-380  0,1 – 0,5 г/л

pH  2,8 – 3,4

Температура  55 – 65ºС

Катодная плотность тока 4 – 5 А/дм2.

Аноды из электролитического никеля.
Покачивание катодных штанг в горизонтальном направлении.

Труднее образуются электрохимические композиционные покрытия на основе серебра и хрома. Вероятно, это связано с тем, что при хромировании на катоде выделяется много больше водорода, чем в других электролитах.

При меднении частицы корунда соосаждаются легче из щелочных комплексных электролитов, чем из кислых. Однако, электропроводящие частицы (W, Cu, графит) соосаждаются с никелем легче при низких значениях pH.

Воздействие поверхностно-активных растворимых добавок на образование электрохимических композиционных покрытий связано с изменением поверхностного натяжения электролита.

Физические и химические свойства частиц влияют на их адгезию к катоду и зарастаемость осадком. Незначительное растворение частиц в ванне приводит к изменению ионного состава электролита.

Для стимулирования соосаждения определенных веществ с металлом и улучшения свойств электрохимических композиционных покрытий прибегают к изменению природы поверхности частиц.

Использование ультрадисперсных алмазов (УДА),   имеющих сверхмалые размеры (4 – 8 нм), с развитой удельной поверхностью 200 – 450 м2/г, эффективность которых базируется на принципах дисперсного упрочнения и усиления свойств покрытий,  открыло одно из самых перспективных направлений в создании тонкостуктурированных композиционных покрытий, обладающих лучшими качествами алмаза – твердостью, стабильностью, устойчивостью к различным агрессивным средам и многими другими.

Добавление в электролит серебрения УДА в количестве 1 – 10 г/л, позволяет повысить микротвердость и износостойкость покрытия.

Состав электролита серебрения с УДА:

Калия дицианоаргентат  74 – 92 г/л

Калий роданистый   200 – 250 г/л

Калий углекислый   20 – 40 г/л

Концентрация УДА  1 – 10 г/л

Температура 18 – 25ºС; рН = 9 – 10; Дк = 1 А/дм2;
Постоянное перемешивание.

Структура серебряного композиционного покрытия с УДА.

Структура серебряного композиционного покрытия с УДА.

Недостаток электрохимического получения  композиционных покрытий заключается в неравномерном распределении покрытий на деталях сложной конфигурации и невозможности соосаждения дисперсных материалов, не стойких к воздействию раствора электролита. Также вызывают вопросы методы анализа концентрации дисперсной фазы, добавляемой в электролит.

К преимуществам электрохимической металлизации дисперсных материалов относится экономичность, низкая температура процесса (18 – 60ºC), высокая скорость осаждения металла (1 – 20 мкм/мин и более). Существует возможность металлизации как металлических порошков, так и неметаллической поверхности после соответствующей подготовки; толщина слоя металла может быть заданной; возможна металлизация частиц как электрохимически осаждаемыми металлами, сплавами и электрохимическими композиционными покрытиями, так и многослойными покрытиями.

Получение электрохимических композиционных покрытий с заданными свойствами – перспективное направление, возможности которого в настоящее время недостаточно изучены.

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Конструкторский отдел | Комментарии к записи Электрохимические композиционные покрытия. отключены

День Химика — 2016!

Уважаемые друзья и коллеги! 

Поздравляю Вас с профессиональным праздником – Днем Химика!

Химия – это особенная наука, полная творчества и волшебства, так как результаты любого эксперимента всегда не предсказуемы. Помните и соблюдайте заветы великих алхимиков:

День Химика 2016!

  • Почитай опыт предков, при этом всегда двигайся вперед.
  • Учись на чужих ошибках, но не утаивай свои.
  • Воспитай учеников и передай им свои навыки.

 И только тогда удача будет на Вашей стороне!

Желаю творческих успехов, счастья и благополучия!


Королева Галина Владимировна.

День Химика 2016_2

 

Рубрика: Новости | Комментарии к записи День Химика — 2016! отключены

Оксидирование титана. Часть 2.

Анодное оксидирование титана (анодирование).

Анодирование это процесс, в котором непосредственно на поверхности  металлов образуется  покрытие в виде окислов при нагревании, воздействии  химических веществ (см. «Оксидирование титана.Часть 1.»)  или с помощью электричества.

Наиболее распространенным методом формирования оксидного слоя на поверхности титана является процесс оксидирования титана под воздействием электрического тока, при котором титановая деталь помещается в токопроводящий раствор и подключается к аноду. В качестве катода используют пластины из свинца или нержавеющей стали.

Анодное оксидирование титана проводят с целью:

  • дополнительной защиты от коррозии;
  • повышения адсорбционной способности;
  • повышения износостойкости;
  • уменьшения задиров;
  • улучшения декоративности поверхности.

На производстве оксидирование титана проводится анодной обработкой деталей в растворах серной, щавелевой, фосфорной, хромовой кислот или их смесей, иногда с добавками других компонентов.

Составы растворов для повышения коррозионной стойкости:

Раствор №1:

Серная кислота  50 – 60 г/л

Температура 15 – 25°С,  плотность тока 1,0 – 1,5 А/дм2.

Время обработки 50 – 60 мин.

При анодировании титана первые 2 – 6 минут поддерживают заданную плотность тока, напряжение на ванне возрастает до 90 – 110 В, после чего плотность тока падает до 0,2 А/дм2. Дальнейший процесс анодного оксидирования титана проводят без регулировки тока. Процесс ведут при перемешивании электролита. Катоды применяют свинцовые или из стали Х18Н9Т. Пленки получаются бесцветные.

Раствор №2:

Серная кислота 18%-ный раствор

Температура 80ºС,  плотность тока  0,5 А/дм2.

Время обработки до 8 часов.

Пленка получается черного цвета. Толщина пленки около 2,5 мкм.

Кроме того, для защиты от коррозии применяют химически стойкие лакокрасочные покрытия, нанесение которых требует применения толстых оксидных пленок (20 – 40 мкм) с повышенными адсорбционными свойствами.

Повышение адсорбционной способности достигается за счет увеличения толщины оксидной пленки до 20 – 40 мкм. Для этого используют электролит из смеси кислот.

Состав электролита для получения толстых пленок, г/л:

Серная кислота  H2SO4  350 – 400

Соляная кислота HCl 60 – 65

Электрохимическое оксидирование титана проводят  при 40 – 50ºС; плотность тока ступенчато повышают через каждые 2 – 3 мин на 0,5 А/дм2 до напряжения пробоя, после которого устанавливается плотность тока 2 – 4 А/дм2, при которой продолжают электролиз до получения пленки требуемой толщины.

Фрикционные свойства титановых деталей улучшаются, если на их поверхность нанесены оксидные пленки толщиной 0,2 – 0,3 мкм.

Состав электролита для получения тонких пленок:

5%-ый раствор щавелевой кислоты.

Электролиз ведут при 18 – 25°С в течение 60 мин. Анодную плотность тока в начале процесса оксидирования титана  устанавливают 1 – 1,5 А/дм2 и поддерживают постоянной в течение 5 – 10 мин, напряжение на ванне за это время повышается до 100 – 120 В. В дальнейшем плотность тока понижается до 0,2 – 0,3 А/дм2. Использование коллоидно-графитовой смазки еще больше повышает износостойкость оксидированной поверхности.

Декоративное анодирование титана и его сплавов позволяет получить различные интерференционно – окрашенные окисные пленки (коричнево-желтые, синие, голубые, различные оттенки желтого цвета, включая розовый, малиновый, а также различны оттенки зеленого цвета). Решающее влияние на цветность пленки оказывает напряжение при анодировании титана  и состав сплава (см.«Покрытие титана. Часть 1.»).

Декоративное анодирование титана

Декоративное анодирование титана.

При обработке сплава ВТ-5 в 15%-ном растворе H2SO4 с повышением температуры и напряжения на ванне окраска формируемых пленок изменяется от светло-коричневой до фиолетовой. Увеличение продолжительности электролиза также сказывается на окраске пленок (см. «Пассивация металлов»).

Меньшая зависимость окраски оксидных пленок от температуры наблюдается при введении в состав электролита хромового ангидрида.

Состав электролита для стабильного окрашивания титана, г/л:

Хромовый ангидрид CrO3   140

Серная кислота H2SO4    4

Цвет пленки в данном случае изменяется только с продолжительностью электролиза при постоянном напряжении или с величиной приложенного напряжения.

Так, при обработке титана ВТ1-0 в течение 15 мин и повышении напряжения от 5 до 50 В цвет пленки сначала бывает бледно-коричневый, затем синевато-фиолетовый и потом золотисто-желтый. При постоянном напряжении 50 В и увеличении продолжительности электролиза от 1 до 15 мин цвет пленки изменяется от светло-голубого до золотисто-желтого.

Анодированные изделия могут служить  много лет без изменения своих декоративных свойств. Анодная защита от коррозии настолько эффективна, что может защитить детали от самых агрессивных воздействий.

По вопросам технологии оксидирования титана обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | Комментарии к записи Оксидирование титана. Часть 2. отключены

С Новым 2016 годом!

Дорогие друзья и коллеги!

С Новым 2016 годом!

Поздравляю Вас с Новым Годом и Рождеством!

Желаю оптимизма, хорошего настроения, огромных успехов и достижений в делах!

Новый год – это всегда ожидание интересных перемен, удивительных поворотов событий. Будьте уверены в собственных силах и только тогда мечты и цели найдут свое воплощение!

Всем благополучия, счастья и много-много удачи!

Королева Галина Владимировна.

Рубрика: Новости | Комментарии к записи С Новым 2016 годом! отключены

Оксидирование титана. Часть 1.

Химическое оксидирование титана.

Титан благодаря  своим ценным свойствам – легкости, прочности, высокой термической и коррозионной устойчивости является очень важным конструкционным материалом.

Наличие на поверхности тонкой, но достаточно плотной оксидной пленки, придает титану и его сплавам коррозионную стойкость в атмосфере, в пресной и морской воде, под напряжением, а также в кислотах органического происхождения.

Но в процессе эксплуатации от изделий порой требуются свойства, не соответствующие основному металлу, поэтому на  поверхность титана наносят специальные гальванические или химические покрытия (см.«Покрытие титана. Часть 1»).

В частности, титан и его сплавы отличаются низкой износостойкостью, что затрудняет их применение для деталей, работающих в условиях фрикционного износа. В резьбовых соединениях наблюдается задирание и наволакивание металла.

Для устранения этих недостатков рекомендуется применять процесс оксидирования титана. Оксидные  покрытия, образующиеся при этом, воздействуют на поверхностные слои, и  часто оказывают более сильное влияния на общие свойства металла, чем весь остальной материал изделия.

Оксидирование титана – это преднамеренное окисление поверхностного слоя металлических изделий, введение его в пассивное состояние. Полученные в результате оксидирования титана пленки позволяют:

  • повысить химическую стойкость металла;
  • изменить окраску его поверхности, придавая декоративность;
  • повысить адсорбционную способность поверхности для последующего нанесения лакокрасочных покрытий.

Эффективность такого метода определяется условиями процесса, составом металла, а также состоянием его поверхности.

Пассивное состояние (оксидирование титана) достигается двумя методами:

  • воздействием окислителей;
  • анодной поляризацией.

Для пассивации многих металлов используют растворы на основе окисляющих агентов, способных к образованию труднорастворимых соединений (хроматы, молибдаты, нитраты в щелочной среде и др.). Цвет поверхности при этом не изменяется.

Титан и его сплавы подчиняются общим закономерностям перехода из активного состояния в пассивное и обратно, установленным для других  пассивирующихся металлов (см. «Пассивация металлов»).

Скорость коррозии многих металлов часто значительно меньше в растворах сильных окислителей, чем в растворах окислителей более слабых. Сюда относятся такие металлы, как железо, хром, никель, титан, цирконий, алюминий и многие другие. Резкое уменьшение скорости коррозии на несколько порядков в сильных окислителях, казалось бы, противоречащее термодинамическим свойствам металла и окислителя, называется пассивацией, а состояние металла пассивным.

При повышенной температуре химическая активность титана значительно возрастает. Титан реагирует с кислородом, хлором, разбавленной серной кислотой. В азотной кислоте титан пассивируется, а в плавиковой кислоте в размельченном состоянии образует фторидные комплексы (см. «Покрытие титана. Часть 2»).

Присутствие в агрессивных средах небольших количеств окислителей смещает потенциал титана и его сплавов в растворах серной и соляной кислот в пассивную область, оксидируя титан,  при этом резко повышается коррозионная стойкость.

Присутствие в среде ионов тяжелых металлов и окислителей или наложение положительного потенциала способствует пассивации (оксидированию титана) в большинстве агрессивных сред.

Растворы пассивации (оксидирования титана).

1). 40 и 60%-ный раствор серной кислоты с контактом палладия и рения.

Пассивация наступает очень быстро и находится в устойчивом состоянии.

2). 60%-ный раствор серной кислоты в контакте с вольфрамом.

Пассивация наступает не сразу, а через длительный промежуток времени.

3). 80%-ная серная кислота в контакте с палладием.

Оксидирование титана.

Оксидирование титана.

Обнаружен еще один вид пассивации титана: химическая адсорбция отрицательных ионов, в частности гидроксила ОН. Коррозионная стойкость титана увеличивается, особенно против язвенной коррозии, при   добавлении  едкого натрия к раствору поваренной соли. Это можно объяснить адсорбцией гидроксильной группы OH и образованием защитного поверхностного слоя.

Тем не менее, на практике образование пассивирующего окисла в результате обычных реакций с участием атомов титана и молекул воды, не происходит.

Причина такого явления лежит в том, что поверхность титана всегда покрыта гидридным слоем, и в реакциях с водой участвует не сам титан, а его гидрид.

Для дополнительной, защиты от коррозии, повышения износостойкости, уменьшения задиров и декоративности поверхности применяют анодирование, т.е. электрохимическое оксидирование титана.

По вопросам технологии оксидирования титана обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | Комментарии к записи Оксидирование титана. Часть 1. отключены
Страница 2 из 2412345...Последняя »