Применение моделирования при прогнозировании структуры и физико-механических свойств тройных электроосажденных сплавов Ni-Fe-Cr, Ni-Co-Cr и Fe-Ni-Co

• Автор: Шмидт, Вадим Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 170 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Электроосаждение сплавов

1.2. Электроосаждение из растворов компьютерное моделирование

1.3. Структура элсктроосаждснных сплавов.

1.3.1. Фазовое строение сплавов на основе металлов подгруппы железа

1.3.2. Текстура электролитических покрытий.

1.3.3. Дефектность кристаллической структуры.

1.3.4. Наноматериалы и наноструктура.
1.4. Физикохимические и физикомеханические свойства
1.5. Заключение
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ФОРМИРУЮЩЕЙСЯ СТРУКТУРЫ
ТРОЙНЫХ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ СПЛАВОВ
2.1. Основные этапы моделирования
2.1.1. Фазовое строение
2.1.2. Химический состав.
2.1.3. Выбор основы
2.1.4. Соотношение сил адгезии и когезии.
2.1.5. Расчет поляризации
2.1.6. Адгезионная прочность и смачиваемость подложки
2.1.7. Расчет энергетических характеристик.
2.1.8. Определение механизма зародышеобразования и роста.
2.1.9. Работа зародышеобразован ия.
2.1 Расчет работы и вероятности роста зародышей при
ориентированной электрокристаллизации
2.2. Учет структуры реальных кристаллов.
2.2.1. Размер зерна
2.2.2. Дефектность кристаллической структуры.
2.2.3. Наличие включений
2.3. Набор функциональных свойств
2.3.1. Микротвердость
2.3.2. Блеск.
2.4. Применение термодинамического моделирования к
реальным процессам электрокристаллизации.
2.4.1. Анизотропная элсктрокристаллизация сплава ЫГСоСг
2.4.2. Анизотропная электрокристаллизация двухфазного сплава СоМСг.
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.
3.1. Получение электролитических сплавов.
3.2. Определение химического состава сплавов.
3.2.1. Фотоэлектроколориметрический метод.
3.2.2. Метод потенциометрического титрования
3.3. Метод рентгеноструктурного анализа
3.3.1. Качественный фазовый анализ.
3.3.2. Прецизионное определение параметров кристаллической решетки.
3.3.3. Методика исследования текстур сплавов
3.3.4 .Микрорентгеноспектральиый анализ
3.4. Электронномикроскопические исследования.
3.4.1. Просвечивающая электронная микроскопия.
3.4.2. Отражательная электронная микроскопия
3.5. Исследования катодной поляризации.
3.6. Определение прикатодного слоя.
3.7. Определение физикомеханических свойств покрытий.
3.7.1. Определение микротвердости
3.7.2. Определение удельного электросопротивления
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ
ТРОЙНЫХ СПЛАВОВ
4.1. Процесс элсктроосаждения сплавов РЛСоСг, РЛРеСг и БеРЛСо.
4.2. Влияние добавок и третьего легирующего компонента на процесс электроосаждения сплавов РЛСоСг, РЛРеСг и РеРЛСо
4.3. Разработка экологически безопасных электролитов осаждения
и малоотходной водосберегающей технологии.
ГЛАВА 5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРОЙНЫХ
ЭЛЕКТРООСАЖДЕНННЫХ СПЛАВОВ
5.1. Фазовый состав электроосажденных сплавов РЛСоСг,
РЛРеСг и РсРЛСо.
5.2. Текстура электроосажденных сплавов РЛСоСг, РЛРеСг и РеРЛСо
5.3. Наноструктура электроосажденных сплавов РЛСоСг,
РЛРеСг и РеРЛСо.
5.4. Физикомеханические свойства электроосажденных сплавов РЛСоСг, РЛРеСг и РеРЛСо.
ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


По экономичности, избирательности и ряду специфических свойств предпочтение отдается трехкомпонентным сплавам по сравнению с бинарными. По изучение процесса электроосаждения и формирующейся структуры текстуры многокомпонентных осадков тормозится изза сложного состава раствора осаждения, трудоемкости определения фазового строения, дефектности структуры, расчетом преимущественной ориентации кристаллитов и ряда других осложняющих факторов. Очевидно, именно этим объясняется фактическое отсутствие систематических исследований по формированию тройных электроосаждснных сплавов и их основных физикомеханических свойств. Решение этой актуальной проблемы возможно только при сочетании математического моделирования формирующейся структуры, позволяющего описать ее основные закономерности и спрогнозировать, ожидаемые физикомеханические свойства, и экспериментальных исследований, дающих возможность охарактеризовать индивидуальные особенности структуры электролитических покрытий и определить оптимальные условия получения осадков с требуемыми физикохимическими и физикомеханическими свойствами. Вторая задача экспериментальное исследование основана на правильном выборе современных методов исследования и анализа в соответствии с поставленной целью. В качестве теории, способной описать процесс формирования структуры и текстуры тройных электроосажденных сплавов, выбрана теория ориентированной электрокристаллизации ТОЭ, так как только она способна рассчитать качественный фазовый состав и преимущественную ориентацию кристаллитов с учетом адсорбционных процессов. Основная трудность в изучении макро и микроструктуры электроосажденных слоев большая дистанция между экспериментальными и теоретическими исследованиями и оторванность от практики, требующей получения гальванических покрытий с заданными свойствами на основании сочетания теоретических концепций в электрохимии и химической технологии. В настоящей работе предпринята попытка решить эту проблему в первом приближении с помощью метода математического моделирования в сочетании с экспериментальным изучением процесса осаждения сплавов РеМСо, ЫРсСг, РПСоСг, закономерностей и особенностей формирующейся структуры, позволяющих прогнозировать основные физикомеханические свойства. В первой главе рассмотрены основные требования при разработке электролита осаждения, проанализировано влияние условий электролиза на процесс осаждения тройных и бинарных сплавов на основе металлов подгруппы железа, описаны методы компьютерного моделирования, исследования структуры, в том числе текстуры. Во второй главе приведены основные этапы термодинамического моделирования и примеры расчета фазового состава сплава, химического
состава раствора, текстуры и адгезионной прочности тройных сплавов. В третьей главе описаны основные методики исследования. В четвертой главе с помощью ТОЭ предложены растворы осаждения для сплавов РеЫьСг, РсЫ1Со, РеСг, ЫьСоСг, по своим технологическим характеристикам превосходящие электролиты, приведенные в литературе. В пятой главе с помощью ТОЭ обоснованы экспериментальные данные по исследованию макро и микроструктуры электроосажденных тройных сплавов. Обсуждаются новые экспериментальные факты, в частности, механизм формирования наночастиц в сплаве СоСг. Показана корреляция между структурными параметрами и основными физикомеханическими свойствами покрытий микротвердостью и удельным электросопротивлением. В заключении делается вывод, что метод термодинамического моделирования, основанный на ТОЭ, обладает прогностическими возможностями и способствует оптимизации реального процесса осаждения. В конце диссертации приведены выводы и цитируемая литература. ГЛАВА 1. Элсктроосажденные сплавы превосходят индивидуальные металлы и многие металлургические сплавы по чистоте осадка, более широкому спектру свойств. В последние десятилетия усиливается внимание исследователей к получению трехкомпонентных сплавов, позволяющие экономить дорогостоящие металлы за счет легирования третьим компонентом и обладающие большей избирательностью. РЛп, РЛ8п, Си8п и др.