Электроосаждение хрома в присутствии наноуглеродных материалов

• Автор: Орлова, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
Введение

Аналитический обзор.

3.1. Механизмы процесса электроосаждения хрома.

3.2. Электролиты и режимы хромирования.

3.3. Структура и свойства хромовых покрыти й.

3.4. Композиционные покрытия.

3.5. Характеристика наноалмазов НА и алмазной шихты АШ

3.6. Применение НА в процессе хромирования.

3.7. Заключение по литературному обзору

Экспериментальная часть.

4.1. Аппаратура и основные методы исследования.
4.1.1. Характеристика исходных веществ.
4.1.2. Приготовление электролитов хромирования с
добавками НА и АШ и условия проведения экспериментов
4.1.3. Методика анализа компонентов электролитов
хромирования.
4.1.4. Методика снятия поляризационных кривых
4.1.5. Методика измерения электрической проводимости и
обработка результатов
4.1.6. Методика оценки рассеивающей способности
электролитов.
4.1.7. Определение вязкости электролитов.
4.1.8. Методика определения выхода хрома по току.
4.1.9. Методика измерения микротвердости.
4.1 Методика оценки износостойкости
4.1 Методика определения микроструктуры и фазового
состава хромовых покрытий.
4.2. Результаты экспериментальных измерений и их обсуждение
4.2.1. Влияние добавок наноугдерода на процессы, протекающие при электровосстановлении хромовой кислоты.
4.2.1.1. Влияние температуры на катодную поляризацию выделения хрома в стандартном электролите хромирования
4.2.1.2. Влияние НА и АШ на реакцию неполного восстановления хрома
4.2.1.3. Влияние АШ и НА на катодную поляризацию выделения хрома.
4.2.1.4. Влияние АШ и НА на катодную поляризацию выделения водорода
4.2.1.5. Влияние добавок НА и АШ на выход хрома по току
4.2.1.6. Оценка действия добавок, как ПАВ.
4.2.1.7. Выводы о влиянии добавок НА и АШ на процесс электроосаждения хрома из универсального электролита хромирования
4.2.2. Влияние наноуглеродных материалов на свойства электролита хромирования
4.2.2.1. Влияние температуры на электрическую
проводимость стандартного электролита хромирования
4.2.2.2. Влияние АШ и НА на электрическую
проводимость стандартного электролита хромирования
4.2.2.3. Влияние НА и АШ на рассеивающую
способность электролита.
4.2.2А Выводы по влиянию наноуглеродных материалов на свойства электролита
хромирования
4.2.3. Влияние наноуглеродных материалов на свойства
хромовых покрытий.
4.2.3.1. Влияние НА и АШ на фазовый состав покрытия
4.2.3.2. Влияние АШ и НА на микроструктуру хромовых осадков
4.2.3.3. Влияние АШ на микротвердость хромовых покрытий до и после термообработки
4.2.3.4. Влияние НА на микротвердость хромовых покрытий до и после термообработки
4.2.3.5. Влияние НА и АШ на износостойкость хромовых покрытий.
4.2.3.6. Выводы по влиянию наноуглеродных материалов на структуру и физико механические свойства хромовых покрытий.
Выводы
Литература


Установлено, что обе добавки обладают свойствами поверхностно - активных веществ. Практическая ценность. Разработана технология получения композиционного хром - алмазного покрытия с улучшенными функциональными свойствами. НА и АШ на микротвердость, износостойкость и структуру хромовых покрытий. Основным промышленным методом получения хромовых покрытий является электролиз водных растворов хромовой кислоты. Электроосаждение хрома из растворов его трехвалентных соединений не получило широкого практического применения из - за нестабильности раствора и более низких микротвердости и износостойкости покрытий по сравнению с хромом, получаемым из растворов его шестивалентных соединений. К тому же эти электролиты могут быть применены только для получения покрытий толщиной до 5 мкм [4]. Поэтому в практике наиболее широкое распространение по -прежнему имеют электролиты на основе Сг6+. Исследования в области теоретического объяснения процессов электрохимического осаждения хрома из хромовой кислоты начались одновременно с развитием технического хромирования. Однако механизм электроосаждения металлического хрома выяснен еще недостаточно. До сих пор не имеется единой, общепризнанной теории, которая могла бы объяснить всю совокупность наблюдаемых явлений. Сг~ + #* + 6е = 3+ +7Н. Сг]’ + #+ +6е = 2СЮНи + 5НЕ° =+1,8/? СггО]- +1 ОН* + 6е = 2Сг(ОН) +3Н. Е° =+1,5/? НСгО; + 1Н* +3е = Сги + 4Н. Е° = +1,2? Н* +3е = Сг(0НУ2+2Н? НСгО; + 1Н* +4е = Сги + 4Н. Н'+6е-Сг°+ 4Н ? Сг(ОН)'2 +2IV +е - Сги + 2 Н. СгОН2" + Н* +е-Сг2* + Н. О3* + е = Сг2* ? Сг3*+Зе = а° ? Сг2* +2е = Сг° ? Электроосаждение металлического хрома из растворов хромовой кислоты возможно лишь в присутствии посторонних анионов (например Т*~). В отсутствии активных анионов на электроде идет только процесс выделения водорода. Роль " и других анионов в механизме процесса хромирования состоит в том, что они растворяют образующиеся на катоде осадки оксидов Сг3+ и О2*, превращая их в соответствующие сернокислые соли, а также способствуют образованию на поверхности катода пленки [6 - 9]. Своеобразное влияние посторонних анионов на скорость восстановления хромовой кислоты связано, по мнению Баграмяна А. Т. и Жамагорцянц М. А. [], с тем, что с одной стороны, анионы способствуют образованию пленки и повышению выходов хрома по току. С другой стороны, анионы увеличивают скорость образования растворимых соединений трехвалентного хрома в результате образования комплексных соединений, что действует в направлении разрушения пленки. Двоякое действие посторонних анионов является причиной того, что выход хрома по току проходит через максимум в зависимости от концентрации добавляемых анионов (рис. Из рисунка 1 видно, что максимальное значение выхода хрома по току достигается при определенном соотношении между концентрацией Н2СЮ4 и постороннего аниона, близком к 0:1. Рис. Влияние концентрации активного аниона Са на выход хрома по току: 1 - $//? Г'; 3 - ? Большинство исследователей считают, что выделение металлического хрома непосредственно связано с образованием у поверхности электрода катодной пленки, строение, состав и условия формирования которой определяют структуру покрытия и основные кинетические закономерности электродного процесса [ - ]. Авторы [] предполагают, что в состав пленки входят хромат - ион, продукты его неполного восстановления и вводимые в электролит посторонние анионы. Осаждение металлического хрома происходит при этом из продуктов, образующих пленку. Природа катодной пленки изучалась Баграмяном А. Т. с сотрудниками []. Показано, что в растворе хромовой кислоты в присутствии сульфат - ионов на поверхности катода могут существовать пленки различной природы: катодные пленки I типа возникают в процессе электролиза хромовой кислоты в присутствии посторонних ионов, оксидные пленки II типа возникают при электролизе хромовой кислоты без присутствия сульфат - иона или без тока в результате взаимодействия хромовой кислоты с катодом. Пленка I типа способствует восстановлению хромовой кислоты до металлического хрома. Пленка II типа оказывает тормозящее воздействие этому процессу.