СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ХИМИЧЕСКИ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЬ-ФОСФОР Руководитель: к.х.н., в.н.с. Цыбульская Л.С. Перевозников Сергей Сергеевич НИИ Физико-Химических Проблем БГУ

Содержание Цель работы Задачи работы Задачи работы Свойства покрытий никель-фосфор Области применения покрытий Ni-PОбласти применения покрытий Ni-P Исследование влияния состава раствора на свойства образующегося покрытия Исследование влияния состава раствора на свойства образующегося покрытия Рентгенографические исследования Исследование морфологии поверхности Выводы Результаты проведенных исследований

Цель работы Изучение основных характеристик процессов химического и электрохимического осаждения покрытий никель-фосфор, выявление взаимосвязи между составом раствора, структурой получаемых покрытий и их свойствами. Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Задачи работы 1. Определить границы применимости химического способа получения покрытий никель-фосфор. 2. Предложить составы растворов для электрохимического способа получения покрытий и установить оптимальные режимы их работы (плотность тока, температура, рН). 3. Установить влияние количественного состава покрытия на его фазовый состав. 4. Установить влияние структуры покрытия (морфологии его поверхности, фазового состава) на его электрические, механические и коррозионные свойства. Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Свойства покрытий никель-фосфор o Высокие – коррозионная стойкость – износостойкость – твердость o Низкое удельное сопротивление (около 50 мк Ом·см) Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Области применения химически осажденных покрытий Ni-P, % Авиационная промышленность 9,4 Автомобильная промышленность 9,1 Машиностроение 7,8 Компьютеры 6,2 Атомная промышленность 5,1 Текстильная промышленность 4,7 Производство насосов 4,3 Производство пластмасс 4,1 Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Растворы химического осаждения сплава никель-фосфор «Кислый» «Щелочной» Т = °С Т= °С Ni(CH 3 COO) 2 25 г/л NaH 2 PO 2 25 г/л CH 3 COONa 25 г/л глицин 20 г/л NiSO 4 35 г/л NaH 2 PO 2 25 г/л NH 4 Cl10 – 40 г/л Цитрат натрия 45 г/л NH 3 конц 37,5 мл/л Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Зависимость содержания фосфора в покрытии от концентрации гипофосфита натрия «Кислый» раствор«Щелочной» раствор необходимо поддерживать высокую температуру процесса растворы нестабильны во времени - можно использовать до 5 раз Растворы содержат дорогие органические добавки Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Растворы электрохимического осаждения сплава никель-фосфор «Сульфатный» «Сульфаматный» i k =1-5, Т=25-65 °С, рН=2,5 i k =1-8, Т=55 °С, рН=1-2 NiSO 4 7H 2 O180 г/л NiCl 2 ·6H 2 O10 г/л H 3 PO 3 1 – 25 г/л H 3 PO 4 10 г/л цитрат натрия 70 г/л Ni(SO 3 NH 2 ) г/л H 3 BO 3 40 г/л H 3 PO 3 5 – 25 г/л лаурилсульфат натрия 0,1 г/л Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Зависимость содержания фосфора в покрытии от концентрации фосфористой кислоты для сульфатного (1) и сульфаматного (2) растворов Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Зависимость содержания фосфора в покрытии от рН раствора Для сульфаматного раствора Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Зависимость содержания фосфора в покрытии от используемой плотности тока для сульфатного (1) и сульфаматного (2) растворов Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Рентгенографические исследования Фрагменты рентгенограмм (СоК ) поверхностных слоев покрытий Ni-Р, с разным содержанием фосфора, ат.%: а – 0; б - 6; в - 9; д - 16 Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Изменение структуры покрытий после прогрева Фрагменты рентгенограмм (СоК ) поверхностных слоев покрытий Ni-Р после прогрева при 300 °С в течение 1 ч с разным содержанием фосфора, ат.%: а - 6; б – 9; в - 16 Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Структурные параметры покрытий до и после прогрева Покрытие Физическое уширение β 111, рад Физическое уширение β 222, рад Параметр решетки а, нм Ni (чистый)12,3370,35233 Ni-4%P53,1820,35078 Ni-P (4 ат.%), прогрев при 300 ° С, 1 ч 30,3620,35166 Ni-P (6 ат.%)--- Ni-P (6 ат.%), прогрев при 300 ° С, 1 ч 46,9680,35166 Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Исследование морфологии поверхности Микрофотографии поверхности покрытий никель-фосфор различного состава, а) 4,6 ат.% Р; б) 8,9 ат.% Р; в) 10,8 ат.% Р; г) 18,0 ат.% Р; д) 41 ат.% Р; е) 10 ат.% Р, добавка сахарина Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Исследование микротвердости покрытий Зависимость микротвердости покрытий Ni-Р от содержания в них фосфора (1) без прогрева, (2) после прогрева при 300 °С в течение 1 ч Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Выводы Оптимальными условиями осаждения покрытия Ni-P являются: из сульфатного электролита – концентрация фосфористой кислоты - 13÷18 г/л – рН раствора - 2÷2,5 – катодная плотность тока - 4÷5 А/дм 2 – температура - 55÷65 °С. из сульфаматного электролита – рН раствора 1,5÷1,7 – концентрация фосфористой кислоты - 5÷10 г/л – катодная плотность тока - 4÷5 А/дм 2 – Температура - 50÷60 °С. Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Результаты проведенных исследований При содержании фосфора 4÷6 ат.% покрытия поликристаллические и представляют собой твердый раствор фосфора в ГЦК-решетке никеля; в интервале концентрации фосфора до 9 ат. % – покрытия аморфно-кристаллические, при содержании фосфора более 9 ат.% – рентгеноаморфные Покрытия Ni-P с малым содержанием фосфора (5÷6 ат.%) имеют большую микротвердость (6,5 ГПа), чем покрытие чистого никеля (4,2 ГПа). При дальнейшем увеличением содержания фосфора в сплаве микротвердость покрытий уменьшается. Прогрев покрытия при 300 °С приводит к значительному увеличению их микротвердости (до 8,5 ГПа) Цель Цель Задачи Свойства Применение Влияние Рентгенография Морфология Выводы Результаты ЗадачиСвойства Применение Влияние РентгенографияМорфология ВыводыРезультаты

Спасибо за внимание