Конференції
  1. Головна
  2. Публікації
  3. Успіхи матеріалознавства
  4. № 7 2023 рік
  5. C. 104

Механізм включення частинок вуглецевого наноматеріалу в композиційне електролітичне металеве покриття

В. В.Титаренко 1*,
 
В. А.Заблудовський 2,
 
Ю.О.Кошман 1
 

1 Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро
2 Український державний університет науки і технологій, Дніпро
tytarenko.valentina@gmail.com

Usp. materialozn. 2023, 7:104-112
https://doi.org/10.15407/materials2023.07.011

Анотація

Методом електроосадження з водного розчину електроліту нікелювання, що містить частинки ультрадисперсного алмазу, отримано композиційні металеві покриття. Результати досліджень катодних поляризаційних залежностей свідчать про збільшення опору перенесення заряду у водному розчині електроліту внаслідок можливої адсорбції іонів металу на поверхні частинок ультрадисперсного алмазу. Сформульовано задачу спільного електролітичного осадження іонів металу та частинок ультрадисперсного алмазу в металеву матрицю. Розроблено математичну модель, яка описує механізм та кінетику катодного процесу, масоперенесення іонів металу та частинок вуглецевого наноматеріалу. Отримано задовільну кореляцію з експериментальними даними. В результаті моделювання отримано залежності густини потоку частинок ультрадисперсного алмазу у водному розчині електроліту нікелювання та їх концентрації в композиційному електролітичному покритті від розміру частинок дисперсної фази. Встановлено, що перенесення частинок дисперсної фази відбувається в основному не за дифузійним механізмом, а під дією електричного поля. Дослідження тонкої структури покриттів показали зменшення розмірів кристалітів від 104 нм для нікелю чистого до 85 нм для композиційного нікелевого покриття. Включення частинок ультрадисперсного алмазу до складу покриття ускладнює поверхневу дифузію адсорбованих на катоді атомів металу і перешкоджає зростанню зародків кристалічної фази, в результаті чого композиційні покриття формуються більш дрібнозернистими, а структура покриття у поперечному перерізі змінюється від стовпчастої до мікрошарової.


Завантажити повний текст

ЕЛЕКТРООСАДЖЕННЯ, КОМПОЗИЦІЙНІ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНІ ПОКРИТТЯ, ЧАСТИНКИ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО АЛМАЗУ

Посилання

1. Burkat, G. K., Fujimura, T., Dolmatov, V. Yu., Orlova, E. A., Veretennikova, M. V. (2005). Preparation of composite electrochemical nickel-diamond and iron-diamond coatings in the presence of detonation synthesis nanodiamonds. Diamond & Related Materials, Vol. 14, No. 11—12, pp. 1761—1764. doi: https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.08.004

2. Meihua, L., Hongnan, L., Dongai, W., Bing, L., Yan, S., Feihui, L., Yunlan, G., Linan, L., Lianjin, L., Wengang, Z. (2019). Effect of nanodiamond concentration and the current density of the electrolyte on the texture and mechanical properties of Ni/Nanodiamond composite coatings produced by electrodeposition. Materials, Vol. 12 (7), pp. 1—19 doi: https://doi.org/10.3390/ma12071105

3. Liping, Wang, Yan, Gao, Qunji, Xue, Huiwen, Liu, Tao, Xu. (2005). Effects of nanodiamond particles on the structure and tribological property of Ni-matrix nanocomposite coatings. Mater. Sci. Engineering: А, Vol. 390, No. 1—2, pp. 313—318 doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.08.033

4. Isakov, V. P., Lyamkin, A. I., Nikitin, D. N., Shalimova, A. S., Solntsev, A. V. (2010). Structure and properties of chromium-nanodiamond composite electrochemical coatings. Protection Metals and Phys. Chem. Surfaces, Vol. 46, pp. 578—581. doi: https://doi.org/10.1134/S2070205110050138

5. Tytarenko, V. V., Zabludovsky, V. A., Shtapenko, E. Ph. (2019). Structure and properties of composite nickel coatings deposited by means of programmable pulsed current under laser irradiation. Inorganic Materials: Appl. Res., Vol. 10, No. 3, pp. 589—594. doi: https://doi.org/10.1134/S2075113319030419

6. Popov, V. A., George, T. F. (2019). Development of metal matrix composites reinforced with non-agglomerated nanodiamonds. Current Res. Sci. Techno., Vol. 2, pp. 9—24. https://stm1.bookpi.org/index.php/crst-v2/article/view/474

7. Zabludovsky, V. A., Tytarenko, V. V., Shtapenko, E. Ph. (2017). Laser-enhanced electrodeposition of nickel coatings. Transactions of the IMF, Vol. 95, No. 6, pp. 337— 341. http://www.tandfonline.com/ doi/full/10.1080/00202967.2017.1355463

8. Hiroshi, Matsubara, Yoshihiro, Abe, Yoshiyuki, Chiba, Hiroshi, Nishiyama, Nobuo, Saito, Kazunori, Hodouchi, Yasunobu, Inoue. (2007). Co-deposition mechanism of nanodiamond with electrolessly plated nickel films. Electrochimica Acta, Vol. 52, No. 9, pp. 3047—3052. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.09.043

9. Xiangzhu, He, Yongxiu, Wang, Xin, Sun, Liyong, Huang. (2012). Preparation and investigation of Ni-diamond composite coatings by electrodeposition. Nanosci. Nanotechnol. Lett., Vol. 4, No. 1, pp. 48—52. doi: https://doi.org/10.1166/nnl.2012.1286

10. Tytarenko, V. V., Zabludovsky, V. A., Shtapenko, E. Ph., Tytarenko, I. V. (2019). Application of pulse current for producing a strengthening composite nickel coating. Galvanotechnik, Vol. 4, pp. 648—651. http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/bitstream/123456789/11211/1/Tytarenko.pdf

11. Gheorghies, C., Rusu, D. E., Bund, A., Condurache-Bota, S., Georgescu, L. P. (2014). Synthesis and characterization of nickel–diamond nanocomposite layers. Appl. Nanosci., Vol. 4, pp. 1021—1033. doi: https://doi.org/10.1007/s13204-014-0332-3

12. Barnard, A. S., Sternberg, M. (2007). Crystallinity and surface electrostatics of diamond nanocrystals. J. Mater. Chem., Vol. 17, pp. 4811—4819. doi: https://doi.org/10.1039/B710189A

13. Barnard, A. S. (2008). Self-assembly in nanodiamond agglutinates. J. Mater. Chem., Vol. 18, pp. 4038—4041. doi: https://doi.org/10.1039/B808511K

14. Hill, T., Lewicki, P. (2007). Statistics methods and applications. StatSoft, Tulsa, OK. Electronic Version: StatSoft, Inc. Electronic Statistics Textbook. Tulsa, OK: StatSoft. WEB. http://www.statsoft.com/textbook/stathome.html

15. Uzdenova, Aminat, Kovalenko, Anna, Urtenov, Makhamet, Nikonenko, Victor (2018). Mathematical modelling of non-stationary ion transfer in the diffusion layer adjacent to an ion-exchange membrane in galvanostatic mode. Membranes, Vol. 8 (3), pp. 84. doi: https://doi.org/10.3390/membranes8030084

16. Hansen, I. P., Makdonald, Y. R. (2003). Theоry of Simple Liquids. Academic Press. London https://books.google.com.ua/books?id=Uhm87WZBnxEC&printsec=frontcover&hl=uk&sourc e=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false

17. Shtapenko, E. Ph., Zabludovsky, V. A., Dudkina, V. V. (2015). Diffusion at the boundary between the film and substrate upon the electrocrystallization of zinc on a copper substrate. The Physics of Metals and Metallography, Vol. 116, pp. 256—260. doi: https://doi.org/10.1134/S0031918X15030126

Публікації