DOI: https://doi.org/10.20998/0821.2020.01.03

СКЛАД І МОРФОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНИХ ПОКРИВІВ CO-W-ZRO2

Tetiana Nenastina, Maryna Ved’, Valeria Proskurina

Анотація


Доведено можливість електросинтезу і керування складом і морфологією поверхні композиційних електролітичних покривів кобальту з тугоплавкими металами варіюванням густини імпульсного струму. Композити на основі кобальту, осаджені на підкладку з міді з білігандних цитратно-пірофосфатних електролітів при густині імпульсного струму 4 А/дм2, відрізняються розгалуженою поверхнею і більш рівномірним розподілом компонентів по поверхні, підвищеним вмістом вольфраму, що майже у 5 разів переважає покриви, осаджені при 10 А/дм2, та зниженням відсотку оксигену удвічі (до 5,5 %). Це пояснюється гальмуванням реакції виділення газоподібного водню та участю ад-атомів гідрогену у хімічному відновленні проміжних оксидів вольфраму до металу під час переривання поляризації. Покриви, осаджені із застосуванням імпульсного струму, можна вважати композитами складу Co-W-ZrO2, в яких оксидна фаза утворюється безпосередньо в електродному процесі як інтермедіат неповного відновлення вольфраматів. Топографія плівок відрізняється наявністю зерен еліптичної і сферичної форми з розмірами кристалітів 80 – 180 нм. На основній поверхні зустрічаються виступи (крупні зерна) діаметром 1 – 3 мкм. Фрактальна розмірність поверхні становить 2,77, що свідчить про 3D механізм роста кристалів при формуванні покриву. За параметрами шорсткості поверхні Ra і Rq покриви відносяться до 9 класу шорсткості. За фазовим складом композити є переважно аморфними матеріалами, які містять нанокристалічний кобальт та інтерметаліди Co3W і Zr3Co. Завдяки кількісному і фазовому складу, морфології і фрактальності поверхні мікротвердість і корозійна стійкість систем Co-W-ZrO2, одержаних за густини струму 4 А/дм2, на 20 % перевищують параметри покривів, одержаних при 10 А/дм2, і у 3 рази переважає відповідні характеристики підкладки.

Ключові слова


композиційні електролітичні покриви; імпульсний електроліз; вольфрам; кобальт; цирконій; фрактальний аналіз поверхні

Повний текст:

PDF

Посилання


Sidel`nikova S.P., Volodina G.F., Grabko D.Z., Dikusar A.I. Electrochemical obtaining of Co-Mo coatings from citrate solutions containing EDTA: composition, structure, and micromechanical properties, J. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2007, vol. 43, no 6, pp. 425 – 430. https://doi.org/10.3103/S1068375507060038.

Ved’ M.V., Sakhnenko M.D., Karakurkchi H.V. et al. Functional Properties of Fe−Mo and Fe−Mo−W Galvanic Alloys, Materials science, 2016, vol. 51, no 5, pp.701-710. DOI: 10.1007/s11003-016-9893-5

Ahmad J., Asami K., Takeuchi A. et al. High Strength Ni-Fe-W and Ni-Fe-W-P Alloys Produced by Electrodeposition, Materials Transactions, 2003, vol. 44, no10, pp. 1942-1947.

Subramania A., Priya A.R., Muralidharan V.S. Electrocatalytic cobalt-molibdenum alloy deposits, Int.J.Hydrogen Energy, 2007, vol.32, no 14, pp. 2843-2847. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.12.027.

Tsyntsaru N., Cesiulis H., Donten M. Et al. Modern Trends in Tungsten Alloys Electrodeposition with Iron Group Metals. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2012, 48(6), 491520. https://doi.org/10.3103/S1068375512060038.

Mardani R., Shahmirzaee H., Mohammad H., Vahdani R. Electrodeposition of Ni32Fe48Mo20 and Ni52Fe33W15 alloy film on Cu microwire from ionic liquid containing plating bath. Surface and Coatings Technology, 2017, vol. 324, pp. 281-287. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.05.087

Silkin, S.A., Belevskii, S.S., Gradinar’, A.S. et al. Electrodeposition of nanocrystalline Co-W coatings from citrate electrolytes under controlled hydrodynamic conditions part 3: The micro- and macrodistribution of the deposition rates, the structure, and the mechanical properties Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2010, vol. 46, pp. 206-212. https://doi.org/10.3103/S1068375510030026.

Yar-Mukhamedova G.Sh., Sakhnenko N.D., Ved' M.V. et al. Surface analysis of Fe-Co-Mo electrolytic coatings, 2017 4th Global Conference on Polymer and Composite Materials (PCM 2017), IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, V. 213, 012019. doi:10.1088/1757-899X/213/1/012019.

Sakhnenko M.D., Ved’ M.V., Ermolenko I.Yu. et al. Design, Synthesis, and Diagnostics of Functional Galvanic Coatings Made of Multicomponent Alloys. Materials Scitnce, 2017, vol. 53, no 5, pp. 680–686. https://doi.org/10.1007/s11003-017-0009-7.

Yapontseva, Y.S., Dikusar, A.I. & Kyblanovskii, V.S. Study of the composition, corrosion, and catalytic properties of Co-W alloys electrodeposited from a citrate pyrophosphate electrolyte. J. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2014, vol. 50pp. 330-337. https://doi.org/10.3103/S1068375514040139.

Gomez E., Pellicer E., Vallès E. Influence of the bath composition and the pH on the induced cobalt-molybdenum electrodeposition. J. Electroanalytical Chemistry, 2003, vol. 556, pp. 137-145. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(03)00339-5.

Prasad S., Marinho F.A., Santana F.S.M. Control and optimization of baths for electrodeposition of Co-Mo-B amorphous alloys. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 2000, vol.17, no 4-7, pp.423-432 http://dx.doi.org/10.1590/S0104-66322000000400007.

Gomez E., Pellicer E., Alcobe X., Valles E. Properties of Co–Mo coating obtained by electrodeposition at pH 6.6. J. Solid State Eletrochemistry, 2004, vol. 8, pp. 497-504. https://doi.org/10.1007/s10008-004-0495-z.

Kublanovskii V.S., Yapontseva Yu.S., Troshchenkov Yu.N. et al. Corrosion and magnetic propetries of electrolytic Co-Mo alloys. Russian J. Applied Electrochemistry, 2010, vol. 8, no 3, pp. 440-444. DOI: 10.1134/S1070427210030134.

Shulman A.I., Belevskii S.S., Yushchenko S.P., Dikusar A.I. Role of Complexation in Forming Composition of Co–W Coatings Electrodeposited from Gluconate Electrolyte. J. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2014, vol. 50, no 1, pp. 9-17. https://doi.org/10.3103/S106837551401013X.

Sillen L.G., Martell A.E. Stability constants of Metal ion Complexes. – London.: –The chemical society, 1971. – 865 p.

Bednar A.J., Jones W.T., Boyd R.E. et al. Geochemical parameters i

nfluencing tungsten mobility in soils. Journal of Environmental Quality, 2008, vol. 37, no 1, pp. 229-233. doi: 10.2134/jeq2007.0305.

Belevskii, S.S., Kosova, A.P., Yushchenko, S.P. et al. Changes in the properties of a citrate electrolyte used to manufacture cobalt-tungsten coatings. J. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2011, vol. 47, 4. https://doi.org/10.3103/S1068375511010042.

Zieliński M., Miękoś E. Influence of constant magnetic field on the electrodeposition of Co–Mo–W alloys. J. Applied Electrochemistry, 2008, vol. 38, 1771. https://doi.org/10.1007/s10800-008-9628-x.

Tsyntsaru N., Cesiulis H., Budreika A. et al. The effect of electrodeposition conditions and post-annealing on nanostructure of Co–W coatings. Surface and Coatings Technology, 2012, vol. 206, no 19-20, pp. 4262–4369. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.04.036.

Yar-Mukhamedova G., Ved’ M., Sakhnenko N., Nenastina T. Electrodeposition and properties of binary and ternary cobalt alloys with molybdenum and tungsten, Applied Surface Science, 2018, vol. 445, pp.298-307. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.03.171.

Jiang L., Lu J., Pan S. et al. Effect of rare earth salt and perpendicular magnetic field on corrosion resistance and microstructure of CoMoP film in chloride solution. International Journal of Electrochemical Science, 2010, no7, pp. 2188-2200.

Bobanova Zh.I., Dikusar A.I., Cesiulis H. et al. Micromechanical and tribological properties of nanocrystalline coatings electrodeposited from citrate-ammonia solutions. Russian J. Electrochemistry, 2009, vol. 45, no 8, pp. 895-901. https://doi.org/10.1134/S1023193509080096.

Tsyntsaru N., Dikusar A., Cesiulis H. et al. Tribological and Corrosive Characteristics of Electrochemical Coatings Based on Cobalt and Iron Superalloys. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 2009, no 48, pp. 419-428. https://doi.org/10.1007/s11106-009-9150-7.

Yermolenko I.Y., Ved M.V., Sakhnenko N.D., Sachanova Y.I. Composition, morphology, and topography of galvanic coatings Fe-Co-W and Fe-Co-Mo, Nanoscale research letters, 2017, vol. 12, no 1, 352. doi: 10.1186/s11671-017-2128-3.

McCall J. Interpretive techniques for microstructural analysis. New York-London, Springer Science & Business Media Press., 2012. 202 p.

Karakurkchi A., Sakhnenko N., Ved’ M. et al. Application of oxide-metallic catalysts on valve metals for ecological catalysis. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2017, 5/10 (89) pp. 12–18. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.109885.