DOI: https://doi.org/10.20998/0821.2020.01.05

ВАРІЮВАННЯ РЕЖИМІВ ЕЛЕКТРОЛІЗУ – УНІВЕРСАЛЬНИЙ МЕТОД КЕРУВАННЯ СКЛАДОМ ГАЛЬВАНІЧНИХ ПОКРИВІВ

Yuliya Sachanova, Mykola Sakhnenko, Maryna Ved’, Tetiana Nenastina, Valeria Proskurina

Анотація


Доведено можливість електросинтезу і керування складом гальванічних покривів сплавами на основі металів групи феруму з тугоплавкими металами, зокрема молібденом, з комплексного цитратного електроліту шляхом варіювання режимів електролізу. Встановлено, що постійним струмом формуються покриви з вищим вмістом оксигену, зокрема, в означених покривах фіксується більше оксидів молібдену порівняно з нанесеними уніполярним імпульсним електролізом. В останньому випадку вміст оксигену на виступах і в упадинах значно менший і становить 21 ат.% і 25 ат.%, відповідно. Показано, що при імпульсному електролізі вміст металевої форми молібдену вищий за рахунок відновлення оксидів молібдену проміжних ступенів окиснення ад-атомами водню, що утворюються в парціальній катодній реакції. Відновлення відбувається внаслідок спілловер-ефекту, реалізація якого найбільш ефективна впродовж паузи імпульсного струму. Обґрунтовано формування оксидної фази допанта безпосередньо в процесі електролізу без введення в електроліт як другої фази. Залежно від повноти перебігу цього процесу створюються умови для формування металевого покриву тернарним сплавом або металоксидним композитом, друга фаза якого складається з оксидів молібдену в проміжному ступені окиснення, тобто утворюється безпосередньо в електродному процесі. За результатами атомно-силової мікроскопії встановлено, що покриви, синтезовані в гальваностатичному режимі, можуть бути класифіковані як композитні електролітичні матеріали, тоді як катодний осад, отриманий нестаціонарним електролізом, можна віднести до металевих. Покриви, отримані в імпульсному режимі, характеризуються меншою поруватістю. Визначено вільну енергію поверхні для металевих і композитних покривів, значення якої становлять 127,74 мДж/м2 та 118,10 мДж/м2. Тестуванням електрокаталітичних властивостей тернарних сплавів Fe–Co–Mo в реакції електролітичного виділення водню отримано високі значення густини струму обміну водню як для металевих, так і композитних покривів.

Ключові слова


композитні покриви; металеві покриви; електроліз; спілловер-ефект; молібден; вільна енергія поверхні; каталітична активність; реакція виділення водню

Повний текст:

PDF

Посилання


Podlaha E., Landolt D. Induced codeposition: III. Molybdenum alloys with nickel, cobalt and iron. J. Electrochem. Soc, 1997, № 144 (5), рр. 1672-1680.

Electrodeposition FeCoNi thin film for magnetic-MEMS deviced. Yoo B.Y., Hernandez S.C., Park D.-Y. et al. J. Electrochimical Acta, 2001, Vol. 51, № 28, рр. 6217-6612.

Bouhouch L., Fadel M. Magnetic properties of the electrolytic alloys Ni–Fe. J.Physica Status Solidi, 2006, Vol. 3, № 9, рр. 3253-3256.

Toneguzzo Ph., Viau G., Acher O. et al. CoNi and FeCoNi fine particles prepared by the polyol process: Physico-chemical characterization and dynamic magnetic properties. J.Materials Science, 2000, Vol. 35, № 15, рр. 3767-3784.

Fukushima H., Akiyama T., Akagi S. et al. Role of iron–group metals in the induced–codeposition of molybdenum from aqueous solution. Transactions of the Japan Institute of Metals, 1979, Vol. 20, № 7, рр. 358-364.

Zhang Y., Ivey D.G. Electrodeposition of nanocrystalline CoFe soft magnetic thin films from citrate-stabilized baths. Materials Chemistry and Physics, 2018, Vol. 204, рр. 171-178.

Gómez E., Pellicer E., Vallés E. Electrodeposited cobalt+copper thin films on ITO substrata. J. of Electroanalytical Chem, 2001, Vol. 517, № 1–2, рр. 63-68.

Srivastava M., Anandan С., William Grips V.K. Ni–Mo–Co ternary alloy as a replacement for hard chrome. App. Surf. Science, 2013, Vol. 285, рр. 167-174.

Ramesh L., Sheshadri B.S., Mayanna S.M. Electrolytic preparation and characterization of Ni–Fe–Mo alloys: cathode materials for alkaline water electrolysis. Int. J.of Energy Research, 1999, Vol. 23, №. 10, рр. 919-924.

Гузун М.В., Бобанова Ж.И., Вида-Симити И. и др. Структура, физико-механические и эксплуатационные свойства композиционных покрытий на основе железа и его сплавов. Электронная обработка материалов, 2006, № 5, С. 20-27.

Bakhit B., Akbari A., Nasirpouri F. et al. Corrosion resistance of Ni-Co alloy and Ni-Co/SiC nanocomposite coatings electrodeposited by sediment codeposition technique. Applied Surface Science, 2014, Vol. 307, рр. 351-359.

Danilov F. I., Sknar Yu. E., Amirulloeva N. V. Kinetics of Electrodeposition of Ni-ZrO2 Nanocomposite Coatings from Methanesulfonate Electrolytes. Russian Journal of Electrochemistry, 2016, Vol. 52, №. 5, рр. 494-499.

Данилов Ф.И., Проценко В.С., Скнар Ю.Е. Электрохимический синтез и свойства композиционных покрытий на основе переходных металлов. Вопросы химии и химической технологии, 2015, № 2, С.25-45.

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.

Скнар И. В, Баскевич А. С., Скнар Ю. Е. Влияние серосодержащих органических добавок на электроосаждение никеля из метансульфоновых электролитов. Вопросы химии и химической технологии, 2011, № 4(2), С. 183-185.

M. D. Sakhnenko, M. V. Ved’, I. Yu. Ermolenko et al. Design, Synthesis, and Diagnostics of Functional Galvanic Coatings Made of Multicomponent Alloys. Mater Sci, 2017, Vol. 52, №5 , рp.680-686

Кунтий О.І. Гальванотехніка: монографія. – Львів: НУ «Львівська політехніка», 2004. – 236 с.

M. V., Sakhnenko M. D., Karakurkchi H. V. et al. Functional Properties of Fe−Mo and Fe−Mo−W Galvanic Alloys. Mater Sci, 2016, Vol. 51, №5, pp 701–710.

Sachanova Yu.I., Ved M.V., Ermolenko I.Yu. et al. Methods for controlling the composition and morphology of electrodeposited Fe–Mo and Fe-Co-Mo coatings. Surf. Eng. Appl. Electrochem., 2017, Vol. 53, № 6, рр. 525–532.

Yar-Mukhamedova G. Sh, Sakhnenko N. D., Ved’ M. V., et al. Surface analysis of Fe-Co-Mo electrolytic coatings. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2017, Vol.213, 012019– 6 p. doi:10.1088/1757-899X/213/1/012019

Gennero M.R., Chialvo A.C. Kinetics of hydrogen evolution reaction with Frumkin adsorption: Re-examination of the Volmer-Heyrovsky and Volmer-Tafel routes. Electrochimica Acta, 1998, Vol. 44, рр. 841-851.

Фрумкин А.Н. Избранные труды: Перенапряжение водорода – М.: Наука, 1988. – 240 с

Кузнецов В.В., Калинина Л.А., Пшеничкина Т.В. Электрокаталитические свойства осадков сплава кобальт-молибден в реакции выделения водорода. Электрохимия, 2008, Том 44, № 12, С. 1449-1457.

Sachanova Yu.I., Yermolenko I.Yu., Ved M.V. et al.Refractory metals influence on the properties of Fe-Co-Mo(W) electrolytic alloys. Materials Today: Proceeding, 2019, Vol. 6, рр. 121-128.

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, № 1, pр. 352. doi: 10.1186/s11671-017-2128-3.