КЕРУВАННЯ СКЛАДОМ І ВЛАСТИВОСТЯМИ БІНАРНИХ І ТЕРНАРНИХ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНИХ ВОЛЬФРАМВМІСНИХ ПОКРИВІВ

Nikolay Sakhnenko; Maryna Ved’; Iryna Yermolenko; Ann Karakurkchi; Gulmira Шарифовна Yar-Mukhamedova

Автор(и)

Nikolay Sakhnenko Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
Maryna Ved’ Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»,
Iryna Yermolenko Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
Ann Karakurkchi Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
Gulmira Шарифовна Yar-Mukhamedova Казахський національний університет ім. Аль-Фарабі, Казахстан

Ключові слова:

електролітичні сплави, імпульсний електроліз, вольфрамвмісні покриви, морфологія поверхні, мікротвердість

Анотація

Встановлено вплив режимів електролізу на склад і морфологію поверхні бінарних Co(Fe)-W і тернарних Fe-Co-W сплавів. Доведено, що нанесені в імпульсному режимі покриви бінарними сплавами відрізняються більш рівномірним розподілом компонентів по поверхні, меншим вмістом оксигену і глобулярною морфологією. Це пояснюється особливостями електрокристалізації сплавів в умовах нестаціонарного електролізу: під час імпульсу відбувається відновлення Fe³⁺ до Fe²⁺, а оксовольфраматів – до оксидів вольфраму у проміжному ступені окиснення. В період паузи реалізуються процеси адсорбції реагентів, відновлення Fe²⁺ до металічного стану, хімічного відновлення проміжних оксидів вольфраму ад-атомами гідрогену та хімічна реакція вивільнення лігандів. Застосування імпульсного струму дозволяє осаджувати тернарні Fe-Co-W з більш рівномірною поверхнею і розширити діапазон вмісту тугоплавкого компоненту в сплаві, а вихід за струмом процесу підвищується практично вдвічі до 70 – 75 % порівняно із гальваностатичним. Показано, що за фазовим складом бінарні покриви є твердими розчинами вольфраму в α-Fe або α-Co, тоді як тернарний Fe-Co-W є аморфно-кристалічним і містить фази інтерметалідів Co₇W₆ і Fe₇W₆, а також α-Fe та цементиту Fe₃C. Доведено можливість керування складом і морфологією поверхні вольфрамвмісних покривів із залізом та/або кобальтом застосуванням різних режимів та параметрів електролізу – постійного та імпульсного струму з варіюванням густини струму, тривалості імпульсу/паузи. Імпульсний електроліз сприяє підвищенню вмісту тугоплавкого компоненту та ефективності електролізу. Електролітичні сплави переважають за мікротвердістю основу зі сталі у 3–4 рази, причому підвищення вмісту вольфраму забезпечує підвищення механічних характеристик, за рахунок утворення інтерметалідів та аморфної структури покривів. За показниками покриви сплавами Co(Fe)-W і Fe-Co-W можуть ефективно використовуватись для зміцнення поверхонь зі сталі та чавуну, а також у ремонтних технологіях для відновлення спрацьованих деталей з наданням поверхні підвищених фізико-механічних властивостей.

Біографії авторів

Nikolay Sakhnenko, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри фізичної хімії, Харків, тел.: (050) 289–89–97

Maryna Ved’, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

доктор технічних наук, професор, професор кафедри загальної та неорганічної хімії, Харків;

тел.: (050) 161–80– 36

Iryna Yermolenko, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

доктор технічних наук, старший дослідник, cтарший науковий співробітник науково-дослідної лабораторії, Харків, тел.: (050) 302-05-34

Ann Karakurkchi, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

кандидат технічних наук, начальник навчального відділу Військового інституту танкових військ, Харків; тел.: (063) 417–35–44

Gulmira Шарифовна Yar-Mukhamedova, Казахський національний університет ім. Аль-Фарабі

доктор фізико-математичних наук, професор, професор кафедри фізики твердого тіла, Алмати, тел.: +7(701) 484–74–94

Посилання

Hanafi I., Daud A.R., Radiman Sh. Potentiostatic Electrodeposition of Co-Ni-Fe Alloy Particles Thin Film in a Sulfate Medium, Portugaliae Electrochimica Acta, 2017, vol. 35, no 1, pp. 112 https://doi.org/10.4152/pea.201701001.

Cesiulish H., Budreikaz A. Electroreduction of Ni(II) and Co(II) from Pyrophosphate Solutions. Materials science, 2010, vol. 16, no 11, pp. 52–56.

Ved M., Sakhnenko N., Bairachnaya T., Tkachenko N. Structure and

properties of electrolytic cobalt-tungsten alloy coatings, Functional materials. 2008, vol. 15, no 4, pp. 613-617.

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.

Tsyntsaru N.I., Bobanova Zh.I., Kroitoru D.M. Effect of a multilayer structure and fubrication on the tribological properties of coatings of Fe-W alloys. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2010, vol. 46, pp. 538–546. https://doi.org/10.3103/S1068375510060025.

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.

Kuznetsov V.V., Golyanin K.E., Pshenichkina T.V. Electrodeposition of iron-molybdenum alloy from ammonia-citrate electrolyte. Russian Journal of Electrochemistry, 2012, vol. 48, no 11, pp. 1107-1112. https://doi.org/10.1134/S1023193512110109.

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.

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.

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.

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

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.

Yermolenko I.Yu., Ved’ M.V., Karakurkchi A.V. et al. The electrochemical behavior of Fe3+–WO42––Cit3– and Fe3+–MoO42––WO42––Cit3– systems. Issues of Chemistry and Chemical Technology (Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii), 2017, no 2,

pp. 4-14.

Karakurkchi A.V., Ved’ M.V., Sakhnenko N.D. et al. Functional

properties of multicomponent galvanic alloys of iron with molybdenum and tungsten. Functional Materials, 2015, vol. 22,

no 2, pp. 181-187. DOI: http://dx.doi.org/10.15407/fm22.02.181.

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.

Donten M., Cesiulis H., Stojek Z. Electrodeposition and Properties of Ni-W, Fe-W and Ni-Fe-W Amorphous Alloys. A Comparative Study. Electrochimica Acta, 2000, vol. 45, pp. 3389-3396. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(00)00437-0.

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 electro-deposition 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.

Esther P., Kennady J., Saravanan P., Venkataehalam T. Structural and Magnetic Properties of Electrodeposited Ni-Fe-W Thin Films. Journal of Non-Oxide Glasses, 2009, vol. 1, no 3, pp. 301-309.

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.

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.

Kublanovsky V., Bersirova O., Yapontseva Yu.et al. Cobalt-Molyb-denum-Phosphorus Alloys: Electroplating and Corrosion Properties // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2009, vol. 45, no5, pp. 588–594. https://doi.org/10.1134/ S2070205109050165.

Podlaha E.J., Landolt D. Induced Codeposition II. A Mathematical Model Describing the Electrodeposition of Ni–Mo Alloys. J. Electrochem Soc., 1996, vol.143, no 3, pp. 893–898. DOI: 10.1149/1.1836554.

Sun S., Bairachna T., Podlaha E.J. Induced Codeposition Behavior of Electrodeposited NiMoW Alloys. J. of Electrochemical Society, 2013, vol. 160, no 10, D434-D440; doi:10.1149/2.014310jes

Podlaha E.J., Landolt D. Induced codeposition: III. Molybdenum alloys with nickel, cobalt and iron. J. Electrochem. Soc, 1997, vol.144, pp. 1672-1680. DOI: 10.1149/1.1837658.

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

p.

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, no48, pp. 419-428. https://doi.org/10.1007/s11106-009-9150-7.