Катодное осаждение – анодное растворение сплава железо-никель и структурные превращения в электролитах сплавообразования

Катодное осаждение – анодное растворение сплава железо-никель и структурные превращения в электролитах сплавообразования

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

2006

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Электролитические сплавы железо-никель используются в качестве износостойких и защитно-декоративных покрытий. Высокая скорость осаждения железоникелевых сплавов, возможность варьировать их физико-механические и физико-химические свойства путем изменения состава электролита и режима электролиза позволяют формировать покрытия необходимого состава с заданными свойствами. Скорость катодного осаждения сплавов во многом обусловливается не только составом, но и структурой электролитов сплавообразования что проявляется через термодинамические и транспортные свойства. Следовательно, выявление взаимосвязи кинетики электрохимических реакций со структурными превращениями в растворе позволяет определить оптимальные параметры процесса электроосаждения сплава железо-никель. Для получения железоникелевых покрытий часто используют электролиты на основе хлоридов, но литературные данные о кинетике совместного осаждения железа и никеля из хлоридсодержащих растворов ограничены.

Применение гальванопокрытий сплавами железо-никель поднимает вопрос об их коррозионной устойчивости, что требует детального изучения механизма и кинетики парциальных анодных реакций на данных материалах. Однако вопросы анодного растворения сплавов железа с никелем, особенно на начальном этапе, должного отражения в литературе не нашли. Таким образом, разработка новых и углубление существующих теоретических положений о катодном осаждении сплавов железо-никель и их анодном растворении, установление взаимосвязи скорости электрохимических реакций со структурными превращениями в растворах электролитов является актуальной научной и прикладной задачей.

Диссертационная работа выполнена в рамках плановых научных исследований кафедры «Технология электрохимических производств» в соответствий с тематикой НИР по направлению 09В.05, а также научно-технической программой СГТУ, НТП ГК РФ «Восстановление» и проектом РФФИ (грант СГГУ).

Цель работы состояла в выявлении взаимосвязи структурных превращений в хлористых электролитах сплавообразования с кинетикой электрохимических процессов и установлении механизма и кинетических параметров анодного растворения сплава железо-никель в хлористых электролитах. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• изучить физико-химические и термодинамические свойства концентрированных водных растворов, содержащих основные компоненты электролитов осаждения сплава железо-никель и установить взаимосвязь кинетики электродных процессов со структурными превращениями в растворах;

• исследовать кинетику совместного осаждения железа и никеля из хлористых электролитов сплавообразования;

• изучить влияние состава электролита, режима электролиза и материала анода на свойства сплава железо-никель (микротвердость, шероховатость, коррозионную стойкость);

• выявить механизм и кинетические закономерности анодного растворения сплава железо-никель в нестационарных условиях.

Научная новизна работы

Впервые доказано наличие структурных превращений в сульфатных и хлористых однокомпонентных и бинарных растворах, содержащих катионы Ni2+ и Fe2+. Показана возможность формирования полиионной структуры в области концентраций, близких к насыщению. В рамках теории Эйринга рассчитаны термодинамические характеристики вязкого течения (An, AS), подтверждающие наличие структурных превращений в изучаемых растворах. Сконструирована полиномиальная модель вязкого течения изучаемых растворов. Получены новые данные по кинетике совместного осаждения железа и никеля из хлористых электролитов. Систематические данные по влиянию состава электролита, режима электролиза и материала анода на свойства сплава железо-никель, осажденного из хлористых растворов. Впервые установлено, что в нестационарных условиях гальванический сплав железо-никель растворяется селективно, с преимущественной ионизацией железа. В рамках модели нестационарной объемной диффузии рассчитаны кинетические параметры селективного растворения изучаемого сплава (коэффициенты диффузии железа в твердой фазе, эффективная толщина обогащенного никелем поверхностного слоя).

Практическая значимость результатов работы. Показано, кто покрытия сплавом железо-никель, содержащие 60% Ni и 40% Fe, обладают свойствами, позволяющими использовать их в качестве твердых износостойких и коррозионно-стойких покрытий. Показана принципиальная возможность графита в качестве нерастворимого анода при электролитическом осаждении сплава железо-никель. Получены данные по плотности и вязкости железо- и никельсодержащих хлористых и никельсодержащих сульфатных растворов в широком диапазоне изменения концентрации компонентов и температуры. Полученные с помощью системы MATLAB 6.1 полиномиальные модели позволяют рассчитать динамическую вязкость изучаемых растворов в области концентраций электроосаждения сплавов. Высказано предположение о механизме коррозионного разрушения сплава железо-никель в кислых хлоридных средах.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Данные по концентрационным и температурным изменениям в структуре концентрированных одно- и двухкомпонентных водных растворов NiS04