Введение к работе
14 GG Q '
Акпіупльность работы. Функциональные свойства широко распространенных никелевых покрытий могут значительно повышаться при легировании их неметаллами. Значительное улучшение характеристик таких покрытий может быть достигнуто при легировании их небольшим* количеством бора, который повышает твердость, износостойкость, термостойкость, коррозионную стойкость, паяемость, свариваемость покрытий и др. Это делает их перспективными для некоторых отраслей машиностроения, когда они могут конкурировать с хромовыми покрытиями, осаждаемых из достаточно токсичных электролитов. На отдельных деталях радиоэлектроники и приборостроения покрытия никель-бор могут стать заменой покрытий из драгоценных и редких металлов.
В связи с этим представляет интерес использование добавок диметила-минборана (ДМАБ) при электрохимическом осаждении никель-борных покрытий. Более распространено химическое осаждение покрытий никель-бор из растворов с ДМАБ. К недостаткам химического метода нанесения покрытий никель-бор различного состава относятся сравнительно малые скорости процесса, большие объемы отработанных растворов, сложность контроля состава покрытий. К достоинствам ДМАБ как борсодержащей добавки относится его относительно невысокая стоимость и доступность.
Использование ДМАБ для электрохимического осаждения никелевых покрытий с малым содержанием бора остается малоизученным для оптимизации процессов с получением желаемых физико-механических характеристик покрытий.
Цель работы. Определение физико-химических закономерностей электроосаждения покрытий Ni-B из сульфатного и цитратного электролитов никелирования с применением борсодержащей добавки ДМАБ и улучшающих ПАВ. Оценка влияния составов электролитов, действия ПАВ и режимов электролиза на состав осажденных покрытий. Разработка способов очистки и регенерации электролитов осаждения. Определение различными физико-химическими методами лимитирующих стадий электродных процессов. Изучение физико-механических характеристик осаждаемых покрытий и путей их улучшения.
Научная новизна работы. Установлено, что ДМАБ в водных растворах обладает известной склонностью к гидролизу, который увеличивается с повышением температуры, ускоряясь при смещении рН раствора в кислую и щелочную сторону. Отмечено разложение ДМАБ на каталитических поверхностях, скорость которого изменяется в условиях их катодной и анодной поляризаций. Доля расхода ДМАБ на катоде с образованием никель-борных покрытий зависит от состава электролита и режима процесса. Подобраны добавки ПАВ, сильно тормозящие побочные процессы разложения ДМАБ, как в процессе электроосаждения, так и в отсутствии тока.
1 Автор приносит искреннюю благодарность доцентунстл-Иотжину J8.B. за научную консультацию в ходе постановки и проведїнйЙ'зкеЛ*ИИМеи(ГМ«юй
части, а так же при написании диссертации.
I. VasW}
Выявлено благоприятное влияние таких добавок ПАВ на скорость основных и побочных реакций с ДМАБом, состав сплава и его свойства.
Путем снятия поляризационных зависимостей установлено торможение катодного осаждения никеля добавкой ДМАБ и улучшающих ПАВ. Посредством различных физико-химических методов (вращающегося дискового электрода, хронопотенциометрии, импеданса, энергии активации и др.) определены лимитирующие стадии процессов окисления ДМАБ и включения бора. Рассчитаны доли параллельных электрохимического и химического механизмов осаждения сплава никель-бор.
Практическая значимость работы. Разработаны технологические процессы гальванического осаждения никель-борных покрытий различного функционального назначения из сульфатных и цитратных электролитов с добавкой ДМАБ. Рекомендованы добавки ПАВ, тормозящие побочные процессы реагирования ДМАБ. Определена возможность прогнозирования состава электро-осаждаемых покрытий никель-бор при использовании различных сочетаний основных технологических параметров процессов, получены математические модели процессов, позволяющие прогнозировать состав и внутренние напряжения никель-борных покрытий, полученных из сульфатного и цитратного электролитов никелирования. Разработаны методы очистки и регенерирования электролитов никелирования после их длительной эксплуатации.
На защиту выносятся следующие вопросы:
физико-химические закономерности основных стадий процессов катодного и анодного реагирования ДМАБ при введении модифицирующих добавок ПАВ в электролиты гальванопокрытий;
влияние борсодержащей добавки ДМАБ на кинетику осаждения и состав покрытий Ni-B, полученных из сульфатного и цитратного электролитов;
расходные коэффициенты ДМАБ на электрохимическое осаждение Ni-B покрытий и побочные его расходы в ходе анодного и катодного процессов и объемного гидролиза. Подбор добавок ПАВ для снижения непроизводительного расхода ДМАБ с целью повышению экономичности процессов электроосаждения Ni-B покрытий;
рекомендованные процессы электроосаждения никель-борных покрытий различного функционального назначения, составлены математические модели процессов;
методы регенерации загрязненных электролитов в ходе их длительной эксплуатации.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: V Всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы математики и естествознания» (Н. Новгород. 2003); XII Всероссийское совещание «Современные технологии гальванопокрытий» (Вятка, 2003); II, Ш всероссийская молодежная научно-техническая конференция (Н. Новгород, 2003, 2004); 8,9 Нижегородская сессия молодых ученых (Н. Новгород. 2003, 2004); Всероссийская научная конференция молодых ученых и аспирантов «Современное состояние и приоритету развития фундаментальных наук в регионах» (Анапа, 2004); Всероссийская научно-техническая конференция и выставка «Технологии и оборудо-
вание износостойких, твердых и коррозионно-стойких покрытий» (Москва, 2004); XVIII международная конференция молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2004» (Москва, 2004); VI Всероссийская научно-техническая конференция «Новые химические технологии: производство и применение» (Пенза, 2004); IV Международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки» (Нижний Новгород, 2005). Основные результаты диссертационной работы отражены в 14 публикациях, включающих 3 статьи.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 разделов, общих выводов, списка цитируемых источников (107 наименований), приложения. Материал диссертации изложен на 150 страницах машинописного текста, включает 74 рисунка, 16 таблиц.