Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в приборостроении широко применяются электрохимические покрытия металлами и сплавами. Однако большинство применяемых электролитов имеют большой недостаток, а именно: в их состав, помимо токсичных катионов металла, входят и не менее токсичные лиганды и анионы кислот.
В связи с этим большой интерес представляют работы, направленные на уменьшение токсичности электролитов без ухудшения эксплуатационных свойств покрытий. Добавление молочной кислоты в электролиты никелирования позволяет решить данную проблему: указанная добавка является малотоксичным веществом и применяется в пищевой промышленности. Комплексы молочной кислоты с металлами легко разлагаемы на стадии очистки сточных вод.
Поэтому исследование электролитов с добавкой молочной кислоты и разработка технологий получения покрытий никелем, изучение физико-механических и электрических свойств покрытий являются актуальной задачей, представленные электролиты экологически менее опасны, малотоксичны и обеспечивают получение покрытий, удовлетворяющих требованиям приборостроения.
Цель работы – решение прикладных технологических проблем производства изделий приборостроения на базе совершенствования существующих и создания новых экологически чистых технологий электроосаждения никелевых покрытий из электролитов с добавкой молочной кислоты на постоянном и импульсном токах, позволяющих повысить качество и надежность приборов и систем.
Задачи исследования:
-
Определить оптимальные составы электролитов и режимы электролиза, позволяющие получать высококачественные покрытия никелем изделий приборостроения.
-
Разработать технологии получения качественных гальванических покрытий изделий приборостроения никелем из электролита с добавкой молочной кислоты на постоянном и импульсном электрических токах.
-
Исследовать кинетические закономерности процесса электроосаждения никеля из кислых электролитов с добавкой молочной кислоты для определения оптимальных режимов технологического процесса.
-
Исследовать физико-механические и электрические свойства покрытий никелем, а также определить области их применения в приборостроении.
-
Провести промышленные испытания разработанных технологий нанесения гальванических покрытий никелем.
Научная новизна работы:
-
Разработаны оптимальные составы электролитов, содержащие в качестве добавки молочную кислоту, для экологически более чистых технологий формирования полублестящих твердых, коррозионно- и износостойких покрытий никелем с низкими значениями переходного сопротивления и внутренних напряжений, с использованием постоянного и прямоугольного импульсного токов.
-
Экспериментально установлено влияние состава электролита и режимов стационарного и нестационарного электролиза на катодный выход по току, качество, а также на физико-механические, коррозионные и электрические свойства покрытий никелем, осажденных из кислых электролитов с добавкой молочной кислоты.
-
На основе методов хроновольтамперометрии, температурно-кинетического метода, метода вращающегося дискового электрода исследованы кинетические закономерности процесса формирования покрытий никелем из электролитов с добавкой молочной кислоты, что позволило определить оптимальные режимы технологического процесса.
-
Результатами экспериментальных данных, полученных при исследовании свойств (прочность сцепления с основой, износостойкость, микротвердость, внутренние напряжения, способность к пайке, переходное электрическое сопротивление) и топографических особенностей покрытий никелем, доказаны преимущества предложенных решений.
-
Проведена сравнительная оценка свойств покрытий никелем, полученных при использовании постоянного и импульсного токов, доказано, что применение импульсного тока позволяет получать покрытия для изделий приборостроения с улучшенным комплексом эксплуатационных свойств.
Новизна способа нанесения гальванического покрытия никелем защищена патентом РФ на изобретение.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
-
Разработаны оптимальные составы стабильных малотоксичных и экологически менее опасных электролитов на основе молочной кислоты, позволяющие получать качественные покрытия никелем на постоянном и импульсном токах с высоким катодным выходом по току, отвечающие требованиям приборостроительной промышленности.
-
На основе исследованных физико-механических, электрических и коррозионных свойств осажденных покрытий никелем определена область их применения в приборостроении в качестве защитно-декоративных (корпуса, крышки, лепестки, экраны, лицевые панели, промежуточный слой электрических контактных систем).
-
Предложенная методика измерения переходного сопротивления покрытий для определения изменения состояния поверхности и их коррозионной стойкости используется при проведении климатических испытаний.
На защиту выносятся:
-
Технология формирования покрытий изделий приборостроения никелем из кислых малотоксичных электролитов с добавкой молочной кислоты на постоянном и импульсном токах прямоугольной формы.
-
Результаты исследований кинетических закономерностей (порядок реакции по ионам никеля, природа лимитирующей стадии) электроосаждения никеля.
-
Результаты исследований влияния состава электролита (концентрации ионов никеля, молочной кислоты, хлорида натрия и сахарина в растворе, pH), режима стационарного (катодной плотности тока, температуры) и импульсного электролиза (амплитудного значения катодной плотности тока в импульсе, длительности импульса и паузы тока, частоты следования импульсов, скважности, температуры) на прочность сцепления с основой, износостойкость, внутренние напряжения, микротвердость, переходное сопротивление и паяемость покрытий изделий приборостроения.
-
Результаты сравнительной оценки влияния постоянного и импульсного токов прямоугольной формы на топографические особенности и основные свойства никелевых покрытий.
Личный вклад автора. В диссертацию вошли результаты исследований, выполненных автором самостоятельно. Формулирование цели исследования, разработка методик, обсуждение и интерпретация результатов, а также подготовка материалов к печати проводились автором совместно с научным руководителем.
Внедрение результатов исследования. Технологии формирования гальванических покрытий никелем на постоянном и импульсном токах из кислых электролитов с добавкой молочной кислоты прошли промышленные испытания на ОАО «Радиозавод», г. Пенза, и ОАО «Пензенский завод точных приборов» и рекомендованы к внедрению в производство.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторно-практических занятий по дисциплине «Химия» для студентов направления подготовки 200100 – «Приборостроение» (профиль подготовки – «Технология приборостроения», «Информационно-измерительная техника и технология»).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских научно-технических и внутривузовских научно-технических конференциях: Международная научно-практическая конференция «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2009), Международная конференция «Покрытия и обработка поверхности» (Москва, 2008, 2009, 2012), Всероссийская научно-техническая конференция «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении» (Пенза, 2008, 2009, 2010), внутривузовская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава и студентов (Пенза, 2008)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 110 наименований и четырех приложений, в последних представлена технологическая инструкция нанесения гальванических покрытий никелем, а также акты промышленных испытаний предложенных электролитов и акт внедрения результатов работы в учебный процесс. Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста и содержит 47 рисунков, 13 таблиц.
