Физико-химические свойства никелевых покрытий, полученных из электролитов с наноуглеродными добавками - Дипломная работа

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-петербургский государственный технологический институт (технический университет)» (СПБГТИ(ТУ)) ТЕМА: Физико-химические свойства никелевых покрытий, полученных из электролитов с наноуглеродными добавками Работа включает 19 таблиц и 26 рисунков. В работе было проведено исследование влияния добавок УДА-ТАН и АСМ на кинетику процесса никелирования, на микротвердость и износостойкость покрытия.Все возрастающие требования техники к используемым материалам, особенно в химической, машиностроительной, радиоэлектронной и авиационной промышленности, обусловили необходимость разработки и внедрения высокоэффективных методов увеличения прочностных свойств покрытия, повышения коррозионной стойкости. Поскольку наибольший процент получаемых в гальванотехнике покрытий составляют никелевые и хромовые покрытия, наиболее перспективной областью исследования является именно совершенствование электролитов никелирования и хромирования и получение композиционных материалов на их основе. Одним из успешно развивающихся в последние годы направлений получения композиционных покрытий является создание металл-алмазных покрытий, где в качестве композиционной добавки выступают ультрадисперсные алмазы.Никелевые покрытия применяются в машиностроении, приборостроении, автомобильной, велосипедной, а также в ряде других отраслей промышленности. Такое широкое распространение никеля в гальванотехнике объясняется прежде всего физико-механическими свойствами данного металла. Никель - серебристо-белый металл, ковкий и пластичный, хорошо полируется до зеркального блеска. Твердость матовых осадков никеля колеблется от 2,5 до 4,0 ГПА, твердость блестящих осадков - от 4,5 до 5,0 ГПА. В атмосферных условиях никель покрывается прозрачной оксидной пленкой, которая пассивирует его поверхность.Разряд ионов металла протекает при высокой катодной поляризации и низком перенапряжении водорода, что создает определенные трудности, так как на катоде одновременно с металлом выделяется водород: Ni2 .MH2O 2e >Ni MH2O; Ионы никеля в электролите окружены оболочкой из дипольных молекул воды. При низких значениях РН (ниже 1-2) никель почти не осаждается, и на катоде выделяется водород. По мере увеличения РН потенциал выделения водорода становится более отрицательным, и на катоде создаются условия для совместного выделения водорода и никеля. Продукты гидролиза (оксид и гидроксид никеля), внедряясь в покрытие, способствуют удержанию пузырьков водорода на поверхности катода, поэтому осажденный никель становится пористым, шероховатым и темным.Учитывая широкую распространенность этого электролита, а также то обстоятельство, что он является основой для большинства современных электролитов блестящего никелирования, рассмотрим его более подробно. Концентрация основных компонентов в электролите находится в следующих пределах (г/л) Повышенная концентрация ионов никеля увеличивает предельную плотность тока и этим самым позволяет применять более высокие рабочие плотности тока, что является основой для интенсификации процесса никелирования. Ионы хлора в электролите никелирования не оказывают отрицательного влияния на катодный процесс - не ухудшают качества осадка, не уменьшают выхода по току. В электролит Уоттса ионы хлора вводятся в виде хлористого никеля, а не хлористого натрия.Никелевые покрытия обладают рядом существенных достоинств, однако такие недостатки как большая пористость и невысокая твердость никелевых электролитических осадков создают необходимость исследований в этой области. Включение в электролитический осадок инородных частиц другой фазы позволяет создавать композиционные электрохимические покрытия (КЭП).Одним из основных факторов, оказывающих влияние на получение КЭП, является состав электролита. Ионный состав, РН, наличие ПАВ оказывают влияние на состав покрытия. Выравнивающая способность электролита и адгезионные взаимодействие между частицами и катодной поверхностью создают определенный фон для осаждения покрытия. В том случае, если электролит не обладает выравнивающей способностью или имеет отрицательное ее значение, то непроводящие ток частицы начинают хорошо зарастать покрытием. Наличие дисперсной фазы в электролите оказывает влияние на величину рассеивающей способности, и вызывает увеличение последней за счет неравномерности силовых линий.Выделяют три стадии процесса образования КЭП: движение частиц дисперсной фазы и ионов из объема электролита в приэлектродный слой; перенос ультрадисперсных частиц и ионов на катод из приэлектродного слоя; зарастание частиц, оказавшихся на поверхности, матрицей. Первой стадией образования КЭП является доставка частиц и ионов к поверхности электрода, при этом транспортирование частиц порошка в приэлектродный слой осуществляется по механизмам конвекции, электрофоретического переноса, седиментации, диффузии и миграции.

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 Никель и его свойства

1.2 Электроосаждение никеля

1.3 Сернокислый электролит никелирования

1.4 Применение дисперсных материалов

1.5 Влияние различных факторов на получение КЭП

1.6 Особенности осаждения покрытий из электролита с ультрадисперсными частицами

1.7 Никелевые КЭП

1.8 Применение ультрадисперсных алмазов

2. Цель и задачи работы

3. Аппаратура и основные методы исследования

3.1 Приготовление растворов

3.2 Подготовка рабочих электродов

3.3 Методика определения выхода по току для никелевых электролитов

3.4 Методика измерения микротвердости покрытия

3.5 Методика измерения износостойкости покрытия

4. Исследование свойств электролита никелирования

4.1 Исследование микротвердости никелевых осадков

4.2 Исследование пористости никелевых осадков

4.3 Влияние параметров электролиза на выход никеля по току

4.4 Исследование никелевых покрытий на износостойкость

5. Экономическая часть

5.1 Анализ рынка возможной реализации результатов исследования

5.2 Расчет затрат на проведение исследовательской работы

5.2.1 Расчет затрат на сырье, материалы и реактивы

5.2.2 Расчет затрат на электроэнергию

5.2.3 Расчет затрат на воду

5.2.4 Расчет затрат на приборы, оборудование для научноэкспериментальных работ и суммы амортизационных отчислений

5.2.5 Расчет затрат на заработную плату

5.2.6 Расчет сметы затрат на разработку

5.3 Определение договорной цены на НИР

5.4 Выводы по технико-экономической оценке результатов НИР

6. Охрана труда и окружающей среды

6.1 Характеристика опасных и вредных факторов, присущих данному процессу

6.2 Характеристика помещения лаборатории, организация пожаро- и взрывобезопасности

6.3 Оказание первой медицинской помощи

6.4 Охрана окружающей среды

Заключение и выводы

Список использованных источников