Электроосаждение железа в присутствии наноуглеродных добавок. Часть 2

Г. К. Буркат, к. х. н., В. Ю. Долматов, Е. А. Орлова, Д. М. Черников, СПбГТИ (ТУ)
Процесс железнения, применяемый для тех же целей, что и хромирование, экономически и экологически более выгоден.

Физико-механические свойства

Выделение водорода при электроосаждении железа очень сильно влияет на свойства получаемых покрытий. Поэтому необходимо было изучить влияние наноуглеродных добавок на выход по току железа.

Состав исследуемого электролита следующий: (г/л):

FeSO4.7H2O — 45

NaCl — 15

Глицин — 5

t электролита — 18–20 °C

Увеличение плотности тока в диапазоне от 2 до 6 A/дм2 вызывает рост выхода по току от 40 и почти до 60 %. Увеличение pH электролита от 1,9 до 2,5 также увеличивает выход по току почти на 20 %, но сильно увеличивать рН раствора не рекомендуется, так как изменяется кислотность приэлектродного слоя, а при наличии Fe3+ даже в не больших количествах возможно выпадение осадка Fe (OH)3 и ухудшение качества покрытия. Присутствие наноуглерода в электролите увеличивает выход железа по току на 20–30 % в зависимости от плотности тока.

Это связано с тем, что наноуглерод тормозит процесс выделения водорода. При использовании окисленной алмазной шихты, как это видно из рисунка 2 выход по току резко возрастает почти на 40 %, что является благоприятным фактором для железа.

Исследование микротвердости осадков железа

Микротвердость покрытий связана со структурой, а следовательно зависит от состава электролита и режима процесса. Все исследованные наноуглеродные добавки значительно увеличивают микротвердость.

Это объясняется тем, что внедряясь в покрытие, добавки имеют двойную роль, являясь наполнителем композиционного материала и одновременно поверхностно активным веществом. Внедряясь в покрытие, они упрочняют материал засчет изменения структуры, препятствуя образованию дислокаций и микротрещин.

Наибольшее влияние на микротвердость оказала алмазная шихта, по-видимому, за счет наличия в ней граффитоподобных материалов. Причем увеличение концентрации алмазной шихты свыше 2–2,5 г/л как это видно на рисунке 3 нецелесообразно, так как микротвердость остается постоянной и даже при концентрации выше 7 г/л несколько уменьшается.

Увеличение плотности тока также дает некоторое увеличение микротвердости из-за изменения кристаллической структуры.

Следует отметить, что добавки алмазной шихты способствуют стабилизации электролита, значительное время не давая образовываться гидроксиду Fe3+.

Износостойкость железных покрытий с добавками наноуглеродных веществ

Все исследования проводились в электролите выше приведенного состава, образцы для истирания толщиной 5 мкм были получены при концентрации наноуглеродных добавок всех модификаций (УДА, АШнефр., АШокис.) — 5 г/л и плотности тока 4– А/дм2. Время истирания 10 часов. На каждую точку истирания были исследованы по 3 образца, данные представлены в таблице 3.

Для образцов чистого железа уже после 5 часов истирания 2 параллельных образца были сняты с дальнейших исследований, так как были истерты до основы. Поэтому после 10 часов истирания чистое железо имело 14 % потери массы всего по одному образцу.

Образцы железа, полученные с наноуглеродными добавками, имели износ значительно меньший, наилучшие результаты были получены для покрытий с окисленной алмазной шихтой.

Износостойкость таких образцов почти в 10 раз выше, чем у чистого железа.

Это может быть связано с наличием в составе алмазной шихты кроме ультрадисперсных алмазов еще большого количества графитоподобных соединений коллоидного типа, которые могут выступать в качестве смазки.

Полученные данные показывают целесообразность использования алмазной шихты в ваннах железнения, которые используются для восстановления изношенных деталей.