ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2008, том 44, № 5, с. 522-524
НОВЫЕ ВЕЩЕСТВА, МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ
УДК 621.357.7
ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ СПЛАВА СВИНЕЦ-ИНДИЙ ИЗ ТРИЛОНАТНЫХ РАСТВОРОВ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
© 2008 г. В. В. Поветкин, Т. Г. Шиблева*, А. В. Житникова*
Тюменский государственный нефтегазовый университет *Тюменский государственный университет 625000, Тюмень, ул.Володарского, 38 E-mail: unir@tgngu.tyumen.ru Поступила в редакцию 22.09.2006 г.
Исследовано электроосаждение сплава свинец-индий из трилонатного электролита и влияние на этот процесс постоянного магнитного поля. Методом рентгенографии и растровой электронной микроскопии установлена структура полученных сплавов, осажденных при различных условиях электролиза. Осаждение покрытий в магнитном поле увеличивает выход сплава по току, повышает содержание в нем электроположительного компонента, приводит к измельчению структуры, сглаживанию поверхностного рельефа и улучшению качества получаемых покрытий.
PACS: 81.15.Pq
ВВЕДЕНИЕ
Легирование индием свинцовых покрытий улучшает их антифрикционные свойства и повышает коррозионную стойкость в минеральных маслах [1]. Кроме того, покрытия из сплавов свинца с индием характеризуются хорошей прирабаты-ваемостью и повышенной работоспособностью при высоких давлениях и скоростях в подшипниках скольжения.
В настоящей работе изучено электроосаждение сплава РЬ-1п из трилонатного электролита и влияние на этот процесс постоянного магнитного поля.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Осаждение проводили из электролита следующего состава (г/л): РЬ(Ш3)2 - 15-20; 1пС13 - 10-30; КИ4С1 - 60; трилон Б - 49-50. Введение в электролит ионов N03 повышает верхний предел допустимой плотности тока, улучшает равномерность распределения металла на катоде и качество осадков,
вследствие восстановления N03 при повышенных плотностях тока. Электролиз проводили при комнатной температуре (рН раствора - 1.5) на медные пластины с использованием анодов из свинца. Толщина покрытий составляла 10-15 мкм, катодный выход по току (ВТ) сплава определяли куло-нометрически. Предварительные испытания показали, что магнитоэлектролиз (0.05-0.3 Тл) улучшает технологические характеристики электролита (выход металлов по току, рассеивающую способность), причем, оптимальной является напряженность магнитного поля 0.142 Тл.
Магнитное поле напряженностью 0.142 Тл создавалось с помощью соленоида и было направлено перпендикулярно движению катионов к катоду. Измерения микротвердости проводили на приборе пМТ-3 при нагрузке 20 г. Испытания коррозионной стойкости проводили в течение трех суток погружением в 1-процентный раствор лимонной кислоты, в котором не образуется пленок нерастворимых солей свинца, препятствующих дальнейшему процессу коррозии.
Фазовое строение сплавов изучали рентгенографически при помощи дифрактометра ДР0Н-6.0, используя отфильтрованное кобальтовое излучение. Для расчета параметров ГЦК-решетки свинца использовали линии (311). Выбор линии связан с тем, что ее положение практически не зависит от количества дефектов упаковки в кристаллической решетке. Расчет параметра производился с точностью до 2 х 10-4 нм.
Методики измерения микротвердости, внутренних напряжений и коррозионной стойкости покрытий описаны ранее [2]. Структуру поверхности све-жеосажденных образцов исследовали в растровом электронном микроскопе РЭММА-202.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В зависимости от соотношения концентраций металлов в электролите и катодной плотности осаждаются светло-серые, полублестящие мелкокристаллические покрытия, содержащие до 46% 1п. Как видно из рис. 1 с увеличением катодной плотности тока Бк выход сплава по току возрастает, достигает максимума, а затем снижается. Это связано с достижением предельного диффузионного тока
ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ СПЛАВА СВИНЕЦ-ИНДИЙ
523
ВТ, % 1п, % 70
60 50 40 30 20 10
18
[ I п ] [РЬ]
= -0.836 + 1.13318 гк;
4 5
Ок, А/ДМ2
Рис. 1. Зависимость выхода по току (1, 2) и химического состава сплава РЬ-1п (3, 4) от катодной плотности тока: 2, 3 - обычный режим; 1, 4 - в магнитном поле. Соотношение концентраций соосаждаемых в электролитах элементов [1п ]/[РЬ+2] = 1 : 1.
для РЬ и протеканием побочных процессов восстановления ионов N0-. Причем, при наложении магнитного поля выход сплава по току (ВТ) при низких плотностях тока (0.5-2.0 А/дм2) увеличивается на 10-18% по сравнению с обычным режимом. Вероятно, в магнитном поле под действием силы Лоренца улучшается массоперенос разряжающихся ионов к поверхности катода.
При электроосаждении сплава в магнитном поле изменяется и химический состав получаемых покрытий. В сплаве увеличивается содержание электроположительного компонента (свинца) на 5-7% по сравнению с осадками, полученными в стационарном режиме, что свидетельствует о снижении диффузионных ограничений при восстановлении ионов свинца и повышении скорости осаждения этого металла. Здесь уместно отметить, что эффект омагничивания электролита наблюдается и после снятия магнитного поля еще в течение 5-6 часов.
Зависимости состава сплава от концентрации ионов металлов в растворе и катодной плотности тока, как установлено, удовлетворительно описываются уравнениями Ахумова-Розена [3] и Кочер-гина-Победимского [4], которые для данного случая имеют следующий вид:
18 Ш = -0.2717 +0.14718 [ ^]
[ РЬ]
[ РЬ+2 ]'
(при Ок = 3А/дм2; температура комнатная обычные условия);
18 ^ = -0-373 + 0.26618 |РП+1
(при наложении магнитного поля и тех же самых режимах электролиза).
/ [ 1п+3 ] 1 1
(-—+21 = 1:1; температура комнатная;
[РЬ ] обычные условия)
18 Ш = -1.131 + 1.35418 ¿к
(при наложении магнитного поля и тех же самых режимах электролиза).
Проведенный рентгеноструктурный анализ показал, что все осадки сплава в изученном интервале сплавов кристаллизуются с ГЦК-решеткой свинца. Параметр кристаллической решетки осадков с увеличением содержания индия до 45% постепенно уменьшается от 0.4942 нм (чистый свинец) до 0.4801 нм. Это свидетельствует об образовании на катоде твердых растворов замещения индия в свинце, что находится в соответствии с диаграммой состояния [5]. Сравнивая экспериментально определенный параметр решетки с теоретически рассчитанными по закону Вегарда для предполагаемого раствора индия в свинце, можно заключить, что лишь часть осажденного индия входит в решетку свинца. Однако, никаких дополнительных рефлексов, кроме линий твердого раствора, на дифрактограммах нет. На формирование твердых растворов на катоде также указывают поляризационные измерения, согласно которым потенциал выделения изученного сплава находится в промежуточном интервале между потенциалами разряда индивидуальных РЬ (-0.26В) и 1п (-0.37 В) в трилонатных растворах [2, 6].
По данным растровой электронной микроскопии поверхность покрытий сплавом РЬ-1п, полученным в магнитном поле, характеризуется более сглаженным рельефом и дисперсными структурными элементами по сравнению с покрытиями, осажденными в обычных стационарных условиях. Микротвердость электролитических свинцовых покрытий составляла 52 МПа, что существенно выше табличного значения (31.4 МПа) [7]. Повышенная микротвердость чистого электролитического свинца очевидно связана с его большей дисперсностью структуры по сравнению с литым свинцом.
При увеличении содержания индия в сплаве до 46% микротвердость покрытий возрастает до 76 МПа (рис. 2). Рост микротвердости покрытий с увеличением содержания индия в покрытиях, наряду с измельчением структуры, обусловлен также эффектом твердорастворного упрочнения, возникающим в процессе сплавообразования. Как видно из рис. 2, коррозионная стойкость покрытий сплавом РЬ-1п с увеличением содержания индия возрастает. Самую низкую коррозионную стойкость имеет чистый свинец (0.71 г/м2 час). Судя по экспериментальным данным, защитные свойства свинца и покрытий сплавом РЬ-1п несколько выше,
0
524
ПОВЕТКИН и др.
Рис. 2. Зависимость микротвердости (1) и скорости коррозии (2) осадков сплава РЬ-1п от их состава
чем литых сплавов [8], что, очевидно, связано с особенностями поверхностного рельефа и структуры электролитических покрытий.
Осаждение сплавов в магнитном поле приводит к повышению их микротвердости (на 5-8 МПа) и некоторому снижению коррозионной стойкости
покрытий. Последнее, по-видимому, обусловлено уменьшением содержания индия в осадках.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник гальванотехника / Под ред. Гинберга A.M., Иванова А.Ф., Кравченко Л.Л. М.: Металлургия, 1987. 736 с.
2. Поветкин ВВ., Шиблева Т.Г. // Защита металлов. 2006. Т. 42. № 5. С. 557-560.
3. Ахумов Е.И., Розен Б.Я. // Доклады АН СССР. 1956. Т. 109. № 1. С. 1149.
4. Кочергин С.М., Победимский Г.Р. // Тр. Казанского химико-технологического института. Казань, 1964. Вып. 33. С. 124.
5. Хансен М, Андерко К. Структура двойных сплавов. М.: Металлургия, 1962. Т. 2. 1488 с.
6. Поветкин В В., Шиблева Т.Г. // Защита металлов. 1993. Т. 30. С. 518-520.
7. Справочник по свойствам металлов. Физические свойства / Под ред. Самсонова Г.В. М.: Металлургия, 1976. 599 с.
8. Грацианский H.H., Каплан МЛ. // Журнал физ. химии. 1956. Т. 30. № 3. С. 651.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.