Наукові конференції України, Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2018

Розмір шрифту: 
ПОСТІЙНОСТРУМОВЕ ЕЛЕКТРООСАДЖЕННЯ ПОКРИВІВ ТИТАНУ НА ВУГЛЕЦЕВІЙ СТАЛІ
В. А. Мусаєв, В. С. Попіль, А. І. Габ, В. В. Малишев

Остання редакція: 2018-05-05

Тези доповіді


Електроосадження титану є важливим методом захисту від корозії у морській воді та хімічних середовищах. Зроблено багато спроб для одержання титанових електроосадів з органічних, водних і розплавлених сольових середовищ, але чистий титан добуто лише з останніх, особливо з хлоридних, фторидних і хлоридно-фторидних розплавів. З хлоридних розплавів, в основному, утворюються порошкові або дендритні осади через існування трьох малостійких окиснених станів титану та реакцій диспропорціонування. У фторидних розплавах існують лише два окиснені стани титану; висока стійкість титаново-фторидних комплексів призводить до відновленння титану в дві стадії.

Щільні, однорідні осади чистого титану одержано постійнострумовим електролізом розплавів NaF-K2TiF6 за температури 1223…1273 K і LiF-NaF-KF-K2TiF6 за температур 973 K і 1073 K. Проте такі покриви стають шорсткими та інколи дендритними, якщо зростають катодна густина струму і/або тривалість осадження. У хлоридно-фторидних розплавах щільні титанові покриви, так само як порошкові й дендритні осади, можна одержати, варіюючи співвідношення [F-]/[Cl-]. Залежно від металевої основи та температури електролізу, в розплавлених солях під зовнішнім шаром титану можуть утворюватися інтерметаліди. Такі ж явища спостерігали на міді, нікелі та залізі. В технологічному аспекті слід враховувати агресивність фторидних і хлоридно-фторидних (зі значним вмістом фторидів) розплавів до конструкційних матеріалів електролізера.

Для приготування електроліту хлориди натрію та калію марки о. с. ч. сушили за температури 523…573 К протягом 10…12 год і потім переплавляли під вакуумом. Фторид натрію марки о. с. ч. попередньо сушили за температури 473…523 К і переплавляли. Трихлорид титану одержували взаємодією тетрахлориду титану із стехіометричною кількістю попередньо подрібненого йодиду титану за температури 1073…1173 К.

Постійнострумове електроосадження здійснювали на сталевих пластинах за температури 1023…1223 К, катодної густини струму 25…80 мА×см2 протягом 1 год. Найвищу ефективність катодного струму (між 67 і 90%) одержали за температури 1073 K. За температури 1123 K найвищу ефективність (60%) одержали для дуже низької густини струму (25 мА/см2). За температури 1223 K ефективність завжди була нижче за 35%. Низькі значення ефективності струму, визначені за найвищих температур, можна пояснити більшим внеском відновлення йонів калію в загальний струм. Присутність значної кількості конденсованого калію на внутрішніх стінках електролізера підтверджує ці припущення. За температури 1073 К покриви були суцільними, але шорсткішими та більш дендритними, ніж за температури 1023 К.

Поперечні перерізи осадів являють собою один шар чистого титану після електролізів, проведених за температур 1023…1073 К і три шари для електроосадження, проведеного за температур 1123…1173 К. Електроннозондовим мікроаналізом виявлено, що шари складаються з інтерметалічних сполук Fe2Ti (біля сталевої основи), FeTi (проміжний шар) і чистий титан (зовнішній шар). Область Кіркендала на межі поділу Fe2Ti/сталь, яка утворена завдяки вищій швидкості дифузії заліза у титан, ніж навпаки, чітко помітна на титановому осаді, одержаному за температури 1223 К. Така область дефектів є характерною для щільноприлеглих покривів. Наявність тріщин у титанових покривах, одержаних за температури 1223 К, може бути зумовлена фазовим переходом титану з об’ємноцентрованої кубічної до гексагональної кристалічної гратки за температури 1155 К під час охолодження. Морфологія покриву, одержаного за температури 1023 К постійнострумовим нанесенням показує, що дендрити ростуть перпендикулярно до поверхні. Нижчу ефективність катодного струму можна віднести до втрат дендритів під час електролізу та наступного відмивання.


Full Text: PDF