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

Розмір шрифту: 
ІМПУЛЬСНЕ ЕЛЕКТРООСАДЖЕННЯ ПОКРИВІВ ТИТАНУ НА ВУГЛЕЦЕВІЙ СТАЛІ
В. М. Сердюк, В. В. Сташук, Д. Б. Шахнін, В. В. Малишев

Остання редакція: 2018-05-06

Тези доповіді


Уніполярне імпульсне покривання полягає у періодичному застосуванні катодної густини струму іk протягом часу t та вимкнення електричного живлення протягом часу t0. В основному використовували два методи: зміни іk за сталих значень t і струмової характеристики іm, яка дорівнює  та зміни іk за сталого значення добутку струмової характеристики іm та суми часу застосування струму t та часу його вимкнення t0.

За першим методом зростання густини імпульсного струму іk веде до збільшення t0. Так як і іk, і t0 впливають на кристалізацію осаду, то незрозуміло, розмір зерен є результатом зміни іk чи t0. Ми надали перевагу другому методу, де t0 не дуже змінюється. Було використано уніполярне імпульснострумове електроосадження у 2,5% (мас.) розчинах Ті(ІІІ) протягом 3,5 год, із застосуванням електролітичних параметрів, які давали найкращі результати за постійнострумового покривання: температура 1073 K і середня густина катодного струму іm = 50 мА×см-2. Електроосадження здійснювали на сталевих пластинах. Значення густини імпульсного заряду та густини імпульсного струму становили 20..120 мК×см-2 і 75…200 мА×см-2 відповідно.

Для низького імпульсного заряду (20 мК×см-2) покриви складаються з дуже тонкого щільного титанового шару, вкритого численними дендритами. Значні коливання ефективності струму, спостерігаються завдяки втраті дендритів протягом електролізу та відмивання. Для вищих імпульсних зарядів (70…120 мК см-2) покриви товщиною від 50 до 150 мкм є гладкими і добре прилягають до основи, дендрити інколи зустрічаются, проте в основному зосереджені на краях катодів. Ефективність катодного струму за 120 мК×см-2 є вищою ніж за 75 мК×см-2 і не дуже залежить від імпульсної густини струму іk для тих самих імпульсних зарядів. Ефективності струму, виміряні для імпульснострумових покривів, є вищими, ніж значення, одержані для постійнострумових покривів.

Відомо, що протягом імпульснострумового покривання постійний заряд-розряд (перезарядка) подвійного шару може впливати на осадження металу, особливо коли t і t0 є нижчими або такого ж порядку, як час заряду tc і розряду td За таких умов катодний струм сильно коливається, та переваги імпульснострумового покривання можна втратити. Таке наближення імпульснострумового покривання до постійно-струмового можна оцінити за ступенем згладження піку фарадеєвського струму іF:

(1)

Значення ∆ зростає від 0,1 до 0,9, коли t змінюється від 10 tc до 0,1 tc.

Оцінку tc як функциї іk можна отримати з відношення:

 

(2)

 

де R – універсальна газова стала;

Т – температура, К;

С – ємність подвійного шару, мФ·cм-2;

a – коефіцієнт перенесеня заряду;

n – кількість перенесених електронів;

F – стала Фарадея.

 

Використовуючи Т = 1073 К, n = 3 та значення a і С 0,5 і 50 мФ×см-2 відповідно, розрахували наближені значення tc для області іk від 100 до 200 мА×см-2. Значення ступеню згладження було апроксимовано з кривої D = f(t/tc), Для експериментів, проведених за зарядом імпульсу 20 мК×см-2 та t/tс менше 1, розрахований ступінь згладження є високим (0,45…0,67). Тому осаджуються дендрити, подібно до покривів, одержаних постійнострумовим нанесенням. З іншого боку, для імпульсних зарядів 70 і 120 мК×см-2, коли ступінь D є низьким (близько 0,1) очікували, що заряд подвійного шару матиме менший вплив. Підтвердженням цього є одержання кращих покривів титану імпульснострумовим методом.


Full Text: PDF