Нанесення електролітичних нікелевих покриттів є одним з найбільш поширених способів захисту металевих виробів від корозії і абразивного зношування в процесі експлуатації. Одним з перспективних методів покращення захисних і функціональних властивостей електролітичного нікелю є створення композиційних електролітичних покриттів (КЕП), що полягає у співосадженні металевої основи і зміцнюючих дисперсних частинок другої фази. Міцність мікрошаруватих композиційних електролітичних нікелевих плівок залежить як від об'ємної частки більш міцного компонента (нановуглецевого матеріалу), так і від товщини складових шарів покриття. Так само важливу роль на формування структури, а отже і на механічні та захисні властивості плівок, мають умови їх кристалізації.

Для осадження композиційних нікелевих покриттів використовували програмований імпульсний струм з рівною тривалістю пачок імпульсів уніполярного струму 36 хв, частотою 50 Гц, середньою густиною струму 100 А/м² і послідовною від пачки до пачці зміною шаруватості імпульсів: пачка І – 2, пачка ІІ – 12, пачка ІІІ – 25, пачка ІV – 38, пачка V – 50; тривалість імпульсів змінювалась від 10 мс до 0,4 мс при постійному періоді рівному 20 мс. Концентрація частинок ультрадисперсного алмазу (УДА) у водному розчині електроліту складала 2 г/л. Випробування зразків на знос проводили на машині тертя із зворотно-поступальним рухом зразків в умовах сухого тертя під навантаженням 1,7 Н зі швидкістю 0,32 м/с. Пара тертя сталь 45 – покриття нікелю. Зносостійкість оцінювалася за втратою маси покриття. Елементний склад поверхні покриття визначали мікрорентгеноспектральним аналізом за допомогою растрового електронного мікроскопа JSM-64901LV (Японія) з енергодисперсійним спектрометром INCA PENTAx3 (OXFORD Instruments).

За час проходження пачок I-II імпульсів струму тривалістю 10-1,7 мс і амплітудою густини струму 2-12 А/дм² осаджуються мікрошари композиційного нікелевого покриття із вмістом частинок УДА в металевій матриці 2,2-2,4 мас. %, що підвищує міцність зчеплення металу з основою. За час проходження пачок                 III-V тривалістю імпульсів 0,8-0,4 мс і амплітудою густини струму 25-50 А/дм² осаджуються мікрошари композиційного нікелевого покриття з найбільшим вмістом частинок УДА (3,0-4,5 мас.%). Це визначає збільшення мікротвердості від 1800 МПа до 3490 МПа, зменшення зносу композиційних нікелевих покриттів від 10 % до 2,5 %.

Для виявлення закономірностей зношування та підвищення зносостійкості композиційних електролітичних покриттів на основі нікелю розглянуто трибологічну взаємодію покриття та контртіла. До початку відшарування покриття сумарна поверхнева енергія системи контртіло-покриття з урахуванням наявності межі розділу покриття-підшар дорівнює:

(1)

де γ_Fe та γ_Ni – поверхневі енергії заліза та нікелю відповідно;

γ_Ni-УДА – енергія межі розділу нікель-УДА.

Після відриву фрагментів покриття та його налипання на контртіло сумарна поверхнева енергія системи контртіло-покриття з урахуванням виникнення межі поділу між контртілом та фрагментом покриття, тобто Fe-Ni, дорівнює:

,                                                  (2)

де γ_Fe-Ni – енергія межі розділу залізо-нікель;

γ_УДА – поверхнева енергія УДА.

Таким чином, зміна поверхневої енергії системи складає:

(3)

З врахуванням того, що γ_Fe=2,36 Дж/м², γ_Ni=2,24 Дж/м², γ_УДА=5 Дж/м²:

,

, .

Так як сумарна зміна енергії в результаті відриву покриття від підшару негативна, то вона призводить до зменшення повної енергії системи. У той же час у разі утворення когезійних тріщин усередині покриття та відриву його більш тонких фрагментів, сумарні поверхневі енергії системи контртіло-покриття до та після руйнування записуються таким чином:

,                                                                  (4)

.                                                    (5)

Відповідно зміна поверхневої енергії системи дорівнює:

.                   (6)

Використовуючи наведені вище значення поверхневих енергій матеріалів, отримуємо, що у цьому випадку .Отже когезійний відрив фрагментів покриття в процесі трибологічних випробувань вимагає додаткових витрат енергії, тобто є енергетично невигідним.

Пошарове нанесення композиційних гальванічних покриттів за допомогою програмованого імпульсного струму дає змогу пошарово наносити композиційні нікелеві покриття товщиною 15-20 мкм, що складаються з шарів товщиною 3-4 мкм з найменшою концентрацією частинок УДА до наступних шарів товщиною 1-2 мкм зі зростаючою концентрацією наноалмазів частинок, що покращує адгезійні властивості і підвищує зносостійкість покриттів.