OTRZYMYWANIE I TERMICZNA MODYFIKACJA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni+Al

Podobne dokumenty
CHARAKTERYSTYKA WARSTW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE NIKLU ZAWIERAJĄCYCH TYTAN I ALUMINIUM

OTRZYMYWANIE I WŁASNOŚCI ELEKTROLITYCZNYCH WARSTW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE NIKLU ZAWIERAJĄCYCH TYTAN

CHARAKTERYSTYKA ELEKTROLITYCZNYCH WARSTW KOMPOZYTOWYCH ZAWIERAJĄCYCH KOBALT I TLENEK NIKLU W AMORFICZNEJ OSNOWIE STOPOWEJ Ni-P

STRUKTURA ELEKTROLITYCZNYCH WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni+Al PODDANYCH OBRÓBCE CIEPLNEJ

OBRÓBKA CIEPLNO-CHEMICZNA WARSTW KOMPOZYTOWYCH ZAWIERAJĄCYCH TYTAN

ELEKTROLITYCZNE OTRZYMYWANIE I CHARAKTERYSTYKA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni-P+W I Ni-P+NiO+W W ŚRODOWISKU ALKALICZNYM

CHARAKTERYSTYKA STRUKTURY ELEKTROLITYCZNYCH WARSTW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE AMORFICZNEGO NIKLU, ZAWIERAJĄCYCH SKŁADNIK TLENKOWY I METALICZNY

OTRZYMYWANIE I STRUKTURA ELEKTROLITYCZNYCH WARSTW KOMPOZYTOWYCH ZAWIERAJĄCYCH TYTAN W OSNOWIE STOPOWEJ Ni-Mo

ELEKTROLITYCZNE OTRZYMYWANIE I WŁASNOŚCI WARSTW KOMPOZYTOWYCH NIKLU Z WANADEM

OTRZYMYWANIE I STRUKTURA ELEKTROLITYCZNYCH POWŁOK ZAWIERAJĄCYCH WANAD JAKO SKŁADNIK KOMPOZYTU W OSNOWIE STOPOWEJ Ni-Mo

ELEKTROCHEMICZNA CHARAKTERYSTYKA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni+Ti, Ni-P+Ti W ŚRODOWISKU ALKALICZNYM

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁASNOŚCI ELEKTROCHEMICZNE POWŁOK Ni+Ti W ŚRODOWISKU ALKALICZNYM

WŁASNOŚCI ELEKTROLITYCZNYCH WARSTW KOMPOZYTOWYCH NIKLU Z TYTANEM

OBRÓBKA TERMICZNA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni-P+TiO2+Ti

ELEKTROLITYCZNE OTRZYMYWANIE I WŁASNOŚCI WARSTW KOMPOZYTOWYCH NIKLU Z MOLIBDENEM

WPŁYW AMPLITUDY I SEKWENCJI PRĄDOWEJ NA INDUKOWANE ELEKTROOSADZANIE WARSTW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE STOPU Ni-Mo

ELEKTROLITYCZNE OTRZYMYWANIE POWŁOK Ni+Mo+SiNi

ALUMINIOWE KOMPOZYTY Z HYBRYDOWYM UMOCNIENIEM FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH I CERAMICZNYCH

STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI WARSTW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE AMORFICZNEGO NIKLU MODYFIKOWANYCH WOLFRAMEM LUB TLENKIEM NIKLU

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

Dr inż. Paulina Indyka

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA ODPORNOŚĆ KOROZYJNĄ ELEKTROLITYCZNYCH POWŁOK NIKLU Z TYTANEM, MOLIBDENEM LUB WANADEM

WARSTWY WĘGLIKOWE WYTWARZANE W PROCESIE CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA POWIERZCHNI STALI POKRYTEJ STOPAMI NIKLU Z PIERWIASTKAMI WĘGLIKOTWÓRCZYMI

OTRZYMYWANIE WARSTW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE STOPU Ni-Mo O PODWYŻSZONEJ ZAWARTOŚCI Mo

ZASTOSOWANIE ZŁOŻONYCH TLENKÓW DO WYTWARZANIA DYSPERSYJNYCH FAZ ZBROJĄCYCH W STOPACH ALUMINIUM

WYKORZYSTANIE METODY ZAWIESINOWEJ W PROCESIE WYTWARZANIA KOMPOZYTÓW IN SITU W UKŁADZIE ALUMINIUM TLENEK ŻELAZO-TYTANU

STRUKTURA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni-P/Si3N4 WYTWARZANYCH METODĄ CHEMICZNĄ

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ FeAl Z DODATKIEM 2 I 10% OBJ. Al2O3

Mikrostruktura, struktura magnetyczna oraz właściwości magnetyczne amorficznych i częściowo skrystalizowanych stopów Fe, Co i Ni

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

ANTYŚCIERNE I ANTYKOROZYJNE WARSTWY NOWEJ GENERACJI WYTWARZANE W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW DUPLEX WYTWARZANYCH W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ POKRYTEJ STOPEM NIKLU

ODPORNOŚĆ KOROZYJNA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Z OSNOWĄ NIKLOWĄ I DYSPERSYJNĄ FAZĄ CERAMICZNĄ

ELEKTROLITYCZNE OTRZYMYWANIE POWŁOK Ni-Mo ZAWIERAJĄCYCH POLIPIROL

Dr inż. Łukasz Rogal zatrudniony jest w Instytucie Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk na stanowisku adiunkta

Elektrochemiczne osadzanie antykorozyjnych powłok stopowych na bazie cynku i cyny z kąpieli cytrynianowych

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH TYPU CrC+(Ni-Mo)+CrN

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

STRUCTURE AND PROPERTIES OF Ni-P/PTFE COMPOSITE COATINGS PRODUCED BY CHEMICAL REDUCTION METHOD

WPŁYW GNIOTU WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI POWŁOK Z FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

ZMIANY MIKROSTRUKTURY I WYDZIELEŃ WĘGLIKÓW W STALIWIE Cr-Ni PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE POWŁOK KOMPOZYTOWYCH Ni-P-Al 2 O 3 WYTWORZONYCH METODĄ REDUKCJI CHEMICZNEJ

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

MECHANIKA KOROZJI DWUFAZOWEGO STOPU TYTANU W ŚRODOWISKU HCl. CORROSION OF TWO PHASE TI ALLOY IN HCl ENVIRONMENT

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK9

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Adres do korespondencji:

WARSTWY NANOKOMPOZYTOWE Ni-P/Si3N4 WYTWARZANE METODĄ REDUKCJI CHEMICZNEJ NA STOPIE ALUMINIUM AA 7075

WPŁYW DYSPERSYJNEJ FAZY CERAMICZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI NIKLOWYCH WARSTW KOMPOZYTOWYCH

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

WPŁYW WARUNKÓW PRZESYCANIA I STARZENIA STOPU C355 NA ZMIANY JEGO TWARDOŚCI

STRUKTURA GEOMETRYCZNA POWIERZCHNI KOMPOZYTÓW ODLEWNICZYCH TYPU FeAl-Al 2 O 3 PO PRÓBACH TARCIA

SPIEKANE KOMPOZYTY NA OSNOWIE MIEDZI ZAWIERAJĄCE FAZY MIĘDZYMETALICZNE ALUMINIOWO-śELAZOWE

Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences: metallurgist (since 2010), assistant professor (since 2014).

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

Wpływ temperatury podłoża na właściwości powłok DLC osadzanych metodą rozpylania katod grafitowych łukiem impulsowym

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

Struktura, właściwości i metody badań materiałów otrzymanych elektrolitycznie

ODLEWNICZY STOP MAGNEZU ELEKTRON 21 STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI W STANIE LANYM

NOWE, ODPORNE NA ŚCIERANIE MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH Z UKŁADU Fe Al OTRZYMYWANE W PROCESIE METALURGII PROSZKÓW

KUCIE W MATRYCACH ZAMKNIĘTYCH WYPRASEK W STANIE PÓŁCIEKŁYM Z KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE PROSZKU STOPU Al-Cu-Si-Mg UMOCNIONYCH CZĄSTKAMI SiC

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków ul.reymonta 25

PL B1. Elektrolityczna, nanostrukturalna powłoka kompozytowa o małym współczynniku tarcia, zużyciu ściernym i korozji

Laboratorium Ochrony przed Korozją. Ćw. 9: ANODOWE OKSYDOWANIEALUMINIUM

NANOKRYSTALICZNE WARSTWY KOMPOZYTOWE Ni-Al2O3 - WYTWARZANIE I STRUKTURA

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

STRUKTURA KOMPOZYTÓW WYTWARZANYCH METODĄ PRASOWANIA PROSZKÓW Al-Al2O3-Al3Fe-Al3Ti

SPIEKI NiAl-0,2% at. Hf OTRZYMYWANE METODĄ IMPULSOWO-PLAZMOWEGO SPIEKANIA

ANALIZA KRYSTALIZACJI STOPU AlMg (AG 51) METODĄ ATND

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

MIKROSTRUKTURA NADSTOPU KOBALTU MAR M509 W STANIE LANYM I PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

Problemy elektrochemii w inżynierii materiałowej

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AK132

LISTA PUBLIKACJI PAKIETU BADAWCZEGO KCM 1

WPŁYW PARAMETRÓW ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO NA STRUKTURĘ i WŁAŚCIWOŚCI STOPU MAGNEZU AM50

MIKROSTRUKTURA I ODPORNOŚĆ KOROZYJNA DYFUZYJNYCH WARSTW ALUMINIDKOWYCH WYTWORZONYCH NA PODŁOŻU NADSTOPU NIKLU INCONEL 713C

PL B1. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL

BADANIE I ANALIZA METODĄ LOGIKI ROZMYTEJ PARAMETRÓW PROCESU MIESZANIA POD KĄTEM POPRAWY WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW

KOMPOZYTOWE WARSTWY STOPOWE C Cr Mn NA ODLEWACH STALIWNYCH. Katedra Odlewnictwa Wydziału Mechanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej 2

WYSOKOTEMPERATUROWE WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Fe-Al

Laboratorium Ochrony przed Korozją. GALWANOTECHNIKA II Ćw. 6: ANODOWE OKSYDOWANIE ALUMINIUM

MODYFIKACJA SILUMINU AK20. F. ROMANKIEWICZ 1 Politechnika Zielonogórska,

NOWE ODLEWNICZE STOPY Mg-Al-RE

WPROWADZENIE. Stefan Szczepanik 1, Marek Wojtaszek 2, Jerzy Krawiarz 3 KOMPOZYTY (COMPOSITES) 4(2004)12

Wpływ grubości powłoki platyny na trwałość warstwy aluminidkowej wytworzonej w procesie CVD na podłożu nadstopów niklu Inconel 713 LC i CMSX 4

WYBRANE MASYWNE AMORFICZNE I NANOKRYSTALICZNE STOPY NA BAZIE ŻELAZA - WYTWARZANIE, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE

BADANIA DYFRAKCYJNE WARSTWY ALFINOWANEJ NA STOPACH ŻELAZA

OKREŚLENIE TEMPERATURY I ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W STOPACH Al-Si

Wpływ powłoki Al Si na proces wytwarzania i jakość zgrzewanych aluminiowanych rur stalowych

Transkrypt:

KOMPOZYTY (COMPOSITES) 2(2002)3 Iwona Napłoszek-Bilnik 1, Antoni Budniok 2 Uniwersytet Śląski, ul. Bankowa 12, 40-007 Katowice OTRZYMYWANIE I TERMICZNA MODYFIKACJA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni+Al Badano wpływ zawartości proszku glinu w kąpieli galwanicznej na skład chemiczny warstw kompozytowych Ni+Al, otrzymywanych elektrolitycznie w warunkach galwanostatycznych (1170 C cm 2 ) na podłożu stalowym. Kąpiel galwaniczna zawierała proszek glinu w ilości: 20, 40, 60, 80, 100 g/dm 3. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości Al w kąpieli jego zawartość w warstwie osiąga 16%, po czym maleje do około 11%. Dla optymalnego składu kąpieli galwanicznej zapewniającego otrzymanie warstw o zawartości 16% Al określono wpływ wartości gęstości prądowej na ilość wbudowywanego Al do warstwy. Następnie warstwy te były wygrzewane w piecu elektrycznym, do którego doprowadzany był argon. Badania składu fazowego przeprowadzono za pomocą rentgenowskiej analizy fazowej, a analizę składu chemicznego metodą atomowej absorpcji. Przeprowadzone badania wykazały możliwość otrzymywania warstw kompozytowych na osnowie Ni z zabudowanymi ziarnami Al. Warstwy poddane modyfikacji termicznej w temperaturze 873 K, obok obecności krystalitów niklu i glinu, wykazują obecność związków międzymetalicznych Ni 2Al 3 i Ni 3Al 4. PRODUCTION AND HEAT TREATMENT Ni+Al COMPOSITE LAYERS Electrolytic nickel layers are typified by good corrosion resistance and electrochemical activity in the processes of cathodic hydrogen evolution and anodic oxygen evolution. In order to improve of utilizable properties of the nickel layers, the coatings were co-deposited from baths containing metal oxides (Al 2O 3, Al 3O 4, NiO). Incorporating into a metallic matrix of composite component as metallic powder and its embedding into the matrix structure follows to obtain a new kind of composite material. Therefore, the present study was undertaken in order to obtain the electrolytic composite layers containing embedded aluminum grains into a nickel matrix. The structure and properties of Ni+Al alloys were determined using different methods. Composite Ni+Al layers were prepared by simultaneous electrodeposition of nickel and aluminum on a steel substrate in which 20, 40, 60, 80, 100 g/dm 3 of Al powder were suspended. The electrodeposition was carried out under galvanostatic conditions at a temperature of 293 K and the current density of j D = 300 ma/cm 2 for 1 h. The phase composition of the layers was investigated by the X-ray diffraction method. The surface morphology of the coatings was examined by means of a stereoscopic microscope Nicon. The obtained Ni+Al layers are of mat, rough metallic surface. There are a visible Al grains on the layer surface (Fig. 1). X-ray analysis of Ni+Al layers revealed their two phase composition (Fig. 2a). It was found that the phase structure of obtained layers depends on phosphorous content in the layer only. Atomic absorption spectroscope was used for chemical characterization of the layers. The influence of aluminum powder content in an electroplating bath on the chemical composition of Ni+Al layers was examined. Chemical analysis of the Ni+Al layers confirms the co-deposition of Ni and Al. It was ascertained that the increase aluminum powder amount in the bath causes the rise in Al content embedded into the composite layers. In the layers of Ni+Al a linear increase of Al content in the layer from 15% to about 20% was observed (Tab. 1). It was assumed that mechanism of Al embedding into the layer based on the adsorption phenomena and migration of the charged suspension micelles towards the cathode. The chemical composition of the layers depends also on current density deposition (Tab. 2). It was showed that from the bath containing 40 g Al/dm 3 at the current density equal 320 ma/cm 2 composite layer containing about 16% Al was obtained. In this case the average mass increment has also maximal value. The result of that process is possibility to obtain considerable thickness and good adhesivity of those composite layers. The thickness of composite layers increase linearly with the increasing of Al content in the bath. It is equal 120 and 150 micrometers for Ni+Al. The heat treatment of the layer at 873 K was done. It was ascertained that after the thermal treatment the obtained layers are of mat, rough metallic surface (Fig. 3). Depending on time of heat treatment the different surface morphology are obtained. This indicates on chemical reaction in solid state of the layer. Markedly different X-ray spectra were obtained for the electrocoatings heated in the argon atmosphere. The main peaks corresponding to the Ni and Al coexist with the new ones corresponding to new phases: Ni 2Al 3, Ni 3Al 4 (Fig. 2b). Such phases can take part in hydrogen electroevolution. WSTĘP W celu poprawy własności użytkowych warstw niklo- wych często prowadzi się współosadzanie ich z kąpieli zawierających zawiesiny tlenków metali, węglików, azot- ków lub PTFE [1-5]. Mechanizm otrzymywania takich warstw był w literaturze już sygnalizowany [5]. Ostatnio podjęte zostały także próby wprowadzenia cząstek spro-szkowanych metali do osnowy niklowej [6-9]. Takie postępowanie prowadzi w każdym przypadku do otrzy-mania warstw o strukturze kompozytu. W zależności od rodzaju składnika kompozytu elektrolitycznie otrzymane warstwy kompozytowe mogą znaleźć zastosowanie tribologiczne, dekoracyjne lub elektrochemiczne [10, 11]. 1 mgr, 2 prof. dr hab.

Otrzymywanie i termiczna modyfikacja warstw kompozytowych Ni+Al 53 Wśród elektrolitycznie otrzymywanych warstw kompozytowych zawierających proszek metalu szczególnego znaczenia nabierają te, które jako składnik kompozytu posiadają wbudowane takie metale, których nie da się elektrolitycznie w prosty sposób wydzielić z roztworów wodnych [7, 8]. Do takich metali należą np.: wolfram, tytan, molibden, glin i inne. Materiały takie można otrzymać także metodą szybkiego chłodzenia, mechanicznego stopowania, plazmowego napylania, chemicznej redukcji, implantacji jonowej, jak i metalurgii ogniowej. Cienkie warstwy z tych materiałów otrzymuje się jedynie metodami różnorodnego napylania próżniowego. Doniesienia literaturowe odnoś- nie do ich struktury i właściwości dość wyczerpująco charakteryzują otrzymywane materiały [12-21]. Elektrolitycznie otrzymane warstwy kompozytowe Ni+Al posiadają znaczenie ze względu na możliwość ich obróbki cieplnej i otrzymywanie związków międzymetalicznych typu Ni x Al y w strukturze warstwy. Takie związki charakteryzują się selektywną odpornością na działanie stężonych roztworów alkaliów, a także wykazują dobre cechy odporności na korozję wysokotemperaturową [21]. Ponadto posiadają duże znaczenie przy otrzymywaniu niklu Raney a, służącego jako materiał elektrodowy do elektrolitycznego wydzielania wodoru. W literaturze nie znaleziono opisu zastosowania metod elektrochemicznych do bezpośredniego otrzymywania takich warstw z roztworów wodnych. Jedynie praca C.A. Zell dotyczy elektrolitycznego otrzymywania warstw Ni+Al, ale z roztworów stopionych soli tych metali [14]. W naszym zespole podejmowano próby zabudowania proszku glinu na tlenkowym nośniku do amorficznej osnowy niklowej [22]. Stwierdzono, że w procesie elektroosadzania warstwy, poprzez zmianę parametrów, takich jak: gęstość prądu, skład kąpieli galwanicznej, temperatura i czas osadzania, ph roztworu, można modyfikować skład chemiczny i strukturę stopu, a przez to wpływać na jego właściwości. Celem niniejszej pracy jest otrzymanie elektrolitycznych warstw kompozytowych Ni+Al oraz określenie wpływu warunków prądowych i zawartości proszku Al w kąpieli na skład chemiczny i morfologię powierzchni warstw, a także zbadanie możliwości przeprowadzenia obróbki termicznej otrzymanych warstw. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Elektrolityczne warstwy kompozytowe Ni+Al otrzymywano z elektrolitu o składzie (g/dm 3 ): 56 H 4 N 2 NiO 6 S 2 4H 2 O, 15 (NH 4 ) 2 SO 4, 9 H 3 BO 3, 15 CH 3 COONa. Do kąpieli dodawano proszku glinu w ilości: 20, 40, 60, 80, 100 g/dm 3. Do sporządzenia kąpieli użyto wody podwójnie destylowanej oraz odczynników chemicznych o stopniu czystości cz.d.a. Zasadowość roztworu w za-kresie 6,8 7,0 regulowano poprzez dodawanie kilku kropli stężonego NaOH. Proces elektroosadzania prowadzono na podłożu stalowym St3S o powierzchni 2 cm 2. Przed rozpoczęciem elektroosadzania podłoże było czyszczone mechanicznie za pomocą papieru ściernego, a następnie odtłuszczane i trawione w roztworach standardowych dla stali. Po wytrawieniu podłoża, przepłukaniu i dokładnym wysuszeniu płytki ważono w celu późniejszego określenia masy uzyskanej warstwy. Warstwy osadzano jednostronnie na powierzchnię płytki, której druga strona była izolowana odpornym chemicznie klejem typu DISTAL. Elektrolityczne osadzanie warstw z kąpieli o zróżnicowanej zawartości Al (20, 40, 60, 80, 100 g/dm 3 ) przeprowadzono przy stałej gęstości prądowej, wynoszącej 300 ma/cm 2. W każdym przypadku otrzymywania warstwy przepuszczano ładunek elektryczny równy 1170 C cm 2. Dla optymalnego składu kąpieli galwanicznej, zapewniającego otrzymanie warstw o dobrej przyczepności do podłoża, określono wpływ wartości gęstości prądowej na ilość wbudowywanego Al do warstwy. Elektroosadzanie prowadzono przy gęstościach prądowych: 260, 280, 300, 320, 360, 400 ma/cm 2 i stałej zawartości proszku Al w kąpieli równej 40 g/dm 3. Dla każdej gęstości prądu osadzania stopu stosowano świeżą porcję kąpieli. Temperatura kąpieli wynosiła 293 K, zaś ph utrzymywane było na stałym poziomie, wynoszącym 6,8 7,0. Podczas prowadzenia procesu elektroosadzania kąpiel mieszano za pomocą mieszadła mechanicznego. Prędkość obrotów wynosiła 500 obr/min. Anoda platynowa o powierzchni około 1 dm 2 umieszczona była równolegle do powierzchni osadzanej warstwy. Obróbkę cieplną warstw kompozytowych Ni+Al przeprowadzono w piecu elektrycznym. Do wnętrza pieca wprowadzono argon o nadciśnieniu 0,02 MPa w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. W pierwszej fazie pracy piec był nagrzewany przez około 1 godzinę do temperatury 873 K, z równoczesnym przepływem argonu, w drugiej fazie następowała obróbka termiczna warstwy w tej temperaturze w czasie 8 godzin, a w końcowej fazie - studzenie pieca do temperatury otoczenia. Przez cały czas pracy pieca do jego wnętrza doprowadzany był argon. Dyfraktogramy stopów wykonano za pomocą dyfraktometru firmy Philips, stosując promieniowanie CuK α oraz monochromator grafitowy. Rejestrację dyfraktogramów prowadzono metodą ciągłą w celu otrzymania pełnego dyfraktogramu i zapisu profilu jego poszczególnych refleksów w zakresie kątowym 2Θ 20 90 o. Analizę chemiczną przeprowadzono metodą atomowej absorpcji za pomocą spektrometru atomowej absorpcji firmy PERKIM-ELMER. Przyczepność warstw do podłoża sprawdzano za pomocą wielokrotnego zginania mechanicznego aż do złamania podłoża.

54 I. Napłoszek-Bilnik, A. Budniok Do badania morfologii powierzchni wykorzystano mikroskop stereoskopowy firmy Nikon. Grubości warstw oszacowano na podstawie przyrostu mas oraz wykonanych zgładów poprzecznych.

Otrzymywanie i termiczna modyfikacja warstw kompozytowych Ni+Al 55 a) b) c) d) e) Rys. 1. Wpływ zawartości proszku Al w kąpieli galwanicznej na morfologię warstw Ni+Al: a) 20, b) 40, c) 60, d) 80, e) 100 g Al/dm 3 (j = 300 ma/cm 2 ) Fig. 1. Dependence of the amount of Al powder in the galvanic bath on surface morphology of Ni+Al layers: a) 20, b) 40, c) 60, d) 80, e) 100 g Al/dm 3 (j = 300 ma/cm 2 )

56 I. Napłoszek-Bilnik, A. Budniok OMÓWIENIE WYNIKÓW Otrzymane elektrolitycznie warstwy kompozytowe Ni+Al charakteryzują się dobrą przyczepnością do podłoża i nie wykazują naprężeń wewnętrznych, powodujących pękanie lub odwarstwianie się powłok od podłoża. Cechuje je szara, matowa barwa i chropowata jednorodna powierzchnia. Morfologia powierzchni warstw otrzymanych w jednakowych warunkach prądowych zależy od zawartości zawiesiny proszku glinowego w kąpieli. W miarę wzrostu zawartości glinu w kąpieli następuje coraz większe jego zabudowanie do warstwy, co powoduje wzrost rozwinięcia topografii powierzchni (rys. 1). Przy zawartości 60 80 g Al/dm 3 obserwuje się występowanie efektów aglomeracji proszku glinowego. Skład chemiczny warstw otrzymanych w jednakowych warunkach prądowych (300 ma/cm 2 ) jest mało zależny od zawartości glinu w kąpieli i zmienia się w granicach 15 20% (tab.1). Optymalne właściwości przyczepności do podłoża stalowego wykazują warstwy otrzymane z kąpieli zawierającej 40 g Al/dm 3. Przeprowadzone próby wielokrotnego zginania mechanicznego takich warstw wykazały, że są one dobrze przyczepne i łamią się bez odpryskiwania od podłoża. Przyrost masy warstwy przy przepuszczeniu jednakowego ładunku elektrycznego jest w przybliżeniu stały i niezależny od zawartości Al w kąpieli zawiesinowej (tab. 1). Oznacza to stałą wydajność prądową osadzania osnowy kompozytu przy w miarę stałej ilości wbudowywanego glinu. Grubość tak otrzymanych warstw wynosi około 150 mikrometrów. TABELA 1. Zależność grubości warstw Ni+Al od ilości proszku Al w kąpieli galwanicznej TABLE 1. Dependence of the mass increase of the deposited layers Ni+Al on the amount of Al powder in the bath Zawartość Al w kąpieli galwanicznej, g/dm 3 Gęstość prądu ma/cm 2 % Al Średnie przyrosty masy g/cm 2 20 300 15 0,32 ±0,05 40 300 16 0,33 ±0,05 60 300 18 0,25 ±0,05 80 300 20 0,305 ±0,05 100 300 19 0,35 ±0,05 Ze wzrostem gęstości prądowej osadzania tych warstw od 280 do 300 ma/cm 2 z kąpieli zawierającej 40 g Al/dm 3 procentowa zawartość glinu w powłoce rośnie od 9 do 16%, a następnie przy dalszym wzroście gęstości prądowej do 400 ma/cm 2 obserwuje się spadek zawartości glinu do 6% (tab. 2). Taka zmiana składu chemicznego jest charakterystyczna dla przypadku kulostatycznego osadzania warstwy kompozytowej. Równocześnie przyrosty masy warstwy zwiększają się, osiągając maksymalne swoje wartości przy gęstości prądowej 300 320 ma/cm 2, a następnie ulegają zmniejszeniu. Grubość otrzymanych warstw rośnie ze wzrostem gęstości prądowej ich otrzymywania od około 50 do około 150 μm (300 ma/cm 2 ), a następnie spada do około 70 μm (400 ma/cm 2 ). Taki charakter zmian oznacza podobną zmianę wydajności prądowej wraz ze wzrostem gęstości prądowej otrzymywania warstwy, przy czym do warstw o większej masie zabudowuje się więcej glinu. TABELA 2. Zależność grubości warstw od gęstości prądu osadzania TABLE 2. Dependence of the mass increase of the deposited layers on the current density Zawartość Al w kąpieli galwanicznej, g/dm 3 80 Ni Warunki osadzania ma/cm 2 % Al Średnie przyrosty masy g/cm 2 40 260 9 0,095 ±0,05 40 280 11 0,12 ±0,05 40 300 16 0,33 ±0,05 40 320 10 0,335 ±0,05 40 360 8 0,225 ±0,05 40 400 6 0,185 ±0,05 70 Al 60 Ni 50 Rys. 2. Dyfraktogram warstwy Ni+Al (40 g Al/dm 3, j = 300 ma/cm 2 ) Fig. 2. X-ray diffraction pattern of Ni+Al composite layers (40 g Al/dm 3, j = 300 ma/cm 2 ) Badania składu fazowego warstw Ni+Al wykazały ich kompozytową budowę. Dyfraktogramy warstw kompozytowych uwidaczniają występowanie ostrych refleksów pochodzących od Ni i Al (rys. 2). Taki skład fazowy warstw jest niezależny od warunków prądowych ich otrzymywania oraz zawartości glinu w kąpieli zawiesinowej. Rentgenowska analiza fazowa przeprowadzona dla warstw Ni+Al poddanych obróbce cieplnej w temperaturze 600 o C wykazała możliwość zachodzenia reakcji w ciele stałym pomiędzy niklową osnową kompozytu a jego składnikiem. W wyniku tego powstają związki międzymetaliczne Ni 2 Al 3 i Ni 3 Al 4. Potwierdzeniem ich obecności jest występowanie odpo- Ni 40 Al 30 20 Komentarz [AS1]: l

Otrzymywanie i termiczna modyfikacja warstw kompozytowych Ni+Al 57 wiednich refleksów tych faz na dyfraktogramie warstwy poddanej obróbce cieplnej (rys. 3). Utworzenie fazy Ni 2 Al 3 jest bardzo korzystne ze względu na możliwość zastosowania takich warstw jako materiały elektrodowe do elektrolitycznego wydzielania wodoru [23]. Aktywność elektrochemiczna fazy Ni 3 Al 4 nie była dotąd badana. Topografia powierzchni warstw poddanych obróbce cieplnej (rys. 4) wyraźnie różni się od topografii warstw wyjściowych (rys. 1b). Charakteryzują się one bardziej jednorodną powierzchnią pod względem morfologicznym. Ni Ni Ni WNIOSKI Z przeprowadzonych badań wynika, że istnieje możliwość elektrolitycznego otrzymywania warstw kompozytowych na osnowie Ni zawierających wbudowany Al. Zawartość Al w kąpieli galwanicznej wywiera wpływ na skład chemiczny warstwy. Warstwy są dobrze przylegające do podłoża, nie odwarstwiają się i nie wykazują naprężeń wewnętrznych. Maksymalną zawartość glinu w takiej warstwie (około 16%) uzyskuje się z kąpieli zawierającej 40 g Al/dm 3 przy gęstości prądowej równej 300 ma/cm 2. Rentgenowska analiza fazowa wykazała, że warstwy Ni+Al posiadają budowę kompozytową niezależnie od warunków elektrolitycznego otrzymywania i składu kąpieli zawiesinowej. W krystalicznej osnowie niklowej wbudowane są ziarna oddzielnej krystalicznej fazy Al. Skład fazowy jest niezależny od ilości proszku Al w kąpieli galwanicznej. Przeprowadzona obróbka cieplna wykazała, że na skutek przereagowania Ni z Al w fazie stałej tworzą się związki międzymetaliczne Ni 2 Al 3 i Ni 3 Al 4. Al 3N i2 Al 4Ni 3 Al 3Ni 2 Al Al 4Ni 3 Al 4Ni 3 Al 3Ni 2 Praca finansowana ze środków KBN (Projekt nr PBZ/KBN-041/T08/20-12). 80 70 60 50 40 30 20 Rys. 3. Dyfraktogram warstwy Ni+Al (40 g Al/dm 3, j = 300 ma/cm 2 ) po obróbce cieplnej w temperaturze 873 K przez 8 h Fig. 3. X-ray diffraction pattern of Ni+Al composite layers (40 g Al/dm 3, j = 300 ma/cm 2 ) after heat treatment at 873 K during 8 h Rys. 4. Morfologia powierzchni warstwy Ni+Al po obróbce cieplnej w temperaturze 873 K przez 8 h (40 g Al/dm 3, j = 300 ma/cm 2 ) Fig. 4. Surface morphology of Ni+Al composite layers after heat treatment at 873 K during 8 h (40 g Al/dm 3, j = 300 ma/cm 2 ) LITERATURA [1] Niedbała J., Budniok A., Gierlotka D., Surówka J., Ni-P- NiO electrolityc layers as anode materials, Thin Solid Films 1995, 226, 113. [2] Łosiewicz B., Stępień A., Gierlotka D., Budniok A., Composite layers in an Ni-P system containing TiO 2 and PTFE, Thin Solid Films 1999, 349, 43-50. [3] Gierlotka D., Rówiński E., Budniok A., Łągiewka E., J. Appl. Electrochem 1997, 27, 12, 1324. [4] Serek A., Budniok A., Dyspersja wolframu w elektrolitycznych warstwach niklowych, Archiwum Nauki o Materiałach 1999, 20, 4, 259-268. [5] Budniok A., Łosiewicz B., Popczyk M., Serek A., Production and structure of new electrode materials based on Ni-P amorphous matrix, Proccedings of 197-th Meeting of The Electrochemical Society, Toronto September 2000, Abstract No. 1209. [6] Budniok A., New electrode materials containing metallic powder or metal oxide embedded in the nickel matrix, Proc. of VII International Symposium FORUM, Warsaw 2001 AE-O1 186. [7] Serek A., Budniok A., Characteristic of nickel composite layers containing titanium powder, Proc. of VII International Symposium FORUM, Warsaw 2001 AE-P-13. [8] Budniok A., Serek A., New electrode materials containing metallic powder in the amorphous matrix of Ni-P, Abstract No. A237, 1 st International Materials Symposium Materiais 2001, Coimbra University, Mechanical Engineering Department, Coimbra, Portugal, April 9-11, 2001. [9] Serek A., Budniok A., Production of electrolytic nickel and nickel-phosphorous composite layers containing titanium, Current Physics (wysłane do druku). [10] Szczygieł B., Studium nad otrzymywaniem i właściwościami elektrolitycznych warstw dyspersyjnych niklu z wę-

58 I. Napłoszek-Bilnik, A. Budniok glikiem krzemu, Prace Naukowe Technologii Nieorganicznej i Nawozów Mineralnych Politechniki Wrocławskiej, Seria Monografie 47, 15, Wrocław 1998. [11] Lasia A., Linlin Chen, Ni-Al Powder Electrocatalyst for hydrogen evolution, Effect of heat-treatment on morphology, composition, and kinetics, Département de Chimie, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec J1K 2R1, Canada, J. Elektrochem. Soc. 1993, 140, 9. [12] Kopit Y, The ability of systems based on Ni, Al and Ti to be synthesized by self-propagating high-temperature synthesis (SHS), Intermetallics 2001, 9, 5, 387-393. [13] Hibino A., Matsuoka S., Kiuchi M., Synthesis and sintering of Ni sub 3 Al intermetallic compound by combustion synthesis process, Journal of Materials Processing Technology 2001, 112, 1, 127-135. [14] Zhang H.F., Wang A.M., Li H., Song Q.H., Ding B.Z., Hu Z.Q., Microstructure and catalytic properties of rapidly quenched Ni-Al-Cr-Fe alloy, Materials Letters 2001, 48, 6, 347-350. [15] Zell C.A., Freyland W., In situ STM and STS study of Ni x Al 1-x alloy formation on Au(111) by electrodeposition from a molten salt electrode, Chemical Physics Letters 2001, 337, 293-298. [16] Ding J.J., Rogl P., Schmidt H., Phase relations in the Alrich corner of the Ti-Ni-Al system, Journal of Alloys and Compounds 2001, 317-318, 379-384. [17] Bach F.W., Babiak Z., Duda T., Rothardt T., Tegeder G., Impact of self propagating high temperature synthesis of spraying materials on coatings based on aluminium and metal-oxides, Thermal Spray 2001: New Surfaces for a New Millenium, Proceedings of the International Thermal Spray Conference 2001, 497-502. [18] Tan Y., Shinoda T., Mishima Y., Suzuki T., Stoichiometry splitting of beta phase in Ni-Al-Mn, Ni-Al-Co and Ni-Al- Fe ternary systems, Materials Transactions 2001, 42, 3, 464-470. [19] Ohmi T., Yanoma J., Kudoh M., Melting behavior of reaction products during thermite-type combustion synthesis of Ni-Al intermetallic compounds, Journal of the Japan Institute of Metals 2001, 65, 3, 167-170. [20] De Fraga Malfatti C., Klein C.W., Manhabosco T.M., Ferreira J.Z., Corrosion resistance of electroless nickel with particles ncorporated, Anais do 55 Congresso Anual da Associacao Brasileira e Materiais 2000, 234-242. [21] Mukasyan A., Pelekh A., Varma A., Rogachev A., Jenkins A., Effects of gravity on combustion synthesis in heterogeneous gasless systems, AIAA Journal 1997, 35, 12, 1821-1828. [22] Gruszka A., Budniok A., Production and structure of electrocoatings Ni-P-TiO 2-Al, Advanced Performance Materials 1999, 6, 2, 141. [23] Lasia A., Applications of the Electrochemical Impedance Spectroscopy to Hydrogen Adsorption, Evolution and Absorption into Metals, Département de Chimie, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec 2001. Recenzent Andrzej Wolkenberg