Galwaniczne powłoki niklowe na stopach magnezu

Magnez jest metalem bardzo reaktywnym. Pod wpływem wody, a nawet powietrza, na jego powierzchni wytwarza się cienka warstewka tlenkowa lub wodorotlenkowa. Warstewka ta charakteryzuje się słabą przewodnością elektryczną, co może wpływać niekorzystnie na proces wytwarzania powłoki niklowej [8]. W związku z tym przed procesem wytwarzania powłok niklowych powierzchnię magnezu poddaje się wstępnej obróbce powierzchniowej. Polega ona na trawieniu oraz wytwarzaniu warstwy pośredniej. Na proces wytwarzania powłok niklowych, a także na ich późniejszy wygląd, mają wpływ takie czynniki jak: katodowa gęstość prądu, stężenie składników elektrolitu, stężenie cząstek dyspersyjnych w elektrolicie oraz ich wielkość (w przypadku wytwarzania powłok kompozytowych), temperatura, pH, intensywność oraz sposób mieszania elektrolitu, a także skład chemiczny materiału podłoża.

W procesie niklowania stosuje się również wiele dodatków organicznych, w postaci substancji powierzchniowo czynnych, które wpływają na polepszenie jakości wytwarzanych powłok. Wprowadzone do kąpieli środki powierzchniowo czynne ułatwiają sporządzenie kąpieli galwanicznej zawierającej cząstki fazy ceramicznej oraz utrzymanie dyspersji cząstek stałych w roztworze. Dodatkowo stosowane są również substancje organiczne wpływające na zwiększenie połysku powłoki, redukujące naprężenia własne, zwilżające powierzchnię, zmniejszające zjawisko pittingu czy też wpływające na rozdrobnienie ziarna.

Elektrochemiczne powłoki niklowe na magnezie mają wiele potencjalnych zastosowań. Powłoki Cu-Ni-Cr są stosowane jako powłoki głównie w warunkach wewnętrznych, a także jako powłoki na zewnątrz w łagodnych środowiskach. Jednakże nie zostały dotąd opracowane powłoki na magnezie, które mogłyby być użyte w warunkach środowiska morskiego, co znacznie ogranicza aplikację magnezu w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym czy morskim. Niklowe powłoki bezprądowe znajdują z kolei zastosowanie w przemyśle elektrycznym i elektronicznym. Wynika to ze względu na dobrą odporność korozyjną oraz odporność na ścieranie, a także dobrą lutowność i przewodność elektryczną. Powłoki Ni-Au są wykorzystywane w przemyśle kosmicznym, głównie ze względu na dobrą przewodność elektryczną i dobry współczynnik odbicia optycznego. Powłoki typu Ni-P, Ni-Pd-P czy Ni-B charakteryzują się podwyższonym współczynnikiem przewodności cieplnej oraz wytrzymałości na zmęczenie [9].

Materiał i metodyka badań

Kompozytowe powłoki niklowe wytwarzano z użyciem kąpieli typu Wattsa, o składzie chemicznym podanym w tab. 1. Stosowano również podwarstwę Ni-P otrzymywaną chemicznie z roztworu o składzie podanym w tab. 2. Powłoki osadzano w warunkach galwanostatycznych przy gęstości prądu 4 A/dm². Anodę stanowiła płytka niklowa, katodę stanowiły natomiast próbki ze stopu magnezu AZ61. Czas osadzania powłoki wynosił 30 min, temperatura kąpieli galwanicznej – 50°C.

Do kąpieli galwanicznej stosowano dodatek nanometrycznych cząstek węglika krzemu (SiC). Wygląd proszku SiC obserwowany na mikroskopie transmisyjnym Tecnai G2 przedstawiono na rys. 1. Analiza mikroskopowa wykazała, że wielkość cząstek ceramicznych wynosi 20-100 nm.

Obserwacje mikroskopowe wytworzonych powłok niklowych prowadzono przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego Philips XL30. Badania korozyjne prowadzono zarówno w komorze solnej Dura HK1000 w środowisku obojętnej mgły solnej (5-proc. roztwór NaCl), jak również metodami elektrochemicznymi. Pomiary elektrochemiczne wykonano za pomocą zestawu „Autolab”. Jest to otencjostat/galwanostat firmy EcoChemie B.V. z oprogramowaniem GPES 4.9 do sterowania eksperymentem, zbierania danych i analizy wyników. Elektrodami badanymi były próbki z magnezu z wytworzoną powłoką niklową. Natomiast elektrodą porównawczą była elektroda z platyny, a elektrodą odniesienia – elektroda Ag/AgCl 3M KCl. Bezpośrednio przed badaniem powierzchnię próbek przemywano acetonem.

Pomiary prowadzono w temperaturze pokojowej w trójelektrodowym elektrolizerze szklanym. Badania przyczepności powłoki niklowej do podłoża przeprowadzono metodą udaru cieplnego. Zgodnie z normą PN-EN ISO 2819 próbki wygrzewano w piecu do temperatury 220°C. Następnie oziębiono je w wodzie o temperaturze 25°C. Wynik uważa się za pozytywny, gdy na powierzchni próbki nie występują oznaki oddzielenia powłoki od podłoża (pęcherze, łuszczenie się powłoki, odwarstwienie).

Galeria

Zobacz więcej