 |
Патент №470 «Способ получения нанокристаллических кобальт-вольфрамовых (Co-W) покрытий» ПМР. (25.05.2015) (С.А. Силкин, А.В.Готеляк, И.В. Яковец, А.И. Дикусар)
|
|
|
|
Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению. Техносфера.2006.
Гамбург Ю.Д., Дж. Зангари.Теория и практика электроосаждения металлов. М. Бином. Лаборатория знаний. 2015.
Как проект решает описанную проблему, и в чем заключается инновационность подхода
Предлагаемый проект относится к категории получения новых нанокристаллических материалов, обладающих в ряде случаев уникальными свойствами (микротвердостью, коррозионной стойкостью, износостойкостью и низким коэффициентом трения).
Недавно, исследованиями группы, представляющей настоящий проект, было показано, что получаемые свойства подобных слоев имеют макроскопический размерный эффект, в частности, микротвердости [6]. Показано, что определяющими факторами получения заданных свойств покрытий применительно к электрохимическому осаждению металлов группы железа с вольфрамом, являются не только традиционные в электрохимии параметры, такие как плотность тока, потенциал, гидродинамические условия, но также и объемная плотность тока (ОПТ). Управление объемной плотностью тока можно осуществлять как изменением объема электролита при сохранении плотности тока электроосаждения и площади поверхности электроосаждения, так и током электроосаждения (площадью поверхности, на которую оно производится). Иными словами, в таких системах необходим контроль соотношения площади обрабатываемой поверхности и объема электролита при заданной плотности тока. Отсутствие контроля ОПТ практически во всех предварительно проведенных научных исследованиях, в том числе фундаментальных, приводит к существенному разбросу значений микротвердости покрытий, полученных в этих исследованиях [4].
|
|
|
Одной из принципиальных особенностей подобных процессов является способ подготовки электролита. В зависимости от способа его приготовления, при прочих условиях, поддерживаемых постоянными, достигаемые свойства поверхности, получаемые из этого электролита, могут существенно изменяться. В ходе исследований группы представляющей данный проект определен оптимальный способ приготовления электролита, позволяющий получать качественные покрытия.
Работоспособность электролита в значительной степени зависит от используемых анодов. Группой проведены исследования по применению растворимых анодов, кобальтового и вольфрамового для использовании в предлагаемой технологии, что позволяет существенно увеличить работоспособность электролита. Если при использовании нерастворимых анодов микротвердость начинает снижаться уже после 2А*час/л, то при использовании растворимых анодов она сохраняется и до 10 А*час/л. Работоспособность электролита также зависит от величины ОПТ при работе ванны.
Важную роль в технологии играет адгезия покрытия к подложке. Специальные исследования методом царапания показали влияние ОПТ получения покрытия на адгезию к осаждаемой поверхности.
На основные особенности технологии (способ приготовления электролита, объемные плотности тока, обеспечивающие достижения требуемых свойств) получены патенты Приднестровской Молдавской Республики [7,8]. В процессе выполнения настоящего проекта необходимо осуществление защиты интеллектуальной собственности на территории Российской Федерации, а также, возможно, за рубежом.
Косвенным доказательством новизны и актуальности предлагаемого проекта является то, что ни в одной из опубликованных к настоящему времени достаточно многочисленных работ, посвященных указанной проблеме, не приводятся данные, соответствующему всему необходимому комплексу контролируемых параметров обеспечивающих функционирование технологии.
|
|
|
В последних работах, выполненных группой, показано, что наблюдаемый эффект проявляется не только при электроосаждении Co-W сплавов, получаемых из цитратных и глюконатных растворов, как это показано в [6], но и распространяется на покрытия Fe-W и Ni-W осаждаемых из этих электролитов.
Таким образом, инновационность подхода заключается в определении и поддержании комплекса критических параметров технологического процесса, обеспечивающих достижение требуемых физико-механических свойств, повышения воспроизводимости свойств покрытий (включая адгезию) и работоспособности электролита:
· Состав электролита и методика его приготовления;
· Выбор используемых растворимых анодов и методы расчета их поверхностей, исключающих пассивацию;
· Выбор величины плотности тока, ОПТ и их контроль в процессе получения покрытий;
· Выбор гидродинамических условий электроосаждения.
Только часть из вышеперечисленных параметров настоящее время используется в качестве контроля, что не позволяло получать воспроизводимых результатов свойств покрытий.
Опишите основные технологические и рыночные тренды в рассматриваемой отрасли
a. Все известные методы упрочнения поверхностей деталей машин можно разделить на несколько основных: 1) упрочнение с созданием пленки на поверхности: а) вследствие химической реакции (оксидирование, фосфатирование, осаждение из газовой фазы и т.д.); б) осаждение из паров (термическое испарение тугоплавких соединений, электронно-лучевое испарение и т.д.); в) электролитическое осаждение (хромирование, никелирование, хромофосфатирование и т.д.); г) нанесение износостойких соединений; 2) упрочнение с изменением химического состава поверхностного слоя (диффузионное насыщение, ионная имплантация, электроискровая обработка и др.); 3) упрочнение с изменением структуры поверхностного слоя (лазерная и плазменная закалка, электроконтактная обработка, электроэрозионная, магнитная обработка и др.); 4) упрочнение с изменением энергетического запаса поверхностного слоя (обработка в магнитном и электрическом поле); 5) упрочнение с изменением микрогеометрии поверхности и наклепом (пластическое деформирование, обработка резанием и др.).
|
|
|
Среди всех вышеперечисленных методов особое место занимает электролитическое хромирование в силу наличия оптимума в системе цена-качество. Именно эта особенность вышеупомянутой технологии привела к тому, что, несмотря на очевидные недостатки технологии, обусловленные ее высокой антропогенной нагрузкой на окружающую среду, она до сих пор не может быть вытеснена никакой другой технологией поверхностной обработки. Дополнительным фактором ее повсеместного использования является высокая коррозионная стойкость таких покрытий.
Технологических трендов, направленных на замену этой технологии, два: а) разработка технологии электролитического хромирования из более экологически чистого электролита, основанного на применении трехвалентного хрома; б) замена хромирования на получение сплавов, свойства которых не уступали бы и даже улучшали бы свойства покрытий, получаемых при электролитическом хромировании.
Подобный технологический тренд определяет и особенности рыночного тренда. На рынке различных технологий технология, способная заменить хромирование, будет востребована в первую очередь [3-6]. Вот как об этом говорится в работе английских исследователей-технологов [3]:“The results presented in this paper (along with an assessment of the literature concerning nickel and nickel–tungsten electrodeposits) show that electrodeposited cobalt–tungsten coatings are one of the strongest contenders for replacement of chromium electrodeposits that have been identified”.
|
|
|
