Electroless deposition of Ni-P/nano-SiO2 composite coatings on PET and carbon fiber substrates

• Autorzy: Kurkowska M. , Bieliński J. , Sałacińska A. , Kozera R. , Boczkowska A.

Warianty tytułu

PL

Bezprądowe osadzanie warstw kompozytowych Ni-P/nano-SiO2 na folii PET i włóknach węglowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of studies on the electroless deposition of Ni-P/nano-SiO2 composite layers on pre-treated polymeric bases (PET polyester Mylar A type) and on carbon fibers (24k fibers with 7 μm Tenax rovings). The Ni-P matrix was deposited from a bath consisting of NiSO4 0.1 M; NaH2PO2 0.2 M; glycine 0.21 M, with a pH = 7.5÷8.5 and thiourea added as a stabilizer, as well as cetyltrimethylammonium bromide as a surfactant. Silica powders (Sigma, grains 7 and 14 nm) were added in amounts of 10÷30 g/l, with ultrasonic homogenization of the suspension or by using a homogenizor. Under the applied experimental conditions, the deposition of composites with two types of silica on two types of substrate was carried out. The deposition was performed in the temperature range of 60÷70°C, during 5÷60 minutes, while the samples rotated at 1 rpm and the suspension was agitated with a stirrer. The composition of the deposited layers was determined by chemical methods and their surface morphology was investigated using SEM. Under the applied conditions, Ni-P/SiO2 layers of a thickness within 120÷710 nm, an aluminium oxide content up to 17.3 wt.%, and 2÷3 wt.% phosphorus were obtained.

PL

Przedstawiono wyniki badań nad bezprądowym osadzaniem warstw kompozytowych Ni-P/SiO2 na podłożach polimerowych typu Mylar (poliester PET) oraz na włóknach węglowych (wiązki 24k włókien o średnicy 7 µm Tenax). Osnowa Ni-P osadzana była z roztworu NiSO4 0,1 M; NaH2PO2 0,2 M; glicyna 0,21 M, o pH = 7,5÷8,5 z dodatkiem tiomocznika jako stabilizatora oraz bromku cetylotrimetyloamoniowego jako surfaktanta. Dodawano proszków krzemu (Sigma, ziarna 7 i 14 nm) w ilości 10÷30 g/l z ultradźwiękową homogenizacją zawiesiny oraz z zastosowaniem homogenizatora. W zastosowanych warunkach doświadczeń prowadzono osadzanie na dwóch rozmiarach ziaren o nanometrycznej wielkości ziaren na dwóch rodzajach podłoża. Osadzanie prowadzono w zakresie temperatur 60÷70°C, w czasie od 5 do 60 minut, podłoża obracały się z szybkością 1 obr/min, a zawiesina mieszana była mieszadłem magnetycznym. Określano chemicznie skład osadzanych warstw oraz morfologię ich powierzchni za pomocą SEM. W zastosowanych warunkach osadzone bezprądowo warstwy kompozytowe Ni-P/SiO2 o grubości 120÷710 nm zawierały do 17,3% mas tlenku krzemu oraz 2÷3% mas fosforu.

Słowa kluczowe

EN

electroless composite deposition; Ni-P/SiO2 composite layer; deposition rate and microstructure; PET and carbon fibers metallization

PL

bezprądowe osadzanie kompozytu Ni-P/SiO2; szybkość osadzania i mikrostruktura; PET; metalizacja PET i włókien węglowych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 1
• Strony: 54--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kurkowska M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Bieliński J.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Sałacińska A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Kozera R.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Boczkowska A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Morgan P., Carbon fibers in metal matrices, [In:] Carbon Fibers and their Composites, CRC Press, Boca Raton 2005.
• [2] Rohatgi P.K., Tiwari V., Gupta N., Squeeze infiltration processing of nickel coated carbon fiber reinforced Al-2014 composite, J. Mater. Sci. 2006, 41, 7232 ()
• [3] Sprawozdanie z realizacji polsko-niemieckiego projektu pt. „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn” (koord. Wydział Inżynierii Materiałowej PW; kier. prof. dr hab. inż. Krzysztof J. Kurzydłowski), Etap I. Warszawa 2008-2010. Etap II. Warszawa 2010-2012.
• [4] Textile reinforced carbon fibre/aluminium matrix composites for lightweight applications, ed. A. Boczkowska, M. Gude, 2014, in press.
• [5] Bieliński J., Broda A., Bielińska A., Boczkowska A., Bezprądowa metalizacja włókien węglowych dla wytwarzania kompozytów MMC, Kompozyty (Composites) 2008, 8(4), 332.
• [6] Kozera R., Bieliński J., Broda A., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Preparation of carbon fibres for aluminium composites, Advanced Materials Research 2011, 264-265, 1487-1491.
• [7] Sałacińska A., Bieliński J., Zawadowska M., Kozera R., Boczkowska A., Kurzydłowski, Kompozyty K.J., Electroless deposition of Ni-P/nano-Al2O3 composite coatings, Composites Theory and Practice 2012, 12(2), 86-92.
• [8] Sałacińska A., Zawadowska M., Bieliński J., Kozera R., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Electroless deposition of Ni-P/nano-TiO2 composite coatings on PET and carbon fibre substrates, Composites Theory and Practice 2013, 13(2), 86-91.
• [9] Sajfullin R.S., Kombinirovannyje elektrochimiczeskije pokrytija i matieriały, Moskva, Chimija 1972.
• [10] Sajfullin R.S., Nieorganiczeskije kompozicionnyje materiały, Chimija, Moskva 1983.
• [11] Poradnik galwanotechnika, pr. zbiorowa; wyd. 1., red. T. Żak, WNT, Warszawa 1973; wyd. 2., red. T. Żak, Z. Kolanko, WNT, Warszawa 1985; wyd. 3, red. J. Olszewski, WNT, Warszawa 2002.
• [12] Metzger W., Die Abscheidung von Nickeldispersionsschichten auf stromlosen Wege, Galvanotechnik 1972, 63(8), 722.
• [13] Yu X., Wang H., Yang Z., Yin P., Xin X., XPS and AES investigation of two electroless composite coatings, Appl. Surf. Sci. 2000, 158, 335-339.
• [14] Brooman E.W., Compliant electrodeposited and electroless nano-structured and nano-composite coatings to replace chromium coatings, Galvanotechnik 2005, 96(12), 2843.
• [15] Petrova M., Noncheva Z., Dobreva E., Abscheidung von Nickel-Phosphor- und Nanodispersions-Nickel-Phosphor-Schichten auf Metallsubstraten, Galvanotechnik 2006, 97(9), 2115.
• [16] Feng H., Hong X., Yu L., Zhi Y., Cao Y., Electroless Ni-P-SiO2 composite coatings and their corrosion behaviors in simulated furnace flue gas, Advanced Materials Research 2010, 160-162, 1464.
• [17] Rabizadeh T., Reza Allahkaram S., Corrosion resistance enhancement of Ni-P electroless coatings by incorporation of nano-SiO2 particles, Mater. Design 2011, 32, 133-138.
• [18] Hou J.Y., Research on crafts of Ni-P-Al2O3-SiO2 electroless composite plating, Key Engineering Materials 2012, 501, 53.
• [19] Allahkaram S.R., Zarebidaki A., Rabizadeh T., Evaluation of electroless Ni-P and Ni-P nano-composite coatings' properties, Int. J. Mod. Phys. Conf. Ser. 2012, 5, 817.
• [20] Petrova M., Noncheva Z., Jakob C., Erler F., Stromlos abgeschiedene Nickel-Dispersionsschichten auf Kunstoffen. T. III. Nanoskaliger SiO2-Dispersoid, Galvanotechnik 2002, 93(2), 370.
• [21] Oberseider M., Jakob C., Petrova, M., Noncheva Z., Schawohl J., Untersuchung von chemisch abgeschiedenen nanoskaligen Nickeldispersionsschichten, Galvanotechnik 2005, 96(5), 1214.
• [22] Zhang H., Liu R., Properties of Ni-P-SiO2 (nanometer) electroless composite on PET fabrics, J. Soc. Fiber Sci. Technol. Japan 2008, 64 (12), 372.
• [23] Dong D., Chen X.H., Xiao W.T., Yang G.B., Zhang P.Y., Preparation and properties of electroless Ni-P-SiO2 composite coatings, Appl. Surf. Sci. 2009, 255, 7051.
• [24] de Hazan Y., Zimmermann D., Z'graggen M., Roos S., Aneziris Ch., Bollier H., Fehr P., Graule Th., Homogeneous electroless Ni-P/SiO2 nanocomposite coatings with improved wear resistance and modified wear behavior, Surf. Coat. Technol. 2010, 204, 3464-3470.
• [25] Gutsev D., Antonov M., Hussainova I., Grigoriev A.Ya., Effect of SiO2 and PTFE additives on dry sliding of NiP electroless coating, Tribology International 2013, 65, 295.
• [26] Rudnik E., Incorporation of ceramic particles into nickel and cobalt electroless deposits, Adv. Mat. Sci. Appl. 2013, 2(1), 1.
• [27] Xiong X., Xiao D., Choi M.M.F., Dissolved oxygen sensor based on fluorescence quenching of oxygen-sensitive ruthenium complex immobilized on silica-Ni-P composite coating, Sensors and Actuators B 2006, 117, 172.
• [28] Balaraju J.N., Sankara Narayanan T.S.N., Seshadri S.K., Electroless Ni-P composite coatings, J. Appl. Electrochem. 2003, 33(9), 807.
• [29] Sarret M., Müller C., Amell A., Electroless NiP micro- and nano-composite coatings, Surf. Coat. Technol. 2006, 201, 380.
• [30] Bieliński J., Broda A., Kozera R., Bielińska A., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Rola parametrów bezprądowej metalizacji w procesie wytwarzania pre-kompozytu Ni-P/włókno węglowe, Kompozyty (Composites) 2010, 10(3) 206-212.