Electroless deposition of Ni-P/NANO-TiO2 composite coatings on PET and carbon fibres substrates

• Autorzy: Sałacińska A. , Zawadowska M. , Bieliński J. , Kozera R. , Boczkowska A. , Kurzydłowski K. J.

Warianty tytułu

PL

Bezprądowe osadzanie warstw kompozytowych Ni-P/nano-TiO2 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-TiO2 composite coatings on pretreated polymeric substrates (PET polyester Mylar A type) and on carbon fibres (24k fibres with 7 μm Tenax rovings). The Ni-P layer was deposited from a solution 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. Titanium(IV) oxide (Aldrich, grains 25 nm) in powder form was added, amounting to 10÷30 g/l, with ultrasonic homogenization of the suspension. Under the experimental conditions applied, partial sedimentation of the powder occurred. Deposition was performed at the temperature of 70°C, during 5÷15 minutes for the carbon fibers and 60 minutes for PET. The substrates were 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/TiO2 layers of a thickness with in 0.3÷1 μm, titanium oxide content up to 17% by weight, and 2÷3% phosphorus by weight, were obtained.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad bezprądowym osadzaniem warstw kompozytowych Ni-P/ TiO2 na podłożach polimerowych typu Mylar (poliester PET) oraz na włóknach węglowych (wiązki 24k włókien 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 proszku tlenku tytanu (IV) (Aldrich,ziarna 25 nm) w ilości 10÷30 g/l, z ultradźwiękową homogenizacją zawiesiny. Stwierdzono częściową sedymentację tlenku. Osadzanie prowadzono w temperaturze 70°C, w czasie od 5 do 15 min dla podłoża węglowego i 60 min dla PET. 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 na włóknach węglowych warstwy kompozytowe Ni-P/TiO2 o grubości 0,3÷1 µm zawierały do 17% mas. tlenku tytanu oraz 2÷3% mas. fosforu.

Słowa kluczowe

EN

electroless composite deposition; Ni-P/TiO2 composite; deposition rate and microstructure; PET and carbon fibres metallization

PL

bezprądowe osadzanie kompozytu Ni-P/TiO2; szybkość osadzania i mikrostruktura; PET; metalizacja PET i włókien węglowych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 2
• Strony: 86--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sałacińska A.

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

autor

Zawadowska M.

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

autor

Bieliński J.

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

autor

Kozera R.

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

autor

Boczkowska A.

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

autor

Kurzydłowski K. J.

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

Bibliografia

• [1] 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
• [2] Sałacińska A., Bieliński J., Zawadowska M., Kozera R., Boczkowska A., Kurzydłowski, K.J., Electroless deposition of the Ni-P/nano-Al2O3 composite coatings, Composites (Kompozyty) 2012, 12(2), 86-92.
• [3] Gawrilov G., Owtscharova E., Die chemische Abscheidung von Disperssionsschichten mit Ni-P und Ni-B Matrix, Einlagern von Oxiden: Titandioxid, Galvanotechnik 1973, 64(1), 23.
• [4] Hussain M.S., Such T.E., Deposition of composite autocatalytic nickel coatings containing particles, Surf. Technol. 1981, 13(2), 119.
• [5] Ekilik G.N., Zavisimost zaszczytnych svojstv nikiel-oksidnych kompozicjonnych pokrytej ot sposoba poluczenija, Zaszczita Metallov 1994, 30(3), 325.
• [6] Skopintsev V.D., Karelin A.V., Kotov I.O., Klinski G.D., Fizyko-miechaniczeskije i korrozionnyje svojstva chimiczeskich kompozicjonnych pokrytej, Galvanotech. Obr. Poverchn. 1998, 6(3), 29.
• [7] Balaraju J.N., Sankara Narayanan T.S.N., Evaluation of the corrosion resistance of electroless Ni-P and Ni-P composite coatings by electrochemical impedance spectroscopy, J. Solid State Electrochem. 2001, 5, 334.
• [8] Balaraju J.N., Sankara Narayanan T.S.N., Seshadri S.K., Electroless Ni-P composite coatings, J. Appl. Electrochem., 2003, 33(9), 807.
• [9] John S.S., Srinivasan K.N., Kavimani P.M., Krishnan K.H., Praveen J., Ganesan M., Electroless Ni-P-TiO2- based composite coatings for surface engineering applications, Plating Surf. Finish. 2005, 92(5), 62.
• [10] Brooman E.W., Compliant electrodeposited and electroless nano-structured and nano-composite coatings to replace chromium coatings, Galvanotechnik 2005, 96(12), 2843.
• [11] Balaraju J.N., Sankara Narayanan T.S.N., Seshadri S.K., Structure and phase transformation behavior of electroless Ni-P composite coatings, Mat. Res. Bull. 2006, 41, 847.
• [12] Novakovic J., Vacuum thermal treated electroless NiP-TiO2 coatings, Electrochim. Acta 2009, 54 (9), 2499.
• [13] Ranganatha S., Venkatesha T.V., Vathsala K., Development of electroless Ni-Zn-P/nano-TiO2 composite coatings and their properties, Appl. Surf. Sci. 2010, 256(24), 7377.
• [14] Khalifa O.R.M., Abd El-Wahab E., Tilp A.H., The effect of Sn and TiO2 nanoparticles added in electroless Ni-P plating solution on the properties of composite coatings, Australian J. Appl. Sci. 2011, 5(6), 136
• [15] Hazan Y., Knies F., Burnat D., Graule Th., Yamada-Pittini Y., Homogeneous functional Ni-P/ceramic nanocomposite coatings via stable dispersions in electroless nickel electrolyte, J. Colloid Interface Sci. 2012, 365, 163.
• [16] Allahkaram S.R., Salmi S., Tohidlou E., An investigation on effects of TiO2 nano-particles incorporated in electroless NiP coatings properties, International J. Modern Physics, Conf. Series 2012, 5, 833.
• [17] Jepifanova V.S., Golovuszkina L.V., Prusov Ju.V., Florov V.N., Naniesienie kompozicjonnych nikielevych pokrytij na aljuminijevyje dietali mietodom chmiczeskogo vosstanovlenija, Zaszczita Mietallov 1975, 11(5), 634. [17] Jepifanova V.S., Golovuszkina L.V., Prusov Ju.V., Florov V.N., Naniesienie kompozicjonnych nikielevych pokrytij na aljuminijevyje dietali mietodom chmiczeskogo vosstanovlenija, Zaszczita Mietallov 1975, 11(5), 634.
• [18] Abdel Hamid Z., Abou Elkhair M.T., Development of electroless nickel-phosphorous composite deposits for wear resistance of 6061 aluminum alloy, Mater. Letters 2002, 57, 720.
• [19] Oberseider M., Jakob C., Petrova, M., Noncheva Z., Schawohl J., Untersuchung von chemisch abgeschiedenen nanoskaligen Nickeldispersionsschichten, Galvanotechnik 2005, 96(5), 1214.
• [20] Petrova M., Noncheva Z., Abscheidung von Nickel-Phosphor- und Nanodispersions-Nickel-Phosphor-Schichten auf Metallsubstraten, Galvanotechnik 2006, 97(9), 2115.
• [21] Petrova, M., Noncheva Z., Dobreva, E., Electroless deposition of nanocomposite Ni-P-coatings on metal substrates, Proc. 51. Int. Sci. Coll., TU Ilmenau, p.1-9, Sept. 2006
• [22] Chen W., Gao W., He Y., A novel electroless plating of Ni-P-TiO2 coatings, Surf. Coat. Technol. 2010, 204, 2493.
• [23] Lee C.K., Comparative corrosion resistance of electroless Ni-P/nano-TiO2 and Ni-P/nano-CNT composite coatings on 5083 aluminium alloy, Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 12941.
• [24] Novakovic J., Vassiliou P., Samara Kl., Argyropoulos Th., Electroless NiP-TiO2 composite coatings: Their production and properties, Surf. Coat. Technol. 2006, 201(3-4), 895.
• [25] Petrova M., Dobreva E., Noncheva Z., Activation of copper surfaces in chemical deposition of composite nickel coatings, Trans. Inst. Metal Finish. 2006, 84(2), 99.
• [26] Petrova M., Noncheva Z., Jakob C., Mache T., Electroless deposition of thick nickel-phosphor-dispersion coatings, Proc. 54. Int. Sci. Coll., TU Ilmenau, Sept. 2009, p.1-6.
• [27] Lee C.K., Susceptibility to stress corrosion cracking and electrochemical behavior of electroless Ni-P/nano-TiO2 composite coatings on 70-30 brass in fluoride solutions, Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 8487.
• [28] Ali Eltoum M.S., Baraka A.M., Abdel Gawad S.A., Elfatih Hassan A., Characterization of electroless deposition of Ni-P-Al2O3 and Ni-P-TiO2 from alkaline hypophosphite baths in the presence of gluconate as a complexing agent. Product Finishing: www.pfonline.com, Febr. 2012, p.1-10
• [29] Petrova M., Noncheva Z., Petrov C., Schmidt C., Stromlos abgeschiedene Nickel-Dispersionsschichten auf Kunststoffen. Teil II: Nanoskalige Dispersoide, Galvanotechnik 2000, 91(12), 3378.
• [30] Shibli S.M.A., Dilimon V.S., Effect of phosphorous content and TiO2-reinforcement on Ni-P electroless plates for hdrogen evolution reaction, Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 1694.
• [31] Shibli S.M.A., Dilimon V.S., Development of TiO2 supported nano-RuO2-incorporated catalytic nickel coating for hydrogen evolution reaction, Int. J. Hydrogen Energy 2008, 33, 1104.
• [32] Abdel Aal A., Hanaa B., Hassan M.A., Rahim A., Nanostructured Ni-P-TiO2 composite coatings for electrocatalytic oxidation of small organic molecules, J. Electroanalytical Chem. 2008, 17, 619-620.
• [33] Sharma S.B., Agarwala R.C., Agarwala V., Satyanarayana K.G., Characterization of carbon fabric coated with Ni-P and Ni-P-ZrO2-Al2O3 by electroless technique, J. Mat. Sci. 2002, 37(24), 5247.
• [34] Szczygieł B., Studium nad otrzymywaniem i właściwościami elektrolitycznych warstw dyspersyjnych niklu z węglikiem krzemu, Ofic. Wyd. Pol. Wrocławskiej, Wrocław 1999.
• [35] Szeptycka B., Kształtowanie struktury i właściwości elektrolitycznych nanowarstw kompozytowych Ni-SiC, Ni-PTFE i Ni-SiC-PTFE, Wyd. Inst. Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa 2009.
• [36] Amell A., Muller C., Sarret M., Influence of fluorosurfactants on the codeposition of ceramic nanoparticles and the morphology of electroless Ni-P coatings, Surf. Coating Technol. 2010, 205, 356.
• [37] Borisenko A.I., Gusieva I.V., Połuczenije kompozicjonnych pokrytij mietodom chimiczeskogo osażdenija, Nauka, Leningrad 1979.
• [38] Sajfullin R.S., Fizikochimija nieorganiczeskich polimiernych i kompozicjonnych matieriałov, Chimija, Moskva 1990.
• [39] 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 weglowe, Kompozyty (Composites) 2010, (3), 206-212.