Rola parametrów bezprądowej metalizacji w procesie wytwarzania pre-kompozytu Ni-P/włókna węglowe

• Autorzy: Bieliński J. , Broda A. , Kozera R. , Bielińska A. , Boczkowska A. , Kurzydłowski K. J.

Warianty tytułu

EN

The significance of process parameters in electroles Ni-P coating for fabrication of Ni-P/C-fibers precomposite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono badania nad bezprądową metalizacją włókien węglowych poprzez osadzanie na ich powierzchni warstw Ni-P. Celem prac było szczegółowe określenie roli parametrów decydujących o składzie stopów Ni-P oraz o ich grubości, a mianowicie: składu roztworu (stężenia soli niklu i reduktora, związku buforującego, stabilizatora, zwilżacza) i jego pH oraz temperatury, a także czasu osadzania i ilości oraz rodzaju metalizowanych włókien. Ze względu na wymagania dalszego procesu infiltracji prekompozytu Ni-P/C przez stopy aluminium ograniczono do minimum (2-3% mas.) zawartość fosforu w Ni-P oraz grubość tych powłok (poniżej 1 μm). Proces metalizacji, po odpowiednim przygotowaniu włókien, prowadzono z roztworów zawierających NiSO4 - 0,1/0,2 M; NaH2PO2 - 0,1/0,2 M; glicynę - 0,2/0,42 M oraz stabilizatory - NaNO2, NaAsO2, NH4SCN, Na2MoO4, SC(NH2)2 (stężenia 0,01-1 mM) i zwilżacze (sole amin czwartorzędowych o stężeniu 0,5-1 mM). Wartość pH zmieniano od 4,5 do 8,5, a temperaturę od 60 do 80°C przy czasach osadzania od 5 do 60 minut. Podłożem były wiązki włókien węglowych firmy Tenax, zawierające od 3k do 24k włókien o średnicy 7μm, a także tkaniny z tych wiązek oraz kształtki mulitowe (jako podłoża testowe). Stwierdzono, że w warunkach ograniczonych zmian pH podstawowym parametrem kształtowania składu warstw Ni-P jest stosunek stężeń NiSO4/NaH2PO2 w roztworze, a grubość powłok najlepiej ustalać poprzez zmiany czasu metalizacji. Szybkość przyrostu grubości powłoki Ni-P zależy też istotnie od rodzaju wiązek.

EN

The investigation of the electroless metallization of carbon fiber is presented here in aim to establish the significance of main process parameters steering the Ni-P alloy composition and deposition rate (thickness of coating). The role of bath composition (Ni-salt, reducer, complexing-buffering additive, stabilizer, wetting agent), pH value, temperature and deposition time, as well as kind of carbon fiber, were the object of investigation. The requirements for Ni-P/C-fiber/aluminum composite fabrication limited the P-content to 2-3% and coating thickness to less then 1 μm. The metallization process, after proper carbon fiber pretreatment, was performed in baths containing: NiSO4, NaH2PO2, glycine, stabilizers and wetting agents. The pH was changed in range 4.5-8.5, temperature 60-80°C and deposition time from 5 to 60 min. As substrate for metallization the roving and fabric of Tenax produced carbon fibers (3-24k filaments with 7 μm diameter), as well as mullite test samples was used. The results of experiments, at limited changes of pH in bath, indicated that the ratio of NiSO4/NaH2PO2 concentration is the main factor determining the P-content and the Ni-P deposition time is the best factor for fixing the coating thickness. The increase rate of Ni-P coating thickness depend also on the kind of carbon fiber roving.

Słowa kluczowe

PL

bezprądowe osadzanie Ni-P; metalizacja; włókno węglowe; pre-kompozyt MMC

EN

electroless Ni-P deposition; metallization; carbon fiber; MMCs precomposite

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 3
• Strony: 206--212
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bieliński J.

autor

Broda A.

autor

Kozera R.

autor

Bielińska A.

autor

Boczkowska A.

autor

Kurzydłowski K. J.

• Polietchnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Carbon Fibers, ed. J.B. Donnet, T.K. Wang, J.C.M. Peng, S.Rebouillat, 3rd ed, Marcel Dekker Inc., New York 1998.
• [2] Kostikov V.I., Kilin V.S., Metal matrix composites, [w:] Handbook of Composites, ed. S.T. Peters, Chapman &Hall, London 1998.
• [3] Morgan P., Carbon fibers in metal matrices, [w:] Carbon fibers and their composites, CRC/Taylor & Francis, Boca Raton 2005, 629-656.
• [4] Metal Matrix Composites. Custom-made Materials for Automotive and Aerospace Engineering, ed. Karl U. Kainer, Wiley-VCH Verlag, Winheim 2006.
• [5] Steffens H.D., Reznik B., Kruzhanov V., Dudzinski W., Carbide formation in aluminum-carbon fibre-reinforced composites, J. Mater. Sci. 1997, 32, 5413.
• [6] Landry K., Kalogeropoulou S., Eustathopoulos E., Wettability of carbon by aluminum and aluminum alloys, Mat. Sci. Eng. 1998 A, 254, 99.
• [7] Abraham S., Pai B.C., Satyanarayana K.G., Vaidyan V.K., Studies on nickel coated carbon fibres and their composites, J. Mater. Sci. 1990, 25, 2839.
• [8] Abraham S., Pai B.C., Satyanarayana K.G., Vaidyan V.K., Copper coating on carbon fibres and their composites with aluminum matrix, J. Mater. Sci. 1992, 27, 3479.
• [9] Suzuki T., Umehara H., Hayashi R., Watanabe S., Mechanical properties and metallography of aluminum matrix composites reinforced by the Cu- or Ni-plating carbon multifilament, J. Mater. Res. 1993, 9, 2492.
• [10] Hall I.W., Manrique F., Surface treatment of carbon fibers for aluminum alloy matrix composites, Scripta Metallurg. Mater. 1995, 33(12), 2037.
• [11] Riedel W., Funktionelle Chemische Vernicklung, Leutze Verlag, Saulgau 1989.
• [12] Bieliński J., Bielińska A., Bezprądowe osadzanie metali - podstawy teorii i zastosowania, Inżynieria Powierzchni 2005, 10(4), 10.
• [13] Balaraju J.N., Narajanan T.S.N., Seshadri S.K., Electroless Ni-P composite coatings, J. Appl. Electrochem. 2003, 33, 807.
• [14] Bieliński J, Bielińska A., Kulak I., Kuziak J., Michalski J., Konopka K., Bezprądowa metalizacja proszków korundowych dla wytwarzania niskofosforowych kompozytów Al2O3/Ni-P, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 2, 52.
• [15] Shi Z., Wang X., Ding Z., The study of electroless deposition of nickel on graphite fibers, Appl. Surf. Sci. 1999, 140, 106.
• [16] 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. Mater. Sci., 2002, 37, 24, 5247.
• [17] Urena A., Rams J., Escalera M.D., Sanchez M., Characterization of interfacial mechanical properties in carbon fiber/aluminium matrix composites by the nanoindentation technique, Comp. Sci. Technol. 2005, 65, 2025.
• [18] Rams J., Urena A., Escalera M.D., Sanchez M., Electroless nickel coated short carbon fibres in aluminium matrix composites, Composites 2007, 38A, 566.
• [19] Fan Y., Yang H., Zhu H., Liu X., Li M., Qu Y., Yang N., Zou G., Metallization of carbon fibers with nickel by electroless plating technique, Metallurg. Materials Trans. A 2007, 38A, 2148.
• [20] Kozera R., Bieliński J., Broda A., Bielińska A., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Przygotowanie powierzchni włókien węglowych dla wytwarzania kompozytów o osnowie metalicznej, Kompozyty (Composites) 2009, 9, 1, 78.
• [21] Bieliński J., Broda A., Bielińska A., Boczkowska A., Bezprądowa metalizacja włókien węglowych dla wytwarzania kompozytów MMC, Kompozyty (Composites) 2008, 8, 4, 332.
• [22] Broda A., Kozera R., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Bieliński J., Bielińska A., Strzała A., Bezprądowe niklowanie włókien węglowych - stabilizatory roztworów, Ochrona przed Korozją 2009, 52, 11, 476.
• [23] Bielińska A., Bieliński J., Kontrola analityczna procesu bezprądowego osadzania Ni-P, Inżynieria Powierzchni 2001, 6(4), 14.
• [24] Bieliński J., Wybrane zagadnienia procesów bezprądowego osadzania warstw niklowo-fosforowych, Wyd. Pol. Warszawskiej, Warszawa 1985.
• [25] Tzeng S.S., Catalytic graphitization of electroless Ni-P coated PAN- based carbon fibers, Carbon 2006, 44, 1986.
• [26] Bieliński J., Bielińska A., Gajewska A., Związki buforująco-kompleksujące w roztworach do bezprądowego osadzania Ni-P, Inżynieria Powierzchni 2002, 7(3), 41.
• [27] Kanani N., Electroplating - Basic Principles, Processes and Practice, Elsevier, New York 2004.
• [28] Elansezhian R., Ramamooorthy B., Nair P.K., Effect of surfactants on the mechanical properties of electroless Ni-P coating, Surf. Coat. Technol. 2008, 203, 709.