Effect of dynamic conditions on ceramic particles distribution in electrodeposited Ni-Mo/Al2O3 nanocomposites

• Autorzy: Bigos A. , Beltowska-Lehman E. , Indyka P. , Morgiel J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ warunków hydrodynamicznych na rozkład fazy ceramicznej w elektroosadzanych nanokompozytach Ni-Mo/Al2O3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The electrodeposition of the nanocrystalline Ni-Mo matrix composite containing nano-sized oxide A1 has been investigated with the aim of preparing hard protective coatings. The Ni-Mo/Al2O3 composites were deposited on ferritic steel substrates in a system with a rotating disk electrode (RDE) from aqueous sulfate-citrate electrolyte solutions containing ultrafone ceramic particles in the suspension. The conditions for the electrodeposition of Ni-Mo/Al2O3 nanocomposite coatings have been developed. The effect of the most important plating parameters namely density, hydrodynamlc condition and the Al2O3 concentration in the bath on the content aud distribution of the co-deposited ceramic partieles in the Ni-Mo matrix was considered. The structural properties, i.e. morphology, phase composition, crystallite dimension of the obtained coatings have been determined. It has been found that the content of the incorporated particles in the deposit rises with increasing applied current density, Al2O3 concentration and stirring rate (in a relatively high cathode rotation range). The rotation speed has also resulted in an increase of the molybdenum content in tbe Ni-Mo matrix as well as the hornogeneity of the ceramic phase distribution in the whole composite volume. At the same time, a significant change in the surface morphology of the eleetrodeposits and a reduction of the ayerage matrix gram size frorn about 40 to 10 nm has been observed.

PL

Badano proces elektroosadzania powłok kompozytowych zawierających nanokrystaliczną osnowę Ni-Mo oraz fazę ceramiczną Al2O3 o rozmiarach nanornetrycznych w celu wytworzenia twardych powłok ochronnych. Kompozyty Ni-Mo/Al2O3 osadzano na podłożu ze stali ferrytycznej, w układzie z wirującą elektrodą dyskową (WED), z wodnych siarczanowo-cytrynianowych roztworów elektrolitów zwierających ceramiczną fazę dyspersyjną w postaci zawiesiny. Opracowano warunki elektroosadzania nanokompozytowych powłok Ni-Mo/Al2O3. Określono wpływ najważniejszych parametrów elektroosadzania, jak gęstość prądu, warunki hydrodynamiczne, stężenie Al2O3 w kąpieli na zawartość i jednorodność rozkładu ceramicznych cząstek w osnowie Ni-Mo. Zbadano również parametry strukturalne wytworzonych powłok, jak morfologia, skład fazowy, rozmiar krystalitów. Stwierdzono, że zawartość cząstek ceramicznych wbudowanych w osnowę rośnie ze wzrostem gęstości prądu, zawartości proszku w kąpieli oraz szybkości mieszania (w relatywnie wysokich zakresach prędkości wirowania katody). Wzrost szybkości mieszania również spowodował zwiększenie zawartości molibdenu w osnowie Ni-Mo oraz poprawę jednorodności rozkładu fazy ceramicznej w objętości kompozytu. Jednocześnie zaobserwowano znaczną zmianę w morfologii powłok oraz obniżenie średniego rozmiaru krystalitów od około 40 do 10 nm.

Słowa kluczowe

EN

electrodeposition; Ni-Mo matrix nanocomposite; Al2O3 nanoparticles

PL

elektrochemiczne osadzanie; nanokompozyty z osnową Ni-Mo; nanocząsteczki Al2O3

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 2
• Strony: 157--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bigos A.

autor

Beltowska-Lehman E.

autor

Indyka P.

autor

Morgiel J.

• Polish Academy of Science, Institute of Metallurgy and Materials Science, ul. Reymonta 25, 30-059 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Kerr C., Barker D., Walsh F., The electrodeposition of composite coatings based on metal matrix-induced particle deposits, Transactions of the Institute of Metal Finishing 2000, 78, 171-178.
• [2] Landolt D., Electrodeposition science and technology in the last quarter of the twentieth century, Journal of the Electro-chemical Society 2002, 149, S9-S20.
• [3] Low C. T. J., Wills R.G.A., Walsh F.C., Electrodeposition of composite coatings containing nanoparticles in a metal deposit, Surface and Coatings Technology 2006, 201, 371-383.
• [4] Lozano-Morales A., Podlaha E. J., Electrodeposition of NiCu-matrix nanocomposites using a rotating cylinder Hull celi, Journal of Applied Electrochemistry 2008, 38, 1707-1714.
• [5] Tulio P. C., Carlos I.A., Effect of SiC and A12O3 particles on the electrodeposition of Zn, Co and ZnCo: II. Electrodeposition in the presence of SiC and A12O3 and production of ZnCo-SiC and ZnCo-Al2O3 coatings, Journal of Applied Electrochemistry 2009, 39, 1305-1311.
• [6] Wu G., Li N., Zhou D., Mitsuo K., Electrodeposited Co-Ni-A12O3 composite coatings, Surface and Coatings Technology 2004, 176, 157-164.
• [7] Ataee-Esfahani H., Vaezi M. R., Nikzad L., Yazdani B., Sadrnezhaad S. K., Influence of SiC nanoparticles and sac-charin on the structure and properties of electrodeposited Ni-Fe/SiC nanocomposite coatings, Journal of Alloys and Compounds 2009, 484, 540-544.
• [8] Shrestha N. K., Masuko M., Saji T., Composite plating of Ni/SiC using azo-cationic surfactants and wear resistance of coatings, Wear 2003, 254, 555-564.
• [9] Socha R. P., Laajalehto K., Nowak P., Influence of the surface properties of silicon carbide on the process of SiC particles codeposition with nickel, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2002, 208, 267-275.
• [10] Aruna S.T., Bindu C. N., Selvi V. E., William Grips V. K., Rajam K. S., Synthesis and properties of electrodeposited Ni/ceria nanocomposite coatings, Surface and Coatings Technology 2006, 200, 6871-6880.
• [11] Trzaska M., Wyszyńska A., Kowalewska M., Corrosion resistance of composite coatings with nickel base and disperse ceramic phase, Kompozyty (Composites) 2002, 2, 338-341.
• [12] Beltowska-Lehman E., Bigos A., Indyka P., Tarkowski L., Kot M., Morgiel J., Electrodeposition of nanocrystalline Ni-Mo coatings from citrate electrolyte solution, Inżynieria Materiałowa 2010, 31, 355-358.
• [13] Niedbała J., Budniok A., Łągiewka E., Hydrogen evolution on the polyethylene-modified Ni-Mo composite layers, Thin Solid Films 2008, 516, 6191-6196.
• [14] Dong Y. S., Lin P. H., Wang H. X., Electroplating preparation of Ni/Al2O3 graded composite coatings using a rotating cathode, Surface and Coatings Technology 2006,200, 3631 -3636.
• [15] Medelien V., The influence of B4C and SiC additions on fl morphological, physical, chemical and corrosion propertii of Ni coatings, Surface and Coatings Technology 2002,15, 104-111.
• [16] Benea L., Electrodeposition an tribocorrosion behavior of ZrC2-Ni composite coatings, Journal of Applied Electn chemistry 2009, 39, 1671-1681.
• [17] Lampke T., Wielage B., Dietrich D., Leopold A., Details o crystalline growth in co-deposited electroplated nickel films with hard (nano) particles, Applied Surface Science 200-253, 2399-2408.