Electroless deposition of Ni-P/nano-Al2O3 composite coatings on PET and carbon fibres substrates

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

Warianty tytułu

PL

Bezprądowe osadzanie warstw kompozytowych Ni-P/nano-Al2O3 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-Al2O3 composite coatings on pretreated polymeric bases (PET polyester Mylar A type) and on carbon fibres (24k fibres with 7 &m Tenax rovings). The Ni-P matrix 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. Aluminium oxide C (DNC - Degussa, grains 13 nm) or A16 (Alcoa, grains 400 nm) were powders amounting to 10 30 g/l, with ultrasonic homogenization of the suspension. Under the experimental conditions applied, partial sedimentation of the A16 powder occurred, thus a furtherstudy on carbon fibres metallization was performed with the use of the DNC nanopowder. Deposition was performed in the temperature range 60 70oC, during 5 60 minutes, while the bases 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. A procedure for the preparation of the PET substrates for the tests was set out to obtain good adhesion of the Ni-P layers. Under the applied conditions, Ni-P/Al2O3 layers of a thickness within 130 720 nm, aluminium oxide content up to 25% by weight, and 2 4% phosphorus by weight were obtained.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad bezprądowym osadzaniem warstw kompozytowych Ni-P/Al.2O3 na podłożach polimerowych typu Mylar (poliester PET) oraz na włóknach węglowych (wiązki 24k włókien 7 žm 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 tlenku glinu Aluminiumoxide C (DNC - Degussa, ziarna 13 nm) lub A16 (Alcoa, ziarna 400 nm) w ilości 10÷30 g/l, z ultradźwiękową homogenizacją zawiesiny. W zastosowanych warunkach doświadczeń stwierdzono częściową sedymentację proszku A16, stąd dalsze badania nad metalizacją włókien węglowych prowadzono z nanoproszkiem DNC. Osadzanie prowadzono w zakresie temperatur 60÷70oC, 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 próbach z podłożami PET ustalono procedurę przygotowania tego materiału dla uzyskania dobrej adhezji warstw Ni-P. W zastosowanych warunkach osadzone bezprądowo warstwy kompozytowe Ni-P/Al2O3 o grubości 130÷720 nm zawierały do 25% mas tlenku glinu oraz 2÷4%mas fosforu.

Słowa kluczowe

EN

electroless composite deposition; Ni-P/Al2O3 composite; deposition rate; microstructure; PET metallization; carbon fibres metallization

PL

bezprądowe osadzanie kompozytu Ni-P/Al2O3; szybkość osadzania; mikrostruktura; PET; metalizacja PET; metalizacja włókien węglowych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 2
• Strony: 86--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sałacińska A.

autor

Bieliński J.

autor

Zawadowska M.

autor

Kozera R.

autor

Boczkowska A.

autor

Kurzydłowski K. J.

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

Bibliografia

• [1] Boczkowska A., Kapuściński J., Lindemann Z., Witemberg-Perzyk D., Wojciechowski S., Kompozyty, Wyd. 2, Oficyna Wyd. Pol. Warszawskiej, Warszawa 2003.
• [2] Kurzydłowski K.J., Lewandowska M., Nanomateriały inżynierskie, konstrukcyjne i funkcjonalne, WN PWN, Warszawa 2010.
• [3] Morgan P., Carbon Fibers in Metal Matrices. Carbon Fibers and their Composites, CRC Press, Boca Raton 2005.
• [4] Karl Ed., Kainer U., Metal Matrix Composites. Custommade Materials for Automotive and Aerospace Engineeering, Winheim 2006.
• [5] Kurzydłowski K.J., 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” Etap I. Warszawa 2008-2010.
• [6] Bieliński J., Broda A., Kozera R., Bielińska A., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Rola parametrów bezprądowej metalizacji w procesie wytwarzania pre-kompozytu Ni-P/ włókna węglowe, Kompozyty (Composites) 2010,10, 3, 206-212.
• [7] Kozera R., Bieliński J., Broda A., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Preparation of carbon fibres for aluminium composites, Advanced Materials Research 2011, 1487-91, 264-265.
• [8] Sobczak N., Kudyba A., Siewiorek A., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Kozera R., Bieliński J., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Ballmes H., Rottmair C.A., Singer R.F., Gude M., Czulak A., Engelmann F., Hufenbach W., Factors affecting wettability and infiltration of 3D-CF reinforcement with liquid Al-based matrix, Abstract Book, Int. Conference Cast Composites, Oct. 11-14, 2009, Kocierz, Poland, 62-63.
• [9] Gawrilov G.G., Chemische (stromlose) Vernicklung, E.G. Leutze Verlag, Saulgau 1974, 204-208.
• [10] Sajfullin R.S., Kompozicjonnyje pokrytija i matieriały, Chimija, Moskva 1977, 238-241.
• [11] Sajfullin R.S., Nieorganiczeskije kompozicionnyje materiały, Chimija, Moskva 1983, 244-249.
• [12] Riedel W., Funktionelle Chemische Vernicklung, in P.14.3; Dispersionsabscheidungen, Leutze Verlag, Saulgau 1989, 231-236.
• [13] Feldstein N., Composite Electroless Plating in Fundamentals and Applications, ed. G.O. Mallory, J.B. Hajdu, AESF, Publ., Orlando 1990, 269-287.
• [14] Szczygieł B., Studium nad otrzymywaniem i właściwościami elektrolitycznych warstw dyspersyjnych niklu z węglikiem krzemu, Ofic. Wyd. Pol. Wrocławskiej, Wrocław 1999.
• [15] Weber J.A., Socha J., Podstawy elektroosadzania powłok metalowych, Wyd. IMP, Warszawa 2008.
• [16] Szeptycka B., Kształtowanie struktury i właściwości elektrolitycznych nanowarstw kompozytowych Ni-SiC, Ni- PTFE i Ni-SiC-PTFE, Wyd. IMP, Warszawa 2009.
• [17] Skopincev V.D., Karelin A.V., Kotov I.O., Klinski G.D., Fiziko-miechaniczeskije i korrozionnyje svojstva chimiczeskich kompozicjonnych pokrytej, Galv. Obr. Poverchn. 1998, 6(3), 29.
• [18] Balaraju J.N., Narajanan S., Seshadri S.K., Electroless Ni-P composite coatings, J. Appl. Electrochem. 2003, 33, 807.
• [19] Krishnan K.H., Praveen J., Ganesan M., Kavimani P.M., John S., Srinivasan K.N., Electroless Ni-P-based composite coatings, Materials Performance 2006, 45(8).
• [20] Sajfullin R.S., Valejeva A.M., Nadejeva F.J., Zaraszczivanije dispersnych czastic v pokrytije Ni-P, Zaszczita Mietallov 1982, 18(2), 297.
• [21] Lin K.L., Lai P.J., Structure and properties of electroless Ni-P-Al2O3 deposits, Plating Surf. Finish. 1989, 80(1), 48.
• [22] Bieliński J., Głuszewski W., Stokarski W., Przyłuski J., Aussenstromlos abgeschiedene nickel-korund -dispersionsschichten, Galvanotechnik 1995, 86(1), 81.
• [23] Apachitei I., Duszczyk J., Katgerman L., Overkamp P.J.B., Particles co-deposition by electroless nickel, Scripta Mater. 1998, 38(9), 1383.
• [24] Hamid Z.A., Elkhair M.T.A., Development of electroless nickel-phosphorous composite deposits for wear resistance of 6061 aluminum alloy, Materials Lett. 2002, 57(3), 720.
• [25] Alirezaei S., Monirvaghefi S.M., Salehi M., Saatchi A., Effect of alumina content on surface morphology and hardness of Ni-P-Al2O3(α) electroless composite coatings, Surf. Coat. Technol. 2004, 184(2-3), 170.
• [26] Shresta N.K., Hamal D.B., Saji T., Composite plating of Ni-P-Al2O3 in two steps and its anti-wear performance, Surf.Coat.Technol. 2004, 183, 247.
• [27] Gao J., Wu Y., Liu L., Hu W., Crystallization behavior of nanometer-sized Al2O3 composite coatings prepared by electroless deposition, Materials Letters 2005, 59, 2-3, 391 394.
• [28] Balaraju J.N., Kalavati, Rajam K.S., Influence of particle size on the microstructure, hardness and corrosion resistance of electroless Ni–P–Al2O3 composite coatings, Surf. Coat. Technol. 2006, 200, 3933.
• [29] Hamdy A.S., Shoeib M.A., Hady H., Salam O.F.A., Corrosion behavior of electroless Ni-P alloy coatings containing tungsten or nano-scattered alumina composite in 3,5% NaCl solution, Surface Coat. Technol. 2007, 202, 162.
• [30] De Hazan Y., Werner D., Z’graggen M., Groteklaes M., Graule T., Homogeneous Ni-P/Al2O3 nanocomposite coatings from stable dispersions in electroless nickel baths, J.Colloid Interface Sci. 2008, 328, 103-109.
• [31] Zhou G.H., Ding H.Y., Zhou F., Zhang Y., Structure and mechanical properties of Ni-P Nano Al2O3 composite coatings synthesized by electroless plating, J. Iron Steel Research Int. 2008, 15(1), 65.
• [32] Ozimina D., Madej M., Kałdoński T., Senatorski J., Production and tribological properties of antiwear Ni-P-Al2O3 composite coatings, Tribologie und Schmierungtechnik 2008, 2, 37-41.
• [33] Liu D., Yan Y., Lee K., Yu J., Effect of surfactant on the alumina dispersion and corrosion of electroless Ni-P-Al2O3 composite coatings, Materials Corrosion 2009, 60(9), 690.
• [34] Balaraju J.N., Kalavati, Rajam K.S., Electroless ternary Ni- W-P alloys containing micron size Al2O3 particles, Surf. Coat. Technol. 2010, 205, 575.
• [35] Rahimi A.R., Modarress H., Iranagh S.A., Effect of alumina nanoparticles as nanocomposites on morphology and corrosion resistance of electroless Ni-P coatings, Surf. Engineering 2011, 27(1), 26..
• [36] 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.
• [37] Bieliński J., Bielińska A., Gajewska A., Związki buforująco-kompleksujące w roztworach do bezprądowego osadzania Ni-P, Inżynieria Powierzchni 2002, 7(3), 41.
• [38] Bieliński J., Sałacińska A., Kozera R., Bielińska A., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Catalytic activation of carbon fibres in electroless process of fabrication of metallized carbon fabrics, Kompozyty (Composites) 2011, 11(2), 174-179.
• [39] Necula B.S., Apachitei I., Fratila-Apachitei L.E., Teodosiu C., Duszczyk J., Stability of nano-/microsized particles in deionized water and electroless nickel solutions, J. Colloid Interface Sci. 2007, 314(2), 514.
• [40] Wajcen U., Badania procesu bezprądowego otrzymywania warstw układu kobalt-fosfor, Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, Warszawa 1984.
• [41] Bieliński J., Laskowski J., Bielińska A., Sposób metalizacji fotochemicznej wyrobów z żywic epoksydowych 1998, Pat. pol. Nr 175 316.
• [42] Broda A., Kozera R., Boczkowska A., Kurzydłowski K.J., Bieliński J, Bielińska A., Strzała A., Bezprądowe niklowanie włókien węglowych - stabilizatory roztworów, Ochrona przed Korozją 2007, 52(11), 476-478.