The structure of nanocomposite layers with Ni matrix and disperse phase Si3N4 and PTFE

• Autorzy: Kucharska B. , Trzaska M.

Warianty tytułu

PL

Struktura warstw nanokompozytowych z osnową Ni oraz dyspersyjnymi fazami Si3N4 i PTFE

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The surface nickel layers produced by the method of electrochemical reduction are used to protect the substrate material against abrasive wear and corrosion. The incorporation of dispersed phases such as lubricative polytetrafluoroethylene (PTFE) and hard silicon nitride (Si3N4) in a nickel matrix allows one to improve the tribological and corrosive properties. The aim of this work was a study of the influence of the deposition process parameters on the structure of the hybrid composite layers Ni/PTFE/Si3N4 produced by the electrochemical method. The examinations included composite layers of the nanocrystalline nickel (Ni) matrix with the disperse phases of polytetrafluoroethylene (PTFE) and silicon nitride (Si3N4). The layers were deposited in a Watts bath at a current density of 5 A/dm2, constant stirring rate of 500 rpm and constant phase content of PTFE (50 g/dm3) and Si3N4 (10 g/dm3). The stability of the suspension of the disperse phase in the bath, and uniform incorporation of its particles in the nickel matrix was provided by a cationic surfactant. Nanocrystalline nickel layers and nanocomposite Ni/PTFE layers produced by the electrochemical method were also investigated for comparative purposes. The aqueous dispersion of PTFE particles of a size of 0,1÷0,3 µ m and polydisperse Si3N4 powder with rather different particle sizes were used to produce the composite layers. The topography and morphology of the silicon nitride powder and the structures of the produced nickel and composite layers were studied using transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The structural analysis of the produced layers were performed and the crystallite sizes were determined with the X-ray diffraction method. The microhardness of HV 0.02 of the produced layers was determined using Zwick's tester. The completed examinations have shown that hybrid Ni/PTFE/Si3N4 composite layers are characterized by a cohesive texture and nanocrystalline structure of the nickel matrix.

PL

Powierzchniowe warstwy niklowe wytwarzane metodą elektrochemiczną stosowane są do ochrony materiału podłoża przed zużyciem ściernym i korozją. Wbudowanie w warstwę niklową faz dyspersyjnych takich, jak samosmarny politetrafluoroetylen (PTFE) oraz twardy azotek krzemu (Si3N4), pozwala na uzyskanie lepszych właściwości tribologicznych i korozyjnych. Celem badań zrealizowanych w ramach niniejszej pracy było określenie wpływu parametrów procesu na strukturę hybrydowych warstw kompozytowych Ni/PTFE/ Si3N4 wytwarzanych metodą elektrochemiczną. Badania obejmowały warstwy kompozytowe o nanokrystalicznej osnowie Ni z fazami dyspersyjnymi w postaci politetrafluoroetylenu (PTFE) i azotku krzemu (Si3N4). Warstwy wytwarzano w kąpieli Wattsa przy gęstości prądu 5 A/dm2, stałej szybkości mieszania mechanicznego wynoszącej 500 obr./min oraz zawartościach faz PTFE i Si3N4 w kąpieli wynoszących 50 g/dm3. Trwałość zawiesiny faz dyspersyjnych w kąpieli oraz równomierne wbudowywanie ich cząstek w osnowę niklową podczas procesu osadzania zapewniał kationowy środek powierzchniowo czynny. W celach porównawczych badano również nanokrystaliczne warstwy niklowe oraz warstwy nanokompozytowe Ni/PTFE wytwarzane metodą elektrochemiczną. Do wytwarzania warstw kompozytowych stosowano PTFE w postaci wodnej dyspersji o wymiarach cząstek 0,1÷0,3 µ m oraz polidyspersyjny proszek Si3N4 o dość zróżnicowanych wymiarach cząstek. Za pomocą mikroskopii transmisyjnej (TEM) oraz skaningowej (SEM) badano topografię i morfologię proszku azotku krzemu oraz strukturę wytworzonych warstw niklowych i kompozytowych. Metodą dyfrakcji rentgenowskiej przeprowadzono analizę strukturalną wytworzonych warstw i wyznaczono wielkości krystalitów. Metodą Vickersa wyznaczono mikrotwardość wytworzonych warstw za pomocą aparatu Zwicka. Zrealizowane badania wykazały, że hybrydowe warstwy kompozytowe Ni/PTFE/ Si3N4 charakteryzują się zwartą budową i nanokrystaliczną strukturą osnowy niklowej.

Słowa kluczowe

EN

composite Ni/PTFE/Si3N4; coating; Si3N4; PTFE; electrochemical method; microhardness

PL

warstwa kompozytowa Ni/PTFE/Si3N4; Si3N4; PTFE; metoda elektrochemiczna; mikrotwardość

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 3
• Strony: 165--170
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kucharska B.

autor

Trzaska M.

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

Bibliografia

• [1] Trzaska M., Kucharska B., Influence of current density and bath composition on properties of Ni/PTFE composite coatings, Kompozyty (Composites) 2008, 8, 77-81.
• [2] Trzaska M., Kucharska B., Surface properties of Ni/PTFE composite layers, Kompozyty (Composites) 2009, 9, 363-368.
• [3] Szeptycka B., Gajewska-Midziałek A., Badanie odporności na zużycie kompozytowych powłok Ni/PTFE, Inżynieria Materiałowa 2005, 5, 589-591.
• [4] Trzaska M., Odporność korozyjna nakomozytowych warstw nikiel/nanorurki węglowe (Ni/CNTs) wytworzonych metodą elektrochemiczną, Ochrona przed Korozją 2011, 2, 48-51.
• [5] Unal H., Mimaroglu A., Kadioglu U., Ekiz H., Sliding friction and wear behaviour of polytetrafluoroethylene and its composites under dry conditions, Materials and Design 2004, 25, 239-245.
• [6] Kowalewska M., Trzaska M., Właściwości tribologiczne warstw Ni/Si3N4, Kompozyty (Composites) 2006, 6, 32-37.
• [7] Zhao-Zhu Z., Qun-Ji X., Wei-Min L., Wei-Chang S., Friction and wear properties of metal powder filled PTFE composites under oil lubricated conditions, Wear 1997, 210, 151-156.
• [8] Kucharska B., Trzaska M., Struktura i właściwości tribologiczne warstw kompozytowych Ni-P/MoS2, Inżynieria Materiałowa 2011, 4.