Preparation and properties of Ni-P/CNT composite surface layers produced by chemical reduction method

• Autorzy: Gostomska M. , Trzaska M.

Warianty tytułu

PL

Otrzymywanie i właściwości warstw kompozytowych Ni-P/CNTs wytworzonych metodą redukcji chemicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The chemical reduction method, as one of the processes very often applied in surface engineering, allows one to obtain materials with good performance properties. Electroless Ni-P layers have been extensively applied in industry, microelectronics and materials engineering due to their unique and exceptional properties. Thanks to the addition of carbon nanotubes as a dispersion phase, it is possible to obtain layers with improved properties. Solid particles in a nickel matrix have been developed to achieve better wear resistance, corrosion resistance, microhardness and tribological properties. The study is concerned with composite layers consisting of a nickel phosphorus (Ni-P) matrix and a dispersed carbon nanotube (CNTs) phase. The Ni-P layers and composite layers were deposited on a S235JR carbon steel substrate by the chemical reduction method. The process of manufacturing both layers was carried out by means of sediment electroless depositions in a nickel sulfate bath. The paper describes the technique of manufacturing Ni-P/CNT layers, the methods of CNT identification in the Ni-P layer, and presents the results of examinations of the mechanical properties (micro hardness examinations) of the layers of the final products. The CNTs introduced into the Ni-P matrix improve the properties of the Ni-P layers and thereby the useful properties of the products covered by Ni-P/CNT coatings.

PL

Metoda chemiczna osadzania, jako jedna z metod inżynierii powierzchni, pozwala otrzymywać materiały o dobrych właściwościach użytkowych. Warstwy Ni-P wytworzone tą metodą, dzięki swym unikalnym i wyjątkowym właściwościom, są obecnie intensywnie badane z punktu widzenia możliwości ich wykorzystania w przemyśle, mikroelektronice i inżynierii materiałowej. Dzięki wprowadzeniu cząstek innej fazy do niklowej osnowy możliwa jest modyfikacja właściwości warstw kompozytowych. Stałe cząstki wprowadzane są do osnowy w celu polepszenia odporności na zużycie, odporności korozyjnej, twardości i właściwości tribologicznych gotowych wyrobów. W niniejszej pracy węgłowe nanorurki (CNTs) wprowadzane zostały do osnowy niklowej w celu polepszenia właściwości mechanicznych wytworzonych warstw kompozytowych. Badane warstwy Ni-P/CNTs wytwarzane były w kąpieli z dodatkiem dyspersyjnej fazy CNTs w procesie bezprądowego osadzania (chemicznego osadzania). Skład stosowanej kąpieli był następujący: 28 g/l NiSO4, 30 g/l NaH2PO2, 35 g/l CH3COONa, 20 cm3 kwas mlekowy. Wartość pH kąpieli utrzymywana była na poziomie 4,5. Morfologia i topografia warstw Ni-P oraz Ni-P/CNTs obserwowana była za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego S-3500 N. CNTs i wytworzone warstwy kompozytowe Ni-P/CNTs charakteryzowane były obrazami uzyskanymi z transmisyjnej mikroskopii elektronowej JEOL- 1200. Zbadano mikrotwardość wytworzonych warstw Ni-P i Ni-P/CNTs metodą Vickersa przy obciążeniu 20 G. Przedstawione w niniejszej pracy wyniki badań wskazują, że wprowadzenie CNTs do kąpieli implikuje znaczne polepszenie właściwości mechanicznych warstw kompozytowych Ni-P/CNTs.

Słowa kluczowe

EN

carbon nanotube; Ni-P layers; chemical reduction method; Ni-P/CNT composite layers

PL

nanorurki węglowe; warstwy Ni-P; metoda redukcji chemicznej; warstwy kompozytowe Ni-P/CNTs

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 1
• Strony: 3--6
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gostomska M.

autor

Trzaska M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Material Science and Engineering (InMat), ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Iijima S., Helical microtubules of graphitic carbon, Nature 1991, 354, 56-58.
• [2]Trzaska M., Gostomska M., Composite layers Ni/C graphite produced electrochemically, Composites 2009, 1, 84-88.
• [3] Trzaska M, Gostomska M., The structure and properties of Ni-P/CNTs composite layers produced by chemical method, The E- MRS Fall Meeting, Warsaw 14-18.09.2009, 217.
• [4] Trzaska M., Odporność korozyjna nanokompozytowych warstw nikiel/nanorurki węglowe (Ni/CNTs) wytworzonych metodą elektrochemiczną, Ochrona przed Korozją 2011, 248-51.
• [5] Bright I., Koutsos V., Li Q., Cheung R., Carbon nanotubes for integration into nanocomposite materials, Microelectronic Engineering 2006, 83, 1542-1546.
• [6] Li Z.H., Wang X.Q., Wang M., Wang F.F., Ge H.L., Preparation and tribological properties of carbon nanotubes Ni-P composite coating, Tribology International 2006, 39, 953-957.
• [7] Popov V.N., Carbon nanotubes: properties and application, Materials Science and Engineering 2004, 43, 61-102.
• [8] Chen W.X., Tu J.P., Gan H.Y., Xu Z.D., Tribological application of carbon nanotubes in a metal-based composite coating and composites, Carbon 2003, 41, 215-222.
• [9] Chen W.X., Tu J.P., Xu Z.D, Chen W.L., Zhang X.B., Cheng D.H., Tribological properties of N$P-multi walled carbon nanotubes electroless composite coating, Materials Letters 2003, 57, 1256-1260
• [10] Chen W.X., Tu J.P, Wang L.Y., Gan H.Y., Xu Z.D., Zhang X.B., Electroless preparation and tribological properties of Ni-P-Carbon nanotube composite coatings under lubricated condition, Surface and Coatings Technology 2002, 160, 68-73.
• [11] Yang Z., Xu H., Li M., Shi Y., Huang Y., Li H., Preparation and properties of Ni/P/single-walled carbon nanotubes composite coatings by means of electroless plating, Thin Solid Films 2004, 446, 86-91.
• [12] Wang F., Arai S., Endo M., The preparation of multi-walled carbon nanotubes with a Ni-P coating by an electroless deposition process, Carbon 2005, 43, 1716-1721