Electrodeposition of composite Ni+FeAl gradient coatings

• Autorzy: Łosiewicz, B. , Budniok, A. , Stępień, K. , Kupka, M.

Warianty tytułu

PL

Elektroosadzanie gradientowych warstw kompozytowych Ni+FeAl

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An electrolytic co-deposition technique has been successfully used to prepare the composite Ni+FeAl gradient coatings with a continuous compositional gradient. Production of this functional gradient material (FGM) was carried out by simultaneous electrodeposition of nickel with FeAl powder on a copper substrate from a bath in which iron aluminide particles concentration was increased gradually and suspended by mechanical stirring (Fig. 1). Electroplating of the Ni+FeAl FGMs was conducted under constant current conditions at room temperature (Tab. 1). The microstructure, distribution and percentage volume fraction of FeAl powder in the deposit, were analyzed and determined by metallographic microscope. Surface morphology was carried out using a scanning electron microscope (SEM). Structural investigations were conducted by XRD. The microhardness (žHV) of the deposit was determined with a Vickers diamond testing machine. The percentage volume fraction of iron aluminide for composite Ni+FeAl gradient coatings plated under proposed conditions indicated that the FeAl particle content in the deposit increased gradually in the direction of the deposit growth from 0 to 39.3 vol.% (Fig. 2). The microstructure of a cross-section (Fig. 3) and SEM observations of the deposit surface morphology (Fig. 4) revealed that FeAl particles were uniformly distributed in the Ni matrix and their content increased gradually throughout the thickness. Microstructural transition with composition of the FeAl FGM including a nickel matrix, a dispersive structure, a network structure, and an alternative dispersive structure, have been discussed. The phase composition investigations of the Ni+FeAl FGM exhibited a diphase composite structure with a polycrystalline nickel matrix into which the solid crystalline FeAl particles with the B2 structure were embedded (Fig. 5). The Vickers microhardness as a function of the thickness of the gradient deposit has been also determined (Fig. 6). It increased with a gradual increase in the thickness from 196.9 for pure nickel up to 453.1 žHV for the top layer of the deposit. It was found that embedding of FeAl particles with high intensity and hardness in the Ni matrix, started to harden and strengthen the deposit.

PL

Warstwy kompozytowe Ni+FeAl o ciągłym gradiencie składu chemicznego otrzymywano techniką elektrolitycznego współosadzania. Otrzymywanie takiego funkcjonalnego materiału gradientowego (FMG) realizowano poprzez jednoczesne współosadzanie niklu i proszku FeAl na podłożu miedzi z kąpieli zawiesinowej, w której zawartość cząstek aluminidku żelaza była stopniowo zwiększana. W celu utrzymania proszku FeAl w postaci zawiesiny stosowano mieszanie mechaniczne (rys. 1). Elektroosadzanie FMG Ni+FeAl prowadzono w warunkach galwanostatycznych w temperaturze pokojowej (tab. 1). Mikrostrukturę, rozkład i procentowy udział objętościowy cząstek FeAl w warstwach analizowano za pomocą mikroskopu metalograficznego. Badania morfologii powierzchni realizowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Badania strukturalne prowadzono metodą rentgenowskiej analizy fazowej. Pomiary mikrotwardości (žHV) warstw wykonano za pomocą mikrotwardościomierza Vickersa. Procentowy udział objętościowy aluminidku żelaza w kompozytowych warstwach gradientowych Ni+FeAl, otrzymanych w proponowanych warunkach, wskazuje, że zawartość cząstek FeAl w warstwie wzrasta stopniowo w kierunku wzrostu warstwy od 0 do 39,3% obj. (rys. 2). Obserwacje mikrostruktury zgładu poprzecznego (rys. 3) i morfologu powierzchni warstw (rys. 4) wykazują, że cząstki FeAl są jednorodnie rozmieszczone w osnowie Ni i ich zawartość wzrasta stopniowo ze wzrostem grubości warstwy. W pracy dyskutowane są przemiany mikrostrukturalne FMG Ni+FeAl wywołane zmianą składu chemicznego z uwzględnieniem osnowy niklowej, struktury dyspersyjnej, struktury komórkowej i alternatywnej struktury dyspersyjnej. Badania składu fazowego FMG Ni+FeAl wykazują dwufazową strukturę kompozytu o osnowie polikrystalicznego niklu, w której zabudowane są krystaliczne cząstki stałe FeAl o strukturze B2 (rys. 5). Określono także mikrotwardość Vickersa jako funkcje grubości warstw gradientowych (rys. 6). Mikrotwardość rośnie ze stopniowym wzrostem grubości warstwy od 196,9 dla czystego niklu do 453,1 žHV dla górnej warstwy FMG. Stwierdzono, że zabudowanie w osnowie Ni cząstek FeAl o wysokiej gęstości i twardości powoduje utwardzenie i umocnienie warstwy.

Słowa kluczowe

PL

elektroosadzanie; FMG; warstwa kompozytowa; Ni+FeAl

EN

electrodeposition; FGM; composite coating; Ni+FeAl

• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 1
• Strony: 94-98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łosiewicz, B.

• Silesian University, Institute of Materials Science, 12 Bankowa, 40-007 Katowice, Poland

autor

Budniok, A.

• Silesian University, Institute of Materials Science, 12 Bankowa, 40-007 Katowice, Poland

autor

Stępień, K.

• Silesian University, Institute of Materials Science, 12 Bankowa, 40-007 Katowice, Poland

autor

Kupka, M.

• Silesian University, Institute of Materials Science, 12 Bankowa, 40-007 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Yamaoka H., Yuki M., Tahara K., Irisawa T., Watanabe R., Kawasaki A., Ceramic transaction in Functionally Gradient Materials, Vol. 34, ed. J.B. Holt, M. Koizumi, T. Hirai, Z.A. Munir, American Ceramic Society, Westville, OH, 1993, 165-172.
• [2] Zheng Z.Q., Liang S.Q., Development and prospect of functionally gradient materials, Mater. Sci. Eng. 1992, 10(1), 1-5.
• [3] Chen B.Y., Recent progress of functional gradient materials study, Mater. Eng. 1993, 7, 45-48.
• [4] Lei X.S., Ling N., Wang H.J., Functionally gradient materials prepared by electrodepositing, Mater. Protect. 1995, 28(7), 12-14.
• [5] Kawasaki A., Watanabe R., Concept and P/M fabrication of Functionally Gradient Materials, Ceramics International 1997, 23, 73-83.
• [6] Jun L., Changsong D., Dianlong W., Xinguo H., Electroforming of nickel and partially stabilized zirconia (Ni + + PSZ) gradient coating, Surf. Coat. Technol. 1997, 91, 131-135.
• [7] Wang H., Yao S., Matsumura S., Electrochemical preparation and characterization of Ni/SiC gradient deposit, J. Mater. Proc. Technol. 2004, 145, 299-302.
• [8] Łosiewicz B., Budniok A., Lasia A., Łągiewka E., Composite Ni-P+TiO2 electrocoatings for hydrogen evolution reaction in alkaline solutions, Polish J. Chem. 2004, 78, 1457-1476.
• [9] Łosiewicz B., Budniok A., Electrodeposition of composite Ni-P+TiO2+Ti coatings 2004, 3(140), 620-622.
• [10] Napłoszek-Bilnik I., Budniok A., Łosiewicz B., Pająk L., Łągiewka E., Electrodeposition of composite Ni-based coatings with the addition of Ti or/and Al particles, Thin Sol. Films 2005, 474, 146-153.
• [11] Napłoszek-Bilnik I., Budniok A., Łągiewka E., Electrolytic production and heat-treatment of Ni-based composite layers containing intermetallic phases, J. Alloys Comp. 2004, 382, 54-60.
• [12] Erler F., Jakob C., Romanus H., Spiess L., Wielage B., Lampke T., Steinhäuser S., Interface behaviour in nickel composite coatings with nano-particles of oxidic ceramic, Electrochim. Acta 2003, 48, 3063-3070.