Симагин Дмитрий Николаевич. Модифицирование цинковых гальванических покрытий углеродным наноматериалом : Сімагін Дмитро Миколайович. Модифікація цинкових гальванічних покриттів вуглецевим наноматеріалом Simagin Dmitry Nikolaevich. Modification of zinc electroplating coatings with carbon nanomaterial



  • Название:
  • Симагин Дмитрий Николаевич. Модифицирование цинковых гальванических покрытий углеродным наноматериалом
  • Альтернативное название:
  • Сімагін Дмитро Миколайович. Модифікація цинкових гальванічних покриттів вуглецевим наноматеріалом Simagin Dmitry Nikolaevich. Modification of zinc electroplating coatings with carbon nanomaterial
  • Кол-во страниц:
  • 105
  • ВУЗ:
  • ФГБОУ ВО Тамбовский государственный технический университет
  • Год защиты:
  • 2016
  • Краткое описание:
  • Симагин Дмитрий Николаевич. Модифицирование цинковых гальванических покрытий углеродным наноматериалом: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.16.08 / Симагин Дмитрий Николаевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО Тамбовский государственный технический университет], 2016




    Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
    высшего образования
    «Тамбовский государственный технический университет»
    На правах рукописи


    СИМАГИН ДМИТРИИ НИКОЛАЕВИЧ
    МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЦИНКОВЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
    УГЛЕРОДНЫМ НАНОМАТЕРИАЛОМ
    Специальность 05.16.08
    Нанотехнологии и наноматериалы (химия и химическая технология)
    Диссертация на соискания учёной степени кандидата технических наук
    Научный руководитель:
    доктор технических наук, профессор
    Ю.В. Литовка
    Тамбов - 2016
    СОДЕРЖАНИЕ
    ВВЕДЕНИЕ 4
    Глава 1. Литературный обзор 9
    1.1 Свойства и применение углеродных наноматериалов 9
    1.2 Технологии нанесения традиционных гальванических покрытий 11
    1.2.1 Цинкование 12
    1.2.2 Катодные процессы при цинковании 20
    1.2.3 Анодные процессы при цинковании 21
    1.2.4 Технологии уменьшения неравномерности покрытий 22
    1.3 Технологии получения гальванических покрытий из электролитов с нанодобавками 26
    1.3.1 Технология получения покрытий с повышенной коррозионной
    стойкостью из электролитов с нанодобавками 26
    1.3.2 Методы уменьшения неравномерности покрытия с использованием
    нанодобавок 34
    Глава 2 Методика экспериментов 37
    2.1 Лабораторная установка 39
    2.2 Модернизация процесса нанесения цинкового гальванического
    покрытия 41
    2.2.1 Подготовка поверхности образцов 42
    2.2.2 Приготовление электролита 43
    2.2.3 Режим цинкования 44
    2.2.4 Операция добавления и распределения УНТ «Таунит» в электролите. 44
    2.2.5 Операция поддержания заданной концентрации УНТ в электролите.... 48
    2.3 Методика определения выхода цинка по току 50
    2.4 Методика определения рассеивающей способности электролита 51
    2.5 Методика коррозионных испытаний потенциодинамическим методом 52
    2.6 Методика коррозионных испытаний в камере соляного тумана 54
    2.7 Методика измерения неравномерности покрытия 57
    Глава 3 Результаты экспериментальных измерений и их обсуждение 59
    3.1 Влияние УНТ «Таунит» и плотности тока на выход цинка по току 59
    3.2 Влияние УНТ «Таунит» на рассеивающую способность электролита 60
    3.3 Изменение кинетики процесса цинкования при добавлении в
    электролит наноматериала «Таунит» 62
    3.4 Экспериментальное исследование концентраций УНТ «Таунит», при
    которых достигается наивысшая коррозионная стойкость покрытия 63
    3.4.1 Потенциодинамический метод 63
    3.4.2 Испытания в камере соляного тумана 65
    3.5 Экспериментальное исследование концентраций УНТ «Таунит», при
    которых равномерность покрытия наилучшая 68
    3.5.1 Влияние УНТ «Таунит» в виде порошка на равномерность цинковых
    покрытий 69
    3.5.2 Влияние УНТ «Таунит» в виде геля на равномерность цинковых
    покрытий 72
    3.5.3 Влияние УНТ «Таунит» в виде пасты на равномерность цинковых
    покрытий 74
    3.6 Поиск оптимальных концентраций УНМ по векторному 76
    критерию
    3.7 Исследование влияния технического углерода «П 324» и
    мелкодисперсного графита «ГАК-2» на свойства цинковых покрытий 78
    3.8 Механизм влияния УНМ на свойства покрытия 85
    ВЫВОДЫ 90
    СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 91
    ПРИЛОЖЕНИЕ А 102
    ПРИЛОЖЕНИЕ Б 104
    ВВЕДЕНИЕ
    Актуальность проблемы
    Углеродные наноматериалы обладают уникальными свойствами: высокой прочностью, хорошей электропроводимостью, высокими значениями упругой деформации, химической и термической стабильностью. Использование этих свойств возможно в разных областях промышленности и технологиях. В данной работе осуществляется попытка использовать эти уникальные свойства для улучшения качественных показателей цинковых покрытий.
    Цинковые гальванические покрытия находят широкое применение и используются для защиты от коррозии стальных деталей. На цинковые покрытия приходится до 60% всех наносимых гальванических покрытий. Г лавными качественными показателями цинковых гальванических покрытий являются: коррозионная стойкость и равномерность распределения покрытия по поверхности детали. Необходимо повышать эти качественные показатели, прежде всего коррозионную стойкость, потому что вследствие общей или сплошной коррозии из употребления в России ежегодно выводится 20-25 млн т металла. Для повышения этих качественных показателей используются технологии получения композитных электрохимических покрытий, получение которых основано на том, из электролитов вместе с металлами соосаждаются дисперсные частицы различного размера, в том числе и нанодобавки.
    Основными исследованиями в данных направлениях занимались отечественные и зарубежные ученые: Шлугер М.А., Проскуркин Е.В., Попович В.А., Мороз А.Т., Буркат Г.К., Долматов В.Ю., Нагаева Л.В., Атаманов М.В., B.M. Praveen, Chao Guo, X.H. Chen, Mostafa Alishahi, Kang Min Lee. Несмотря на полученные положительные результаты, имеется ряд доводов, в связи с которыми можно сделать вывод о том, что данное направление требует новых путей исследования и технологических решений. Работам этих авторов присущ ряд недостатков, таких как
    недостаточная эффективность, экономическая целесообразность и техническая сложность реализации.
    Одним из перспективных и малоизученных направлений в данной области является применение модифицированных углеродным наноматериалом цинковых гальванических покрытий.
    Изучение влияния углеродного наноматериала на качественные показатели гальванических покрытий, в частности модифицированного наноматериалом цинкового покрытия, модернизация технологии нанесения покрытия, обеспечивающей повышение коррозионной стойкости и уменьшение неравномерности - актуальная проблема гальванотехники.
    Диссертационная работа выполнена в рамках выполнения программы «СТАРТ» «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно¬технической сфере» гос. контракт на НИОКР: №10334р/18346 от 04.06.2012 «Разработка научно обоснованных методик использования углеродных наноструктур для получения электрохимических наномодифицированных цинковых гальванических покрытий с высокой коррозионной стойкостью» и в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности №2014/219 на 2014 - 2016 года (проект №2079).
    Цель работы.
    Увеличение коррозионной стойкости и уменьшение неравномерности цинковых гальванических покрытий методами электрохимического осаждения из электролитов, содержащих углеродный наноматериал.
    Задачи работы.
    1. Обобщение литературных сведений по существующим методам повышения коррозионной стойкости и уменьшения неравномерности как традиционных гальванических покрытий, так и модифицированных нанодобавками, для выявления недостатков существующих технических решений и обоснования необходимости использования углеродных наноструктур.
    2. Исследование процесса нанесения модифицированных углеродным наноматериалом цинковых гальванических покрытий.
    3. Установление зависимости увеличения коррозионной стойкости и уменьшения неравномерности от концентрации наноматериала в электролите цинкования.
    4. Выявление механизма влияния наноматериала на изменение коррозионной стойкости и неравномерности покрытия.
    Научная новизна.
    Разработаны теоретические основы модернизации технологии нанесения цинковых гальванических покрытий, заключающиеся в добавлении дополнительных операций: 1) распределения углеродного наноматериала в электролите цинкования с помощью ультразвукового диспергирования или с использованием механического перемешивания; 2) поддержание требуемой концентрации углеродного наноматериала в электролите путём её измерения с помощью оптического метода и дозирования требуемого количества.
    Экспериментально подтверждена состоятельность использования данной технологии для уменьшения неравномерности и увеличения коррозионной стойкости цинковых покрытий.
    Теоретически обоснован механизм влияния углеродного наноматериала на коррозионные свойства цинковых покрытий, который заключается в следующем: углеродный наноматериал является дополнительным центром кристаллизации, в связи с чем покрытие становится мелкокристаллическим, плотным и беспористым.
    Практическая значимость.
    1) Предложена технология получения цинковых гальванических покрытий с повышенной коррозионной стойкостью и уменьшенной неравномерностью.
    2) Экспериментально исследованы концентрации, при которых качественные показатели наилучшие.
    Положения, выносимые на защиту
    1. Модернизированная технология нанесения цинковых гальванических покрытий, включающая дополнительные операции добавления углеродного наноматериала, распределения его в электролите и поддержания необходимой концентрации.
    2. Результаты экспериментального определения влияния углеродного наноматериала на коррозионную стойкость цинковых покрытий.
    3. Данные по влиянию концентрации углеродного наноматериала на неравномерность цинковых покрытий.
    Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: XV Международном совещании «Совершенствование технологии гальванических покрытий» (г. Киров, 2012 г.); ГХ Всероссийской научно-практической конференции «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении» (г. Пенза, 2012 г.); I Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы электрохимии и защиты от коррозии в решении экологических проблем» (г. Тамбов, 2012 г.); 10-ой Международной Научно-практической Конференции «Покрытия и обработка поверхности 2013. Последние достижения в технологиях, экологии и оборудовании» (г. Москва, 2013 г.); Международной Научно-практической Конференции «Наука и образование для устойчивого развития экономики, природы и общества» (г. Тамбов, 2013 г.); II Международной заочной научной конференции «Наноматериалы и нанотехнологии: Проблемы и перспективы» (г. Саратов, 2013); XI Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физика-химия и технология неорганических материалов» (г. Москва, 2014); XXVII Международной научной конференции «Математические Методы в Технике и Технологиях» (г. Тамбов, 2014); I Международной научной конференции «Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение» (г. Тамбов, 2015).
    Структура и объём диссертации.
    Диссертация включает введение, три главы, обобщающие выводы, список литературы из 96 работ отечественных и зарубежных авторов и приложения. Работа изложена на 105 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 21 таблицу.
  • Список литературы:
  • ВЫВОДЫ
    В процессе выполнения данной научно-исследовательской работы были получены следующие результаты:
    1. Предложена новая технология нанесения цинковых гальванических покрытий, включающая дополнительные операции добавления, распределения и поддержания заданной концентрации УНМ «Таунит» в электролите, которая позволяет улучшить коррозионную стойкость в 4 раза и уменьшить неравномерность на 28%.
    2. Найдена оптимальная концентрации УНМ «Таунит», при которой достигается наивысшая коррозионная стойкость, которая составляет 10-4 кг/л Потенциодинамический метод определения скорости коррозии показал, что скорость коррозии снижается в 4 раза в присутствии УНМ при концентрации 10- кг/л и плотности тока 0,03 А/м . А прямой метод с использованием камеры соляного тумана показал увеличение коррозионной стойкости покрытий с концентрацией в электролите УНМ 10-4 кг/л, что совпадает с косвенным потенциодинамическим методом.
    3. Найдена оптимальная концентрация углеродного наноматериала при
    которых неравномерность покрытия минимальна. Критерий
    неравномерности достигает своего минимума при концентрации УНМ «Таунит» в электролите 4*10-4 кг/л.
    4. Если необходимо повышение коррозионной стойкости, то оптимальным является концентрация УНМ «Таунит» 10-4 кг/л, если необходимо получить получить равномерное покрытие оптимальным технологическим решением будет концентрация УНМ 4*10-4 мг/л.
    5. Экспериментально выявлено и теоретически обосновано улучшение свойств покрытия в результате влияние углеродного наноматериала «Таунит» на структуру покрытия. Нанотрубки являются дополнительными центрами кристаллообразования, происходит увеличение точек зарождения кристаллов и соответственно получается мелкокристаллическая структура.
  • Стоимость доставки:
  • 230.00 руб


ПОИСК ДИССЕРТАЦИИ, АВТОРЕФЕРАТА ИЛИ СТАТЬИ


Доставка любой диссертации из России и Украины