Ведь Марина Віталіївна. Електрохімічний синтез функціональних покриттів сплавами металів d4-9 та змішаними оксидами для екотехнологій

Краткое описание

Ведь Марина Віталіївна. Електрохімічний синтез функціональних покриттів сплавами металів d4-9 та змішаними оксидами для екотехнологій : Дис... д-ра наук: 05.17.03 2008

Ведь М.В.Електрохімічний синтез функціональних покриттів сплавами металів d4-9та змішаними оксидами для екотехнологій. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.03 технічна електрохімія. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2008.
Дисертацію присвячено розробці наукових основ технологій функціональних покриттів сплавами перехідних металів та змішаними оксидами. З використанням штучних нейронних мереж встановлено зв’язок каталітичної активності металів і сплавів у гетерогенних окисно-відновних реакціях з їх фундаментальними фізико-хімічними характеристиками. Досліджено закономірності та запропоновано способи поверхневої обробки металевих носіїв для розвинення їх поверхні. Встановлено кінетичні закономірності сплавоутворення в полілігандних системах NiCu(Pd)(NH3) і Co2+(Ni2+)Citта обгрунтовано імпульсні режими формування покриттів для розширення діапазону вмісту сплавоутворювачів. Доведено гіпотезу про можливість підвищення корозійної стійкості купрумвмісних сплавів алюмінію при мікродуговому оксидуванні в розчинах дифосфатів, у яких паралельно перебігають парціальні реакції формування оксиду алюмінію і окиснення інтерметалідів з утворенням розчинних комплексів, що забезпечує гомогенізацію поверхні. Встановлені в роботі закономірності покладено в основу технології формування міцно адгезованих покриттів змішаними оксидами на сплавах алюмінію в мікродуговому режимі в електролітах, що містять манганат(VII)- або Co2+-іони. На підставі дослідження і тестування корозійної стійкості, механічних і каталітичних властивостей покриттів синергетичними Ni-W, Co-W, Ni-Cu та адитивними Ni-Pd сплавами і змішаними оксидами AlAl2O3,MnxOyі AlAl2O3, CoxOyвизначено оптимальний склад матеріалів, які не поступаються платинідам при розв’язанні завдань екотехнології та електрохімічної енергетики.

В роботі розв’язано важливу науково-практичну проблему обгрунтованого створення наукових основ електрохімічних технологій покриттів сплавами та складними оксидами із залученням гіпотези про синергетичний вплив компонентів покриттів на їх функціональні властивості.
1. Встановлено з’вязок між фундаментальними характеристиками металів і їх каталітичною активністю у гетерогенних окисно-відновних реакціях, обумовлений впливом на перерозподіл та руйнування міжатомних зв'язків, кількісним чинником якого є різниця енергій зв’язку метала з елементами, що утворюють молекулу реагенту.
2. Запропоновано каталітичну активність матеріалів тестувати у реакції електрохімічного виділення водню, швидкість якої залежить саме від природи електрода і різниці енергій зв'язку „метал гідроген” і „метал оксиген”. Кореляція між послідовністю металів, ранжованих за різницею енергій DЕ=ЕM-HЕM-O, і густиною струму обміну гідрогену склала підгрунтя для оцінювання та прогнозування каталітичної активності покриттів в реакціях за участю вуглеводнів з використанням різниці енергій зв'язку „метал гідроген” і „метал карбон”.
3. Запропоновано гальванохімічну обробку сплавів алюмінію і нержавіючих сталей, що використовують як носії каталітичних систем, проводити у розчинах, які містять активатори та інгібітори пітингоутворення, шляхом анодної імпульсної поляризації, за якої створюються умови для гнучкого керування геометрією та ступенем розвинення поверхні. Побудована імітаційна модель відбиває вплив компонентів електроліту, енергетичних і часових параметрів імпульсного електролізу на окремі стадії процесу, що дозволило оптимізувати процес за критерієм максимуму питомої поверхні. Доведено, що запропонована технологія забезпечує рівномірне розгалуження зон травлення та зростання площі поверхні без зниження міцності матеріалу.
4. Обгрунтовано механізм та встановлено кінетичні параметри електродних процесів формування сплавів вольфраму з кобальтом і нікелем та показано, що розряд відбувається з гетероядерного комплексустадійно, а водночас з електрохімічним відбувається також і хімічне відновлення вольфраматів атомами гідрогену, умови для якого створюються завдяки гальмуванню рекомбінації гідрогену на металах родини феруму при високих густинах струму, зокрема при застосуванні імпульсних режимів поляризації.
5. Із застосуванням штучних нейронних мереж проведено моделювання каталітичної активності електролітичних сплавів і встановлено, що при (W) 25...35 % їх характеристики є максимальними, наближаються до показників платинових металів і свідчать про синергетичну дію сплавоутворюючих компонентів. Режими електроосадження, оптимізовані за параметрами Вс та (W), забезпечують синтез покриттів синергетичними Ni-W, Co-W, Ni-Cu та адитивними Ni-Pd сплавами заданого складу і морфології.
6. Запропоновано загальний підхід до підвищення корозійної стійкості дуралумінів шляхом їх МДО в розчинах дифосфату калію, що забезпечує одночасний перебіг двох парціальних реакцій: окиснення алюмінієвої матриці з утворенням оксидного покриття та іонізації сплавоутворюючих і домішкових елементів з утворенням розчинних комплексних сполук приблизно однакової міцності, що сприяє стабілізації розчину оксидування, гомогенізації поверхні та зниженню її гетерорезистивності. Параметри побудованої динамічної моделі відбивають фізичний сенс окремих стадій процесу, механізм і кінетику перетворень. Розроблені електроліти та режими обробки дозволили на три порядки підвищити корозійну стійкість сплавів алюмінію.
7. Висунуто та доведено гіпотезу про можливість синтезу міцно адгезованих багатокомпонентних оксидних систем в електрохімічних, термохімічних реакціях і внутрішньо-молекулярних перетвореннях, умови для яких створюються при мікродуговому оксидуванні сплавів алюмінію (титану) в присутності оксометалатів () або катіонів (Co2+) перехідних металів. Розроблені електроліти і режими електролізу забезпечують формування функціональних покриттів з підвищенними механічними, протикорозійними, каталітичними властивостями.
8. Експериментальна перевірка функціональних властивостей покриттів сплавами і складними оксидами у модельних середовищах та технологічних умовах довела їх високу корозійну стійкість, опір абразивному зношуванню, мікротвердість та каталітичну активність у процесах електролітичного виділення водню і окиснення вуглеводнів, як перспективних матеріалів для енергетики та екотехнологій.
9. Розроблені матеріали пройшли дослідно-промислові випробування на ТОВ „Екотехніка”, ЗАТ „Сєвєродонецьке об’єднання Азот” та виявили високий рівень функціональних властивостей. Покриття сплавами вольфраму та складними оксидами систем AlAl2O3,MnxOyі AlAl2O3, CoxOyбуло впроваджено у виробництво при конструюванні і виготовленні блоку каталітичного очищення пересувної сміттєзпалювальної установки ПМУ-150 на НВФ Технологія” Південно-східного наукового центру НАН України.