Способ поддержания седиментационной устойчивости уда и аш при осаждении композиционных медных покрытий

Яскельчик В.В.¹, Жарский И.М¹, Черник А.А.¹, Михедова Е.В.¹,
Ананьев М.В.^2,3, Останина Т.Н.²

1. Белорусский государственный технологический университет, г. Минск

2. УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

3. Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г. Екатеринбург

Нанесение медных композиционных электрохимических покрытий (КЭП) в основном применяют с целью улучшения химической стойкости, повышения жаростойкости и жаропрочности, создания самосмазывемых покрытий, каталитически активных поверхностей и др. Большое распространение получили покрытия, содержащие в своем составе частицы алмазных наноматериалов. Медные КЭП, в основном, получают из цитратного электролита при концентрации ультрадисперсных алмазов (УДА) или алмазной шихты (АШ) от 0,2 до 2 г/л.

Индивидуальные алмазные частицы размером 4–6 нм образуют фрактальные кластерные структуры (размером 30–40 нм), из которых, в свою очередь, формируются более крупные агрегаты размером порядка сотен нанометров. При введении их в раствор активно протекают процессы коагуляции и агрегации, что приводит к образованию частиц микронных размеров, потере устойчивости суспензии и седиментации частиц. В результате крупные частицы зарабатываются в осадок, что приводит к неоднородности металла и ухудшению свойств КЭП. В связи с этим актуальной является задача сохранения агрегативной устойчивости суспензии в течение всего времени нанесения покрытия.

Цель настоящей работы состояла в выборе способа диспергирования алмазных частиц в цитратном электролите меднения, позволяющего длительное время предотвращать процессы коагуляции дисперсной фазы.

Для решения поставленной задачи было исследовано влияние ультразвука различной частоты и мощности, а также механического перемешивания с помощью магнитной мешалки на состояние алмазных частиц в цитратном растворе. Определение размеров частиц УДА и АШ осуществляли с помощью лазерного дифракционного анализатора Malvern Mastersizer 2000.

Установлено, что качество диспергирования алмазных частиц в цитратном электролите зависит от частоты, мощности и вида воздействия (внешнее или объемное) ультразвукового (УЗ) поля. Причем в зависимости от параметров УЗ может происходить как диспергирование, так и агрегирование частиц УДА и АШ.

Частота механического перемешивания определяется концентрацией УДА и АШ в электролите и связанным с ней временем активной коагуляции: чем больше концентрация дисперсной фазы, тем быстрее протекает и заканчивается процесс слипания мелких частиц.

Предложен следующий способ диспергирования алмазных частиц в цитратном электролите меднения. В процессе приготовления электролита для перемешивания необходимо использовать ультразвуковое поле. При осаждении композиционных покрытий требуется периодическое механическое перемешивание, частота которого зависит от скорости процесса коагуляции УДА и АШ.