Morfologia powierzchni i chropowatość 32

W odróżnieniu od piramidalnej morfologii powierzchni powłok Ni, powłoki kompozytowe na osnowie Ni wzmacniane cząstkamiAl2O3 [63], ZrO2 [74], TiN [72], TiO2 [39],SiO2 [60] czy SiC [71] charakteryzują się morfologią globularną. Zauważono, że zwiększenie stężenia fazy wzmacniającej w powłoce prowadzi do zmniejszenia średnicy globul i zwiększenia ilości tego typu struktur na powierzchni. W przypadku powłok zawierających cząstki TiO2 skutkuje to powstaniem gładszej powierzchni [39]. Inną zależność zaobserwowano w kompozytach SiC/Ni, w których wraz ze wzrostem zawartości SiC w powłoce pojawiały się nowe skupiska globul [71]. Z kolei wprowadzone w osnowę Ni cząstki PTFE wpływają za utworzenie igiełkowej morfologii powierzchni [75]. Znaczący wpływ na chropowatość i morfologię powierzchni mają także inhibitory wzrostu Ni, takie jak kumaryna, która powoduje zmniejszenie chropowatości na skutek zmiany uprzywilejowanej orientacji krystalograficznej w powłokach [66].

33

Tabela 5. Przykłady osadzanych elektrolitycznie powłok kompozytowych na osnowie Ni

Cząstki wzmacniające

Warunki osadzania

Literatura Kąpiel ^Stężenie cząstek

[g/L]

Parametry

prądowe ^Temperatura [○C]

Al2O3

wysoko i nisko stężona

kąpiel Wattsa ^{20 3-5 A/dm2}

temperatura pokojowa ^[63] zmodyfikowana kąpiel Wattsa ²⁰ poniżej 20 A/dm2 PC ^{50 [64]} zmodyfikowana kąpiel Wattsa ^{20 3 A/dm} 2 PC ^{40-45 [65]} ZrO2 zmodyfikowana o kumarynę kąpiel Wattsa 0-40 ^{2; 5; 10} _A/dm2 50 [66] kąpiel Wattsa

wzbogacona o zol ZrO2 15 ml/L zolu 2 A/dm2 55 [67]

TiO2 zmodyfikowana Kąpiel Wattsa ^{25 g/L} 2; 4; 8 A/dm2 PC ^{50 [36]} kąpiel siarczanowo-cytrynianowa ^{0-10 g/L 2,5 A/dm2 50 [68]} - 5-30 g/L 5 A/dm2 temperatura pokojowa ^[39] SiO2 Zmodyfikowana o PEI

kąpiel Wattsa ^{2-8 2,5 A/dm2 50 [60]} kąpiel Wattsa 0-20 2-8 A/dm2 50-60 [69]

kąpiel Wattsa 0-10 [70]

SiC _{cytrynianem sodu} ^{kąpiel Wattsa z} 1-20 0,5-5 A/dm2 30; 60 [71] TiN ^{zmodyfikowana kąpiel} _Wattsa 0-12 0,3-1,6 A/dm2 brak danych [72] PTFE kąpiel sulfaminianowa 10-30 1-7 A/dm2 55 [56]

2.7.2.2. Mikrostruktura

Osadzane elektrolitycznie powłoki Ni oraz kompozyty na osnowie Ni najczęściej charakteryzują się nanokrystalicznym ziarnem. Dane literaturowe wskazują, że wielkość krystalitów w powłokach zależy od parametrów prądowych. Lajaverdi i wsp. w powłokach TiO2/Ni zauważyli zmniejszenie się wielkości krystalitów wraz ze wzrostem gęstości prądu osadzania oraz częstotliwości prądu pulsacyjnego. Może to świadczyć o zwiększeniu intensywności zarodkowania i hamowania wzrostu krystalitów wraz ze wzrostem częstotliwości pulsu [36]. Z kolei Niu i wsp. wykazali, że wielkość krystalitów w kompozytach TiO2/Ni nieznacznie zmniejsza się wraz ze wzrostem zawartości TiO2 [39].

Z kolei w kompozytach Al2O3/Ni stwierdzono, że krystality Ni miały podobną średnicę jak w przypadku powłok Ni, ale zastosowanie inhibitora wzrostu EP znacznie zmniejszyło wielkość krystalitów z około 30 nm do 14 nm [63]. Kolejny przykład stanowią kompozyty SiO2/Ni, w których średnica zastępcza ziarna Ni malała po wprowadzeniu niewielkich ilości cząstek SiO2 do osnowy. Znaczne zmniejszenie wielkości ziarna, któremu towarzyszyło

34

wyraźne zwiększenie objętości względnej cząstek fazy wzmacniającej, nastąpiło wskutek współosadzania SiO2 z polielektrolitem PEI [60].

2.7.2.3. Twardość

Na wysoką twardość kompozytów wpływa dodatek cząstek twardszych od osnowy, jak również spowodowane przez nie zmiany mikrostruktury. Na przykład powłoki Al2O3/Ni wykazują twardość około 500 HV, wyraźnie wyższą od powłok Ni o twardości około 300 HV [63]. Z kolei powłoki gradientowe o wzrastającej zawartości Al2O3 charakteryzuje zwiększenie twardości w kolejnych warstwach od około 260 HV do około 400 HV [64]. Podobną zależność zauważono dla kompozytów z cząstkami ZrO2, które wprowadzone w formie zolu podniosły twardość do około 590 HV [67]. Z kolei kompozyt ZrO2/Ni wytworzony z zawiesiny cząstek uzyskał twardość około 500 HV [73]. Wpływ wzrostu objętości względnej TiO2 na zwiększenie twardości kompozytów na osnowie Ni wykazali Lajevardi i wsp. [36]. Podobny wzrost twardości wraz ze wzrostem udziału cząstek zaobserwowano w kompozytach wzmacnianych cząstkami SiC [71], TiN [72] oraz WC [76].

2.7.2.4. Właściwości tribologiczne

Wprowadzenie cząstek do osnowy wpływa również na zużycie ścierne powłok oraz współczynnik tarcia kompozytów na osnowie Ni. Vaezi i wsp. wykazali, że wzrost zawartości cząstek SiC w Ni znacznie zmniejsza zużycie ścierne kompozytu [71]. Z kolei Xiong i wsp. [67] stwierdzili, że wraz ze wzrostem objętości względnej ZrO2 w Ni zużycie ścierne najpierw się zmniejsza, a od pewnej zawartości cząstek ZrO2 rośnie. Efekt ten najprawdopodobniej związany jest z defektami mikrostruktury oraz zwiększoną porowatością. Warto zauważyć, że nie tylko cząstki ceramiczne wpływają korzystnie na właściwości tribologiczne kompozytów. You i wsp. [75] wytworzyli kompozytowe powłoki na osnowie Ni wzmacniane PTFE. Powłoki te o igiełkowej morfologii powierzchni w teście kula-próbka wykazują mniejszy współczynnik tarcia niż powłoki Ni, co związane jest najprawdopodobniej z właściwościami samosmarownymi PTFE.

2.7.2.5. Odporność na korozję

Odporność powłok kompozytowych na korozję zależy od ich składu chemicznego, grubości oraz szczelności. Jednorodne i pozbawione defektów powłoki wykazują wysoką odporność na korozję, co zostało potwierdzone m. in. dla kompozytów zawierających cząstki SiC [71], TiO2

35

pasywnej Ni przez cząstki WC poprzez ich wpływ na przerwanie ciągłości powłoki. W badaniach elektrochemicznych w rozcieńczonym kwasie siarkowym zaobserwowano skrócenie zakresu pasywacji oraz podniesienie prądu pasywacji w odniesieniu do czystego Ni, co świadczy o pogorszeniu ich odporności na korozję. Podobny efekt występował w kompozytach PTFE/Ni, w których zaobserwowano spadek odporności na korozję elektrochemiczną w roztworach chlorkowych w porównaniu do powłok z czystego Ni [75]. 2.7.3. Powłoki Ni–Fe i kompozyty na osnowie Ni-Fe

Osadzane elektrolitycznie stopy Ni-Fe mają podobne właściwości mechaniczne i odporność na korozję jak powłoki Ni, ale ze względu na zastąpienie części niklu żelazem są tańsze. Dodatkowo, należą do grupy materiałów ferromagnetycznych magnetycznie miękkich, co oznacza, że nie magnesują się one trwale, a po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego zachowują jedynie namagnesowanie resztkowe. Z tego powodu są wykorzystywane jako sensory, tyrystory i różnorodne elementy urządzeń magnetycznych.

Stopy Ni-Fe można osadzać z kąpieli wykorzystywanych do niklowania wzbogaconych o jony żelaza. Ze względu na fakt, że jony żelaza są mogą przyjmować różne stopnie utlenienia, konieczne jest stosowanie związków chemicznych mających działanie antyoksydacyjne, które zapobiegają utlenianiu Fe+2 do Fe+3_.