Wpływ warunków elektroosadzania kompozytów na osnowie Ni, Fe,
Ni-Co i Ni-Fe-Ni-Co wzmacnianych nc-TiO2 na ich mikrostrukturę i właściwości
Celem rozprawy doktorskiej było zbadanie wpływu warunków osadzania kompozytów na osnowie Ni, Ni-Fe, Ni-Co i Ni-Fe-Co wzmacnianych nanocząstkami TiO2 na morfologię powierzchni, mikrostrukturę, właściwości magnetyczne, mikrotwardość, przyczepność do podłoża oraz odporność na korozję elektrochemiczną. Na podstawie analizy literatury sformułowano hipotezę, że dodanie nanocząstek TiO2 do kąpieli elektrolitycznej, zmiana gęstości prądu osadzania oraz zmiana trybu prądu ze stałego na pulsacyjny umożliwia modyfikowanie morfologii powierzchni, mikrostruktury oraz wybranych właściwości osadzanych elektrolitycznie powłok kompozytowych na osnowie Ni, Ni-Fe, Ni-Co i Ni-Fe-Co wzmacnianych nc-TiO2. W pracy scharakteryzowano nanocząstki TiO2 użyte jako faza wzmacniająca, dobrano składy kąpieli siarczanowo-cytrynianowych wykorzystanych do osadzania oraz określono zakres warunków, w których wytworzono badane powłoki. Morfologię i chropowatość powierzchni powłok zbadano przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej oraz profilometrii optycznej. Zaobserwowano wyraźny wpływ warunków prądowych oraz nanocząstek TiO2 na morfologię i chropowatość powierzchni. Metodami skaningowej, transmisyjnej i skaningowo-transmisyjnej mikroskopii elektronowej zbadano mikrostrukturę i skład chemiczny powłok oraz określono wpływ warunków prądowych osadzania na wielkość ziarna, skład chemiczny i fazowy powłok oraz rozmieszczenie cząstek TiO2 w osnowie. Określono także przyczepność do podłoża, mikrotwardość, odporność na korozję oraz właściwości magnetyczne wytworzonych powłok. Uzyskane wyniki pozwoliły na stwierdzenie, że odpowiedni dobór warunków prądowych osadzania umożliwia uzyskanie kompozytów wzmacnianych nc-TiO2 charakteryzujących się drobnym ziarnem, wysoką twardością i dobrą przyczepnością do podłoża. Dla wszystkich badanych grup kompozytów odporność na korozję elektrochemiczną w 1,5% roztworze NaCl była podobna lub gorsza niż w przypadku odpowiadających im stopów. Wykazano, że właściwości magnetyczne zależą odwielkości ziarna i w większości wytworzonych kompozytów rosną wraz ze zmniejszaniem się średnicy ziarna. Najlepsze właściwości magnetyczne wykazały powłoki kompozytowe na osnowie Ni-Fe i Ni-Co-Fe. Stwierdzono, że osadzanie powłok TiO2/Ni-Fe i TiO2/Ni- Co-Fe w warunkach prądu pulsacyjnego stwarza możliwość uzyskania kombinacji właściwości wymaganych ze względu na ich potencjalne zastosowanie jako materiałów magnetycznie miękkich na elementy MEMS.
Influence of electrodeposition conditions on microstructure and properties
of Ni, Ni-Fe, Ni-Co and Ni-Fe-Co based composites reinforced by nc-TiO2
The aim of the doctoral dissertation was to investigate the effect of the deposition conditions of Ni, Ni-Fe, Ni-Co and Ni-Fe-Co matrix composites reinforced with TiO2 nanoparticles on the surface morphology, microstructure, magnetic properties, microhardness, adhesion to the substrate and resistance to electrochemical corrosion. Based on the analysis of the literature, the hypothesis was formulated that the addition of TiO2 nanoparticles to the electrolyte bath, changing the deposition current density and changing the mode of the current from direct to pulsed allow to modify the surface morphology, microstructure and selected properties of electrolytically deposited Ni, Ni-Fe, Ni-Co and Ni-Fe-Co-based composite coatings reinforced with nc-TiO2. In this work, the TiO2 nanoparticles used as the reinforcing phase were characterized, the composition of the sulphate-citrate baths used for deposition was selected and the range of conditions that were used to obtain examined coatings was determined. Morphology and surface roughness of the coatings were investigated using scanning electron microscopy and optical profilometry. Influence of the current conditions and addition of TiO2 nanoparticles on the morphology and surface roughness was observed. Microstructure and chemical composition of the coatings were investigated by the scanning, transmission and scanning-transmission electron microscopy, which allowed to determine the influence of deposition parameters on the grain size, chemical and phase composition of the coatings as well as the distribution of TiO2 particles in the matrix. The adhesion to the substrate, microhardness, corrosion resistance and magnetic properties of the manufactured coating were also determined. The obtained results allowed for the conclusion that the appropriate selection of the current conditions of deposition allows obtaining nc-TiO2 reinforced composites characterized by fine grain, high hardness and good adhesion to the substrate. For all tested composites groups, resistance to electrochemical corrosion in 1.5% NaCl solution was similar or worse than in the case of thecorresponding alloys. It has been shown that the magnetic properties depend on the grain size and in most of the composites, they increase with the decrease in grain diameter. The best magnetic properties were demonstrated by Ni-Fe and Ni-Co-Fe-based composite coatings. It has been concluded that the deposition of TiO2/Ni-Fe and TiO2/Ni-Co-Fe coatings under pulsed current conditions makes it possible to obtain a combination of properties required for their potential application as soft magnetic materials for MEMS elements.
