Склад і морфологія поверхні композиційних електролітичних покривів Сo-W-ZrO₂

Abstract

Доведено можливість електросинтезу і керування складом і морфологією поверхні композиційних електролітичних покривів кобальту з тугоплавкими металами варіюванням густини імпульсного струму. Композити на основі кобальту, осаджені на підкладку з міді з білігандних цитратно-пірофосфатних електролітів при густині імпульсного струму 4 А/дм², відрізняються розгалуженою поверхнею і більш рівномірним розподілом компонентів по поверхні, підвищеним вмістом вольфраму, що майже у 5 разів переважає покриви, осаджені при 10 А/дм², та зниженням відсотку оксигену удвічі (до 5,5 %). Це пояснюється гальмуванням реакції виділення газоподібного водню та участю адатомів гідрогену у хімічному відновленні проміжних оксидів вольфраму до металу під час переривання поляризації. Покриви, осаджені із застосуванням імпульсного струму, можна вважати композитами складу Co-W-ZrO₂, в яких оксидна фаза утворюється безпосередньо в електродному процесі як інтермедіат неповного відновлення вольфраматів. Топографія плівок відрізняється наявністю зерен еліптичної і сферичної форми з розмірами кристалітів 80 – 180 нм. На основній поверхні зустрічаються виступи (крупні зерна) діаметром 1 – 3 мкм. Фрактальна розмірність поверхні становить 2,77, що свідчить про 3D механізм роста кристалів при формуванні покриву. За параметрами шорсткості поверхні Ra і Rq покриви відносяться до 9 класу шорсткості. За фазовим складом композити є переважно аморфними матеріалами, які містять нанокристалічний кобальт та інтерметаліди Co₃W і Zr₃Co. Завдяки кількісному і фазовому складу, морфології і фрактальності поверхні мікротвердість і корозійна стійкість систем Co-W-ZrO₂, одержаних за густини струму 4 А/дм², на 20 % перевищують параметри покривів, одержаних при 10 А/дм², і у 3 рази переважає відповідні характеристики підкладки.

The possibility of electrosynthesis and control of the composition and surface morphology of the composite electrolytic coatings of cobalt with refractory metals by varying the pulse current density has been proved. Composites deposited on copper substrate from biligand citrate-pyrophosphate electrolytes at 4 A/dm² are distinguished by a developed surface and a more uniform distribution of components on the surface, increased tungsten content, almost 5 times higher than coatings deposited at 10 A/dm², and a half reduction in oxygen percentage (up to 5.5%). This is explained by the inhibition of the hydrogen gas evolution reaction and the participation of hydrogen ad-atoms in the chemical reduction of intermediate tungsten oxides to metal when polarization is interrupted. Coatings obtained using pulsed current can be considered as composites of the composition Co-WZrO₂, in which the oxide phase is formed directly in the electrode process as an intermediate for the incomplete reduction of tungstates. The topography of the films is characterized by the presence of grains of elliptical and spherical shape with crystallite sizes of 80 – 180 nm. On the main surface there are protrusions (large grains) with a diameter of 1 – 3 microns. The fractal dimension of the surface is 2.77, which indicates the 3D crystal growth mechanism during coating formation. According to the surface roughness parameters Ra and Rq, coatings belong to the 9th roughness class. By phase composition, composites are predominantly amorphous materials, which include nanocrystalline cobalt and intermetallic compounds Co₃W and Zr₃Co. Due to the quantitative and phase composition, surface morphology and fractality, the microhardness and corrosion resistance of Co-W-ZrO₂ systems deposited at a current density of 4 А/dm² are 20% higher than the coatings obtained at 10 A/dm², and 3 times higher than the corresponding characteristics of the substrate.