| Abstrakt: | Niniejsza praca dotyczy otrzymywania powłok kompozytowych na osnowie niklu i określenia wpływu zabudowanych składników, tj. molibdenu i krzemu, na ich elektrochemiczne właściwości.
W pracy przedstawiono przegląd literatury dotyczący: i) zastosowania materiałów kompozytowych jako katodowych lub anodowych materiałów elektrodowych, ii) wpływu rodzaju materiału i jego obróbki na przebieg katodowego lub anodowego procesu elektrochemicznego, iii) otrzymywania różnych powłok kompozytowych, które stosowane są jako powłoki ochronne lub jako materiały pracujące w układach ślizgowych, iv) mechanizmów przemieszczania się w kierunku katody i zabudowywania do osnowy powłoki kompozytowej cząstek stałych. Ponadto, zwrócono uwagę na wzrost zainteresowania elektrolitycznymi powłokami kompozytowymi stosowanymi jako materiały elektrodowe, wynikający z możliwości kształtowania ich struktury i składu chemicznego w kierunku uzyskania optymalnych właściwości elektrochemicznych. W dalszej części pracy
przedstawiono elektrolityczne powłoki kompozytowe na osnowie niklu wykorzystywane jako
materiały elektrodowe. Wskazano na szczególną aktywność elektrochemiczną wybranych
metali, faz międzymetalicznych oraz tlenków, mogących występować w powłokach jako
składniki kompozytu. Zwrócono uwagę na brak danych literaturowych dotyczących charakterystyki
elektrochemicznej powłok kompozytowych zawierających proszki: niemetalu 3p- i metalu 3delektronowego,
zdyspergowane w osnowie niklowej. Jako składniki kompozytu wybrano: molibden, który spełniał rolę aktywatora procesu elektrochemicznego, krzem pełniący rolę modyfikatora powierzchni oraz nikiel jako osnowę. Należy podkreślić, że zwiększenie rozwinięcia powierzchni, w tego typu materiałach elektrodowych, można uzyskać poprzez wyługowanie krzemu lub jego tlenków z powłoki kompozytowej. Ponadto, wybrany metal
osnowy charakteryzuje się dużym powinowactwem chemicznym w kierunku tworzenia faz
międzymetalicznych z wbudowanymi składnikami kompozytu. W niniejszej pracy przyjęto zatem hipotezę, że obecność proszków krzemu i molibdenu w powłoce kompozytowej na osnowie niklu oraz obróbka cieplna tych powłok wpływa na poprawę własności elektrochemicznych w porównaniu z własnościami powłoki niklowej.
W części doświadczalnej pracy opisano sposób przygotowywania zawiesinowych kąpieli galwanicznych do otrzymywania powłok kompozytowych, charakterystykę składników kompozytu, warunki elektroosadzania oraz sposób przeprowadzenia obróbki cieplnej. Przedstawiono aparaturę i metody badań własności fizyko-chemicznych oraz elektrochemicznych otrzymanych powłok tj.: i) rentgenowską analizę fazową ii)
rentgenowską spektrometrię fluorescencyjną iii) badania morfologii powierzchni za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego iv) metody potencjodynamiczne i galwanostatyczne oraz v) elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną. Dla potwierdzenia hipotezy stosowano powłoki niklowe oraz powłoki kompozytowe
dwu- i trój- składnikowe (Ni+Mo, Ni+Mo+Si) w stanie wyjściowym oraz poddane obróbce
cieplnej w atmosferze argonu i powietrza. Ze względu na fakt, że właściwości elektrochemiczne otrzymanych powłok zależą od wielu czynników, w pierwszej kolejności określono wpływ parametrów osadzania na skład chemiczny, skład fazowy i morfologię powierzchni. Następnie, określono wpływ obróbki cieplnej na ich właściwości fizykochemiczne i elektrochemiczne. Otrzymane powłoki kompozytowe, przed i po obróbce cieplnej, scharakteryzowano jako materiały elektrodowe w procesach przeniesienia ładunku tj. elektrowydzielania wodoru
i tlenu oraz jako powłoki ochronne w środowisku alkalicznym. Wykazano, że wstępne powierzchniowe poniklowanie cząstek krzemu w procesie chemicznej redukcji jonów niklowych umożliwia zwiększenie jego zawartości w powłoce kompozytowej. Maksymalne zawartości krzemu (do 20 % wag. przy zawartości molibdenu
ok. 30 % wag.) otrzymano przy najniższych stosowanych gęstościach prądowych (tj. 100 mA cm'2) z kąpieli zawierającej 50 g dm' 3 proszku krzemu. Obecność cząstek proszku /^-elektronowego tj. krzemu Ni+Mo+SiNi oraz cząstek proszku ¿/-elektronowego tj. molibdenu, w powłokach kompozytowych oraz odpowiednia
obróbka cieplna umożliwia utworzenie mieszaniny mono- i bi- metalicznych krzemków (MosSis, NiSi, Mo2Ni3Si) lub związków tlenkowych (molibdeniany, krzemionka). Wykazano, że przeprowadzona obróbka cieplna w atmosferze argonu poprawia odporność korozyjną, w środowisku silnie alkalicznym, powłok kompozytowych Ni+Mo+SiNi w porównaniu do powłok Ni, Ni+Mo i Ni+Mo+SiNi w stanie wyjściowym i po obróbce
cieplnej w atmosferze powietrza. Wykazano, że poprawa odporności korozyjnej w powłokach
Ni+Mo+SiNi poddanych obróbce cieplnej w atmosferze argonu jest spowodowana obecnością
mono- i bi- metalicznych krzemków niklu i molibdenu oraz znacznie zmniejszoną
elektrochemicznie aktywną powierzchnią. Wykazano, że krzem i jego tlenki obecne w powłokach kompozytowych ulegają wyługowaniu w środowisku silnie alkalicznym zwiększając tym samym rozwinięcie
powierzchni elektrody i powodując odsłonięcie głębiej zabudowanych cząstek molibdenu lub
tlenków molibdenu i niklu. Zauważono, że na drodze tak przeprowadzonej powierzchniowej
modyfikacji, krzem korzystnie wpływa na własności elektrochemiczne powłok, nadając im
szczególnych cech aktywnego materiału elektrodowego w procesie wydzielania wodoru lub
tlenu, przy zachowaniu własności katalitycznych J-elektronowych składników. Należy dodać, że aktywność elektrochemiczna w procesie wydzielania wodoru powłoki Ni+Mo+SiNi poddanej obróbce cieplnej w atmosferze argonu jest porównywalna do aktywności powłoki niklowej i mniejsza od aktywności powłok Ni+Mo oraz Ni+Mosi w stanie wyjściowym. W części podsumowującej określono wpływ krzemu jako modyfikatora powierzchni
elektrody na aktywność elektrochemiczną otrzymanych powłok oraz zaproponowano optymalne materiały katodowe i anodowe do elektrolitycznego wydzielania wodoru i tlenu. |