2. Прогнозування параметрів імпульсного струму для отримання дрібнокристалічної структури нікелевих покриттів

Заблудовський В. О.; Титаренко В. В.

2. Прогнозування параметрів імпульсного струму для отримання дрібнокристалічної структури нікелевих покриттів

ISSN: 2617-5525

e-ISSN: 2617-5533

Автори:

Заблудовський В. О.¹, Титаренко В. В.²

ORCID авторів:

Заблудовський В. О.¹ ORCID, Титаренко В. В.² ORCID

Організація:

Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна<sup>1</sup>, НТУ «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна<sup>2</sup>

Сторінка: Kosm. teh. Raket. vooruž. 2026, (1); 14-22

Мова: Українська

Анотація: Досліджено вплив параметрів імпульсного уніполярного струму на процес електроосадження нікелевих покриттів, структуру таких покриттів, субструктуру, механічні та захисні власти- вості з позицій створення покриттів для високонавантажених деталей ракетно-космічної тех- ніки. На основі комплексних металографічних, рентгеноструктурних, електрохімічних і механічних досліджень встановлено оптимальні режими імпульсного електроосадження, за яких формується дрібнокристалічна структура нікелевих покриттів з високими показниками мікротвердості, міц- ності зчеплення та корозійної стійкості. Показано, що використання імпульсного струму забез- печує формування більш однорідної та гладкої поверхні без характерних дефектів порівняно з по- криттями, отриманими за допомогою постійного струму. Встановлено, що за нерівноважних умов електрокристалізації формується дрібнокристалічна структура, що характеризується високою швидкістю зародкотворення, утворенням високодефектної субструктури, зменшенням розмірів блоків мозаїки та формуванням шаруватої структури покриттів у поперечному перерізі. Найкращі властивості досягаються при амплітуді густини імпульсного струму 15–50 А/дм², за якої форму- ються покриття з високою відбивною здатністю та мінімальною пористістю. Показано, що зміна частоти повторення імпульсів істотно впливає на концентрацію дефектів кристалічних ґрат, щільність дислокацій і вміст водню в покриттях. За низьких частот утворюється пересичений твердий розчин водню, що спричиняє підвищення внутрішніх напруг і розтріскування покриттів. Зі збільшенням частоти зменшується адсорбція водню, стабілізується субструктура покрит- тів і покращуються їхні механічні характеристики. Встановлено існування оптимальної трива- лості імпульсу, за якої швидкість зародження кристалів переважає над швидкістю їх зростання, забезпечуючи формування дрібнокристалічної структури. Мікротвердість покриттів, отриманих в оптимальних імпульсних режимах, досягає 4 300 МПа, що майже утричі перевищує показники по- криттів, осаджених за допомогою постійного струму, а міцність зчеплення зростає до 650 МПа. Після прискорених корозійних випробувань імпульсні покриття зберігають високі механічні власти- вості та характеризуються низькою пористістю. Підвищення механічних і захисних властивостей зумовлено формуванням дрібнокристалічної високодефектної структури, зменшенням вмісту водню в покритті й утворенням шаруватої структури покриттів. Отримані результати можуть бути використані для прогнозування режимів імпульсного електроосадження нікелевих покриттів, призначених для високонавантажених виробів, зокрема елементів ракетно-космічної техніки, що працюють в умовах інтенсивних термомеханічних і корозійних навантажень.

Ключові слова: електроосадження, імпульсний струм, нікелеві покриття, структура та властивості

Список використаної літератури:

1. Boukhouiete A., Boumendjel S., Sobhi N.-E.-H. Eff ect of Current Density on the Microstructure and Morphology of the Electrodeposited Nickel Coatings. Turkish Journal of Chemistry. 2021. Vol. 45, No. 5. P. 1599–1608. https://doi.org/10.3906/kim-2102-46
2. Ul-Hamid A., Dafalla H., Quddus A., Saricimen H., Al-Hadhrami L. M. Microstructure and Surface Mechanical Properties of Pulse Electrodeposited Nickel. Applied Surface Science. 2011. Vol. 257, Iss. 22. P. 9251–9259. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.04.120
3. Lebedeva O., Fishgoit L., Knyazev A., Kultin D., Kustov L. Electrodeposition of Iron Triad Metal Coatings: Miles to Go. Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 4. Art. 657. https://doi.org/10.3390/met13040657
4. Tsyntsaru N., Cesiulis H., Bersirova O. Design of Iron-Based Multifunctional Alloys Electrodeposited from Complexing Electrolytes. Materials. 2025. Vol. 18, Iss. 2. Art. 263. https://doi.org/10.3390/ma18020263
5. Jegan A., Venkatesan R. Characterization and Optimization of Pulse Electrodeposition of Ni/Nano-Al₂O₃ Composite Coatings. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2013. Vol. 20, Iss. 5. P. 479–485. https://doi.org/10.1007/s12613-013-0754-z
6. Hansal W. E. G., Sandulache G., Mann R., Leisner P. Pulse-Electrodeposited NiP–SiC Composite Coatings. Electrochimica Acta. 2013. Vol. 114. P. 851–858. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.08.182
7. Zabludovsky V. A., Shtapenko E. F. The Obtaining of Cobalt Multilayers by Programme-Controlled Pulse Current. Transactions of the Institute of Metal Finishing. 1997. Vol. 75, Iss. 5. P. 203–204. https://doi.org/10.1080/00202967.1997.11871173
8. Tytarenko V. V., Zabludovs’kyy V. O. Structure and Properties of Composite Nickel Coatings Obtained by Program-Controlled Current. Metallophysics and Advanced Technologies. 2025. Vol. 47, Iss. 4. P. 415–425. https://doi.org/10.15407/mfi nt.47.04.0415
9. Tytarenko V. V., Gerasimenko D. V. Infl uence of Pulsed Current Parameters on the Structure Formation of Amorphous Co–W Alloys and Their Thermal Stability. Journal of Nano- and Electronic Physics. 2025. Vol. 17, No. 3. Art. 03034. https://doi.org/10.21272/jnep.17(3).03034
10. Ait Layachi O., Moujib A., Khoumri E. M. Electrochemical Nucleation and Growth Mechanism of Metals. Electroanalysis. 2024. Vol. 36. Iss. 11. Art. e202400115. https://doi.org/10.1002/elan.202400115
11. Tytarenko V. V., Zabludovsky V. A., Shtapenko E. Ph., Tytarenko I. V., Grishechkin S. A. Structuring of Micro-Layered Nickel Coatings Obtained by Program-Controlled Current. Metallophysics and Advanced Technologies. 2020. Vol. 42, No. 3. P. 351–362. https://doi.org/10.15407/mfi nt.42.03.0351
12. Awasthi S., De S., Pandey S. K. Electrodeposited Carbon Nanostructured Nickel Composite Coatings: A Review. Heliyon. 2024. Vol. 10, Iss. 8. Art. e26051. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e26051
13. Guo L., He W., Chen W., Xue Z., He J., Guo Y., Wu Y., Gao L., Li D., Zhang Z., Wei L., Gao Y., Zhang T., Qiao J., Li Q., Guo H. Progress on High-Temperature Protective Coatings for Aero-Engines. Surface Science and Technology. 2023. Vol. 1, Iss. 1. Art. 6. https://doi.org/10.1007/s44251-023-00005-6
14. Pollock T. M. Alloy Design for Aircraft Engines. Nature Materials. 2016. Vol. 15, Iss. 8. Р. 809–815. https://doi.org/10.1038/nmat4709
15. Ahmadkhaniha D., Tsongas K., Tzetzis D., Zanella C. Study of the Eff ect of Pulse Plating Parameters on the Electrodeposition of NiP and NiP/SiC Coatings and Their Microhardness Values. Transactions of the Institute of Metal Finishing. 2021. Vol. 99, Iss. 1. P. 29–37. https://doi.org/10.1080/00202967.2020.1819030
16. Mehranian M., Ahmadimoghadam H.Eff ect of Pulse Electrodeposition Parameters on the Properties of Ni-Co/SiC-CeO2 Composite Coatings on Copper Substrates. Iranian Journal of Materials Science and Engineering. 2024. Vol. 21, Iss. 4. P. 79–90. https://doi. org/10.22068/ijmse.3745
17. Yang Y., Cheng Y. F. Fabrication of Ni–Co–SiC Composite Coatings by Pulse Electrodeposition – Eff ects of Duty Cycle and Pulse Frequency. Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 216. P. 282–288. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.11.059
18. Guo L., Searson P. C. On the Infl uence of the Nucleation Overpotential on Island Growth in Electrodeposition. Electrochimica Acta. 2010. Vol. 55, Iss. 13. P. 4086–4091. https://doi. org/10.1016/j.electacta.2010.02.038
19. Karimi S., Foulkes F. R. Modeling the Eff ects of Diff erent Pulse Current Waveforms on Grain Size of Electrodeposited Nickel Coatings. Journal of the Electrochemical Society. 2012. Vol. 159, No. 11. P. D659–D670. https://doi.org/10.1149/2.015211jes
20. Kim W., Weil R. Pulse Plating Eff ects in Nickel Electrodeposition. Surface and Coatings Technology. 1989. Vol. 38, Iss. 3. P. 289–298. https://doi.org/10.1016/0257-8972(89)90091-1
21. Hughes G. D., Smith S. D., Pande C. S., Johnson H. R., Armstrong R. W. Hall–Petch Strengthening for the Microhardness of Twelve Nanometer Grain Diameter Electrodeposited Nickel. Scripta Metallurgica. 1986. Vol. 20, Iss. 1. P. 93–97. https://doi.org/10.1016/0036-9748(86)90219-X
22. Izuwa A., Nitta M., Inoue Y., Toyoda M., Tsukamoto M. Adhesive Strength Evaluation of Coating Layer by Modifi ed Pin Test: Applicability of Stress Singularity Parameter for Evaluating Adhesive Strength of Coating Film (Phase 2). Quarterly Journal of the Japan Welding Society. 1991. Vol. 9, No. 2. P. 275–281. https://doi.org/10.2207/qjjws.9.275
23. Shtapenko E. P., Zabludovsky V. O., Tytarenko V. V., Kraeva V. S., Afanasov A. M. Formation of Layered Structure in Films of Nickel at Electrodeposition by a Pulse Current. Metallophysics and Advanced Technologies. 2019. Vol. 41, No.1. P. 27–37. https://doi.org/10.15407/mfi nt.41.01.0027