COMPOSITE ELECTROCHEMICAL COATINGS BASED ON NICKEL: OBTAINING, STRUCTURE, PROPERTIES (REVIEW)
Keywords:
composite coatings, nickel, superdispersed diamond, fullerene, teflon, connections of metalls
Abstract
Nickel matrix coatings have become the most widespread among composite electrochemical coatings (CECs). Nickel-based CECs are characterized by high hardness and wear resistance, resistance to corrosion. Fine particles of different nature are easily codeposited with nickel. Considerable attention is paid to nickel coatings containing as a dispersed phase ultrafine diamonds (UFD), fullerene C60 and fluoroplastic (Teflon). Classical sulfuric acid electrolytes are used for the deposition of nickel-UFD CECs. Experimental data indicate a positive effect of UDA on the quality of nickel-diamond coatings. The coefficients of friction decrease from 0.43 to 0.33, and the microhardness increases from 2.45 to 4.31 GPa. Parts coated with CEC-nickel-UFD can last 20 times longer than parts with nickel coating. When depositing diamond layers with a nickel coating on cutting tools, uniform CECs with a particle content of from 20.000 to 25.000 per cm2 of surface are obtained. Structural studies have shown that the entry of nanodiamond particles into the nickel matrix leads to a decrease in grain size, the formation of dislocations in the form of balls and grids along the grain boundaries. Metallographic study of the cross section of the coating section revealed that the CEC of nickel-UFD has a columnar structure. The increase in microhardness with the inclusion of boron in the nickel-diamond CEC may be associated with a change in the morphology of deposits – the transition from columnar to chain-expanded structure. The polarization curves of the deposition of nickel and CEC nickel – C60 show that the introduction of fullerene particles into the electrolyte facilitates the cathode process. CEC has a rough surface, the microprojections of which are formed during the overgrowth of dispersed particles of metal.
References
1. Антропов Л.И., Лебединский Ю.Н. Композиционные электрохимические покрытия и материалы. Киев : Техника, 1986. 200 с.
2. Сайфуллин Р.С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов. Москва : Химия, 1990. 240 с.
3. Sudagar J., Lian J., Sha W. Electroless nickel, alloy, composite and nano coatings – A critical review. Journal of Alloys and Compounds. 2013. Vol. 571. P. 183–204.
4. Lotto C.A. Electroless Nickel Plating – A Review. Silicon. 2016. Vol. 8, Iss. 2. P. 177–186.
5. Hari Krishnan K., John S., Srinivasan K.N., Praveen J., Ganesan M., Kavimani P.M. An overall aspect of electroless Ni-P depositions – A review article. Metallurgical and Materials Transactions A. 2006. Vol. 37. P. 1917–1926.
6. Sahoo P., Kalyan Das S. Tribology of electroless nickel coatings. Materials & Design. 2011. Vol. 32, Iss. 4. P. 1760–1775.
7. Rudy S.S. Finisher's Think Tank – Aluminum: The Lightweight Industry Heavyweight. Plating and Surface Finishing. 2003. Vol. 90, Iss. 9. P. 34–46.
8. Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы: синтез, строение, свойства и применение. Успехи химии. 2007. Т. 76, № 4. С. 375–397.
9. Чухаева С.И., Детков П.Я., Ткаченко А.П., Торопов А.Д. Физико-химические свойства фракций, выделенных из ультрадисперсных алмазов. Сверхтвердые материалы. 1998. № 4. С. 29–36.
10. Торопов А.Д., Детков П.Я., Чухаева С.И. Получение и свойства композиционных никелевых покрытий с ультрадисперсными алмазами. Гальванотехника и обработка поверхности. 1999. Т. 7, № 3. С. 14–19.
11. Долматов В.Ю., Буркат Г.К. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза как основа нового класса композиционных металл-алмазных гальванических покрытий. Сверхтвердые материалы. 2000. № 1. С. 84–95.
12. Jelinek T.W. Fortschritte in der Galvanotechnik. Eine Auswertung der internationalen Fachliteratur 2003–2004. Galvanotechnik. 2005. Bd. 96, N. 1. S. 42–71.
13. Lee E.C., Choi J.W. A study on the mechanism of formation of electrodeposited Ni-diamond coatings. Surface and Coatings Technology. 2001. Vol. 148, Iss. 2–3. P. 234–240.
14. Ягодкина Л.М., Логинова И.Д., Савочкина И.Е. О композиционных электрохимических покрытиях никель-алмаз, модифицированных бором. Журнал прикладной химии. 1998. Т. 71, № 4. С. 618–620.
15. Новоторцева И.Г., Гаевская Т.В. О свойствах композиционных покрытий на основе никеля. Журнал прикладной химии. 1999. Т. 72, № 5. С. 789–791.
16. Reddy V.V.N., Ramanoorthy B., Kesavan Nair P. A study on the wear resistance of electroless Ni-P/Diamond composite coatings. Wear. 2000. Vol. 239, Iss. 1. P. 111–116.
17. Целуйкин В.Н., Толстова И.В, Соловьева Н.Д., Гунькин И.Ф. Свойства композиционных покрытий никель-фуллерен C60. Гальванотехника и обработка поверхности. 2006. Т. 14, № 1. С. 28–31.
18. Целуйкин В.Н., Соловьева Н.Д., Гунькин И.Ф. Электроосаждение композиционных покрытий никель-фуллерен C60. Защита металлов. 2007. Т. 43, № 4. С. 418–420.
19. Саксин Е.В., Шевырев А.А., Шкуранков А.В., Бобровский Л.K., Романюк А.В. Исследование свойств и структуры металлофторопластовых композиционных покрытий. Журнал прикладной химии. 1995. Т. 68, № 11. С. 1822–1826.
20. Девятирикова С.В., Хитрин С.В., Фукс С.Л. Исследование маточных растворов производства фторопласта для получения композиционных покрытий. Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76, № 4. С. 690–692.
21. Тетерина Н.М., Халдеев Г.В. Осаждение никель-тефлоновых композиционных покрытий из сульфатных электролитов. Защита металлов. 2000. Т. 36, № 5. С. 515–519.
22. Иванов В.В., Иванов А.В., Балакай В.И., Арзуманов А.В. Анализ синергического эффекта в композиционных электролитических покрытиях никель-бор-фторопласт. Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79, № 4. С. 619–621.
23. Aust K.T., Palumbo G., Erb U. Intercrystalline defects and some properties of electrodeposited nanocrystalline nickel and its alloys. Zeitschrift fur Metallkunde. 2003. Bd. 94, N. 10. S. 1066–1072.
24. Szczygiel B., Kolodziej M. Composite Ni/Al2O3 coatings and their corrosion resistance. Electrochimica Acta. 2005. Vol. 50, Iss. 20. P. 4188–4195.
25. Fan L., Wang Q., Yang P., Chen H., Hong H., Zhang W., Ren J. Preparation of nickel coatings on ZTA particles by electroless plating. Ceramics International. 2018. Vol. 44, Iss.10. P. 11013–11021.
26. Karthikeyan S., Ramamoorthy B. Effect of reducing agent and nano Al2O3 particles on the properties of electroless Ni-P coating. Applied Surface Science. 2014. Vol. 307. P. 654–660.
27. Maurin G., Lavanant A. Electrodeposition of nickel/silicon carbide composite coatings on a rotating disc electrode. J. Applied Electrochem. 1995. Vol. 25. P. 1113–1121.
28. Staia M.H., Conzono A., Cruz M.R. Wear behaviour of Silicon Carbide/Electroless Nickel Composite Coatings at High Temperature. Surface Engineering. 2002. Vol. 18, Iss. 4. P. 265–269.
29. Burzynska L., Rudnik E., Koza J. Electrodeposition and heat treatment of nickel/silicon carbide composites. Surface and Coatings Technology. 2008. Vol. 202, Iss. 12. P. 2545–2556.
30. Grosjean A., Rezrazi M., Bercot P. Some morphological characteristics of the incorporation of silicon carbide (SiC) particles into electroless nickel deposits. Surface and Coatings Technology. 2000. Vol. 130, Iss. 2–3. P. 252–256.
31. Benea L., Bonora P.L., Borello A. Preparation and investigation of nanostructured SiC-nickel layers by electrodeposition. Solid State Ionics. 2002. Vol. 151, Iss. 1–4. P. 89–95.
32. Gawne D.T., Ma U. Structure and wear of electroless nickel coatings. Materials Science and Technology. 1987. Vol. 3, Iss. 3. P. 228–238.
33. Sahoo P., Das S.K. Tribology of electroless nickel coatings – A review. Materials & Design. 2011. Vol. 32, Iss. 4. P. 1760–1775.
34. Franco M., Sha W., Malinov S., Rajendran R. Phase composition, microstructure and microhardness of electroless nickel composite coating co-deposited with SiC on cast aluminium LM24 alloy substrate. Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 235. P. 755–763.
35. Sakhnenko N.D., Ovcharenko O.A., Ved M.V. Electrochemical synthesis of nickel-based composite materials modified with nanosized aluminium oxide. Russian Journal of Applied Chemistry. 2015. Vol. 88. P. 267–271.
36. Сахненко М.Д., Ведь М.В., Овчаренко О.О. Фізико-механічні властивості композиційних електрохімічних покривів і фольг на основі нікелю, армованих Al2O3. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2017. Т. 53, № 3. С. 76–85.
37. Bapu R.G.N.K. Characteristics of Ni-BN Electrocomposites. Plating & Surface Finishing. 1995. Vol. 93. P. 70–73.
38. Pushpavanam M., Natarajan S. R. Nickel-boron nitride electrocomposites. Metal Finishing. 1995. Vol. 93, Iss. 6. P. 97–99.
39. Jelinek T.W. Fortschritte in der Galvanotechnik. Eine Auswertung der internationalen Fachliteratur 2001–2002. Galvanotechnik. 2003. Bd. 94, Nо. 1. S. 46–74.
40. Popczyk M., Budniok A., Lagiewka E. Structure and corrosion resistance of nickel coatings containing tungsten and silicon powders. Materials Characterisation. 2007. Vol. 58, Iss. 4. P. 371–375.
41. Rabizadeh T., Allahkaram S.R. Corrosion resistance enhancement of Ni-P electroless coatings by incorporation of nano-SiO2 particles. Materials & Design. 2011. Vol. 32, Iss. 1. P. 133–138.
42. Wielage B., Podlesak H., Steinhäuser S., Nickelmann D. Galvanische Nickel- und Nickeldispersions-schichten: Vergleichende elektronenmikroskopische Untersuchungen. Metalloberfläche. 1998. Bd. 52, Nо. 5. S. 386–389.
43. Liqun Z., Qunpeng Z., Jianhua L. Amorphous nickel-tungsten-boron composite electrodeposits with zirconium oxide particles. Metal Finishing. 2001. Vol. 99, No. 7. P. 28–30.
44. Сахненко М.Д., Ведь М.В., Овчаренко О.О., Проскуріна В.О., Ненастіна Т.О. Властивості композиційних електрохімічних покриттів, модифікованих диоксидом цирконію. Вісник Національного технічного університету «ХПІ» Серія: Хімія, хімічна технологія та екологія. 2018. Т. 18(1294). С. 80–84.
45. Sakhnenko M.D., Ved M.V., Ovcharenko O.O. Physicochemical properties of composite electrochemical coatings and foils based on nickel and reinforced with Al2O3. Materials Science. 2017. Vol. 53, Iss. 3. P. 374–384.
46. Экилик Г.П., Стариченок О.С. Ингибирующие композиционные покрытия на основе никеля. Защита металлов. 1990. Т. 26, № 6. С. 1016–1019.
47. Скибина Л.М., Кузнецов В.В., Сухоленцев Е.А. Влияние концентрации ε-капролактама на электроосаждение никель-полимерных покрытий. Прищита металлов. 2001. Т. 37. № 2. С. 182–185.
2. Сайфуллин Р.С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов. Москва : Химия, 1990. 240 с.
3. Sudagar J., Lian J., Sha W. Electroless nickel, alloy, composite and nano coatings – A critical review. Journal of Alloys and Compounds. 2013. Vol. 571. P. 183–204.
4. Lotto C.A. Electroless Nickel Plating – A Review. Silicon. 2016. Vol. 8, Iss. 2. P. 177–186.
5. Hari Krishnan K., John S., Srinivasan K.N., Praveen J., Ganesan M., Kavimani P.M. An overall aspect of electroless Ni-P depositions – A review article. Metallurgical and Materials Transactions A. 2006. Vol. 37. P. 1917–1926.
6. Sahoo P., Kalyan Das S. Tribology of electroless nickel coatings. Materials & Design. 2011. Vol. 32, Iss. 4. P. 1760–1775.
7. Rudy S.S. Finisher's Think Tank – Aluminum: The Lightweight Industry Heavyweight. Plating and Surface Finishing. 2003. Vol. 90, Iss. 9. P. 34–46.
8. Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы: синтез, строение, свойства и применение. Успехи химии. 2007. Т. 76, № 4. С. 375–397.
9. Чухаева С.И., Детков П.Я., Ткаченко А.П., Торопов А.Д. Физико-химические свойства фракций, выделенных из ультрадисперсных алмазов. Сверхтвердые материалы. 1998. № 4. С. 29–36.
10. Торопов А.Д., Детков П.Я., Чухаева С.И. Получение и свойства композиционных никелевых покрытий с ультрадисперсными алмазами. Гальванотехника и обработка поверхности. 1999. Т. 7, № 3. С. 14–19.
11. Долматов В.Ю., Буркат Г.К. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза как основа нового класса композиционных металл-алмазных гальванических покрытий. Сверхтвердые материалы. 2000. № 1. С. 84–95.
12. Jelinek T.W. Fortschritte in der Galvanotechnik. Eine Auswertung der internationalen Fachliteratur 2003–2004. Galvanotechnik. 2005. Bd. 96, N. 1. S. 42–71.
13. Lee E.C., Choi J.W. A study on the mechanism of formation of electrodeposited Ni-diamond coatings. Surface and Coatings Technology. 2001. Vol. 148, Iss. 2–3. P. 234–240.
14. Ягодкина Л.М., Логинова И.Д., Савочкина И.Е. О композиционных электрохимических покрытиях никель-алмаз, модифицированных бором. Журнал прикладной химии. 1998. Т. 71, № 4. С. 618–620.
15. Новоторцева И.Г., Гаевская Т.В. О свойствах композиционных покрытий на основе никеля. Журнал прикладной химии. 1999. Т. 72, № 5. С. 789–791.
16. Reddy V.V.N., Ramanoorthy B., Kesavan Nair P. A study on the wear resistance of electroless Ni-P/Diamond composite coatings. Wear. 2000. Vol. 239, Iss. 1. P. 111–116.
17. Целуйкин В.Н., Толстова И.В, Соловьева Н.Д., Гунькин И.Ф. Свойства композиционных покрытий никель-фуллерен C60. Гальванотехника и обработка поверхности. 2006. Т. 14, № 1. С. 28–31.
18. Целуйкин В.Н., Соловьева Н.Д., Гунькин И.Ф. Электроосаждение композиционных покрытий никель-фуллерен C60. Защита металлов. 2007. Т. 43, № 4. С. 418–420.
19. Саксин Е.В., Шевырев А.А., Шкуранков А.В., Бобровский Л.K., Романюк А.В. Исследование свойств и структуры металлофторопластовых композиционных покрытий. Журнал прикладной химии. 1995. Т. 68, № 11. С. 1822–1826.
20. Девятирикова С.В., Хитрин С.В., Фукс С.Л. Исследование маточных растворов производства фторопласта для получения композиционных покрытий. Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76, № 4. С. 690–692.
21. Тетерина Н.М., Халдеев Г.В. Осаждение никель-тефлоновых композиционных покрытий из сульфатных электролитов. Защита металлов. 2000. Т. 36, № 5. С. 515–519.
22. Иванов В.В., Иванов А.В., Балакай В.И., Арзуманов А.В. Анализ синергического эффекта в композиционных электролитических покрытиях никель-бор-фторопласт. Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79, № 4. С. 619–621.
23. Aust K.T., Palumbo G., Erb U. Intercrystalline defects and some properties of electrodeposited nanocrystalline nickel and its alloys. Zeitschrift fur Metallkunde. 2003. Bd. 94, N. 10. S. 1066–1072.
24. Szczygiel B., Kolodziej M. Composite Ni/Al2O3 coatings and their corrosion resistance. Electrochimica Acta. 2005. Vol. 50, Iss. 20. P. 4188–4195.
25. Fan L., Wang Q., Yang P., Chen H., Hong H., Zhang W., Ren J. Preparation of nickel coatings on ZTA particles by electroless plating. Ceramics International. 2018. Vol. 44, Iss.10. P. 11013–11021.
26. Karthikeyan S., Ramamoorthy B. Effect of reducing agent and nano Al2O3 particles on the properties of electroless Ni-P coating. Applied Surface Science. 2014. Vol. 307. P. 654–660.
27. Maurin G., Lavanant A. Electrodeposition of nickel/silicon carbide composite coatings on a rotating disc electrode. J. Applied Electrochem. 1995. Vol. 25. P. 1113–1121.
28. Staia M.H., Conzono A., Cruz M.R. Wear behaviour of Silicon Carbide/Electroless Nickel Composite Coatings at High Temperature. Surface Engineering. 2002. Vol. 18, Iss. 4. P. 265–269.
29. Burzynska L., Rudnik E., Koza J. Electrodeposition and heat treatment of nickel/silicon carbide composites. Surface and Coatings Technology. 2008. Vol. 202, Iss. 12. P. 2545–2556.
30. Grosjean A., Rezrazi M., Bercot P. Some morphological characteristics of the incorporation of silicon carbide (SiC) particles into electroless nickel deposits. Surface and Coatings Technology. 2000. Vol. 130, Iss. 2–3. P. 252–256.
31. Benea L., Bonora P.L., Borello A. Preparation and investigation of nanostructured SiC-nickel layers by electrodeposition. Solid State Ionics. 2002. Vol. 151, Iss. 1–4. P. 89–95.
32. Gawne D.T., Ma U. Structure and wear of electroless nickel coatings. Materials Science and Technology. 1987. Vol. 3, Iss. 3. P. 228–238.
33. Sahoo P., Das S.K. Tribology of electroless nickel coatings – A review. Materials & Design. 2011. Vol. 32, Iss. 4. P. 1760–1775.
34. Franco M., Sha W., Malinov S., Rajendran R. Phase composition, microstructure and microhardness of electroless nickel composite coating co-deposited with SiC on cast aluminium LM24 alloy substrate. Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 235. P. 755–763.
35. Sakhnenko N.D., Ovcharenko O.A., Ved M.V. Electrochemical synthesis of nickel-based composite materials modified with nanosized aluminium oxide. Russian Journal of Applied Chemistry. 2015. Vol. 88. P. 267–271.
36. Сахненко М.Д., Ведь М.В., Овчаренко О.О. Фізико-механічні властивості композиційних електрохімічних покривів і фольг на основі нікелю, армованих Al2O3. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2017. Т. 53, № 3. С. 76–85.
37. Bapu R.G.N.K. Characteristics of Ni-BN Electrocomposites. Plating & Surface Finishing. 1995. Vol. 93. P. 70–73.
38. Pushpavanam M., Natarajan S. R. Nickel-boron nitride electrocomposites. Metal Finishing. 1995. Vol. 93, Iss. 6. P. 97–99.
39. Jelinek T.W. Fortschritte in der Galvanotechnik. Eine Auswertung der internationalen Fachliteratur 2001–2002. Galvanotechnik. 2003. Bd. 94, Nо. 1. S. 46–74.
40. Popczyk M., Budniok A., Lagiewka E. Structure and corrosion resistance of nickel coatings containing tungsten and silicon powders. Materials Characterisation. 2007. Vol. 58, Iss. 4. P. 371–375.
41. Rabizadeh T., Allahkaram S.R. Corrosion resistance enhancement of Ni-P electroless coatings by incorporation of nano-SiO2 particles. Materials & Design. 2011. Vol. 32, Iss. 1. P. 133–138.
42. Wielage B., Podlesak H., Steinhäuser S., Nickelmann D. Galvanische Nickel- und Nickeldispersions-schichten: Vergleichende elektronenmikroskopische Untersuchungen. Metalloberfläche. 1998. Bd. 52, Nо. 5. S. 386–389.
43. Liqun Z., Qunpeng Z., Jianhua L. Amorphous nickel-tungsten-boron composite electrodeposits with zirconium oxide particles. Metal Finishing. 2001. Vol. 99, No. 7. P. 28–30.
44. Сахненко М.Д., Ведь М.В., Овчаренко О.О., Проскуріна В.О., Ненастіна Т.О. Властивості композиційних електрохімічних покриттів, модифікованих диоксидом цирконію. Вісник Національного технічного університету «ХПІ» Серія: Хімія, хімічна технологія та екологія. 2018. Т. 18(1294). С. 80–84.
45. Sakhnenko M.D., Ved M.V., Ovcharenko O.O. Physicochemical properties of composite electrochemical coatings and foils based on nickel and reinforced with Al2O3. Materials Science. 2017. Vol. 53, Iss. 3. P. 374–384.
46. Экилик Г.П., Стариченок О.С. Ингибирующие композиционные покрытия на основе никеля. Защита металлов. 1990. Т. 26, № 6. С. 1016–1019.
47. Скибина Л.М., Кузнецов В.В., Сухоленцев Е.А. Влияние концентрации ε-капролактама на электроосаждение никель-полимерных покрытий. Прищита металлов. 2001. Т. 37. № 2. С. 182–185.
Published
2022-02-22
How to Cite
Gab, A., Shakhnin, D., Malyshev, V., Nesterenko, T., Rumyantsev, V., & Berezhna, O. (2022). COMPOSITE ELECTROCHEMICAL COATINGS BASED ON NICKEL: OBTAINING, STRUCTURE, PROPERTIES (REVIEW). Scientific Journal "Metallurgy", (2), 44-55. https://doi.org/10.26661/2071-3789-2021-2-06
Section
Articles
ISSN 
