Наноструктурированные тонкие пленки суперсплавов Mo, W и Re с 3d6-8 металлами

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Наноструктурированные тонкие пленки суперсплавов Mo, W и Re с 3d6-8 металлами

Содержание

2. Институт общей и неорганической химии им. В.И.Вернадского Национальной академии наук Украины
3. Electrochemistry in World: Contribution of countries into worldwide information in electrochemistry (average for the period 2000-2015)
4. Cуперсплавы Mo и W Микроэлектромеханические системы Катализаторы и электрокатализаторы Функциональные покрытия
5. Институт общей и неорганическ академик Б.М. Графов: “…В последнее время наблюдается сдвиг в сторону прикладной электрохимии
6. «Функциональные материалы» – это материалы, обладающие определенным уровнем физико-химических и механических свойств, которые в совокупности обеспечивают
7. структура свойства функция (функциональный материал) состав ЭАК параметры электролиза j, E, η, dE/dj Электрохимический синтез Технология
8. Прикладные направления: функциональная гальванотехника электрокатализаторы Фундаментальное направление: электрохимическая кинетика и электрокатализ Э\х кинетика как основа управляемого
9. Применение сплавов Анализ современного состояния проблемы Бинарные суперсплавы M1M2 (где М1 - 3d6-8 металлы подгруппы железа:
10. Вклад ученых разных стран в изучение теоретических и прикладных аспектов электроосаждения сплавов молибдена и вольфрама (Analysis
11. Анализ современного состояния проблемы Количество печатных работ посвященных исследованию магнитных (а), и электрокаталитических (б) свойств гальванических
12. Основная идея (современный тренд) – пути управления составом сплавов (увеличения либо уменьшения тугоплавкого компонента в сплаве)
13. Электрохимический синтез (дизайн) Общая проблема электрохимического синтеза таких сплавов из водных растворов – относительно низкое процентное
14. Соосаждение W, Mo и Re с металлами подгруппы железа в водных растворах происходит по так называемому
15. Увеличение эффективности осаждения сплава путем введения дополнительных лигандов в цитратную ванну, таких как аммиак, ЭДТА, и
16. Основной состав электролита для получения покрытий сплавами Со-Мо: Сo (II) – 0.1; Mo (VI) – 0.1;
17. Цитратный Пирофосфатный Полилигандный цитратно-пирофосфатный Со (16,2 и 27,7 ат.%) и Мо (21,6 и 30,8 ат.%) цитратно-пирофосфатный
18. Поляризация электрода при выделении сплава Ni-W на Pt из цитратно-пирофосфатного электролита T=400C; pH=9.5; j=0,75A / дм2
19. Месбауерівські спектри (а) та характеристичні XRD-спектри (б) для металургійного Fe і електроосадженого сплаву Fe-W (Fe -
20. Взаимосвязь между условиями электроосаждения, морфологией и составом сплавов 3-D (STM) характеристика осадков сплавов Co-W, полученных из
21. Roughness of the tungsten alloys
22. 19.7 at.% W 16.6 at. % W 20.3 at.% W 16.3 at. % W i=1A/dm2 iavg=1A/dm2,
23. Этанольный топливный элемент Импульсный электролиз. Управление составом покрытий SEM поверхности сплавов Co–W, электроосажденных при средней плотности
24. Content of Ni-W alloys Взаимосвязь между условиями электроосаждения, составом электролита и составом сплавов
25. Ni-W Ni-Mo Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов
26. Grain size for Ni alloys Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов
27. Поверхность становится более гладкой, при увеличении количества легирующего элемента в сплаве 5.9 % Mo 7.8 %
28. для всех полученных электродов на основе различных материалов (медный, стальной, стеклоуглеродный, титановый, гибридный), с электрохимически сформированным
29. Ряд электрокаталитической активности в реакциях окисления органических соединений (метана, спиртов) в щелочной среде: Ni-W > CoW
30. 10 A/dm2 5 A/dm2 3 A/dm2 VWear= 7400 µm3 Ra=166 nm VWear= 6840 µm3 Ra=123 nm
32. Скачать презентацию

Слайд 2

Институт общей и неорганической химии им. В.И.Вернадского
Национальной академии наук Украины

Слайд 3

Electrochemistry in World:
Contribution of countries into worldwide information in electrochemistry (average

for the period 2000-2015)

Слайд 4

Cуперсплавы Mo и W
Микроэлектромеханические
системы
Катализаторы и
электрокатализаторы
Функциональные покрытия

Слайд 5

Институт общей и неорганическ
академик Б.М. Графов:
“…В последнее время наблюдается сдвиг

в сторону прикладной электрохимии
(электрохимическая энергетика, электрохимические сенсоры, электрохимическое материаловедение)…”

Слайд 6

«Функциональные материалы» –
это материалы, обладающие определенным уровнем физико-химических и механических

свойств, которые в совокупности обеспечивают использование этих материалов в качестве рабочего элемента или детали в определенном устройстве, приборе или конструкции.
Функциональные материалы
От микроэлектроники ……………………..до космических исследований
Обладают вполне определенными, желательно настраиваемыми, физическими и химическими свойствами.
«Новые материалы» - это, как правило, материалы, которые освоены недавно
(не более 20-30 лет назад) или осваиваются промышленностью в настоящее время,
а также находящиеся на стадии разработки или исследования.
Таким образом, к “новым” относится большое количество разнообразных материалов.

Дизайн функциональных материалов

Слайд 7

структура
свойства
функция
(функциональный
материал)
состав
ЭАК
параметры
электролиза
j, E, η, dE/dj
Электрохимический
синтез
Технология
электрохимического
формирования осадков
-

внешнее строение.
- внутреннее строение
- кристаллографическая
ориентация
- Наноразмерные осадки
- Наноструктурированные
осадки
Электрические материалы
Полупроводники, диэлектрики,
пьезо- и сегнетоэлектрики
Конструкционные материалы
Термостойкие, механически прочные,
Износостойкие
Электрокаталитические
материалы
Магнитные материалы
Магнитомягкие, магнитожесткие, ППГ
Пористые материалы
Адсорбенты, тепловые трубы
Катализаторы
СО2-лазеры и др.
Оптические материалы
Прозрачные в различных областях
спектра,люминесцентные,
электрохромные
- неориентированные
ориентированные
текстурированные
- механические
химические
электрические
магнитные
электрохимические
функциональные

Институт общей и неорганическ

Слайд 8

Прикладные направления:
функциональная гальванотехника
электрокатализаторы
Фундаментальное направление:
электрохимическая кинетика и электрокатализ
Э\х кинетика как

основа управляемого синтеза функциональных материалов:
- функциональных гальванических покрытий;
- электрокатализаторов
(разработка перспективных композиционных материалов
с высокими электрокаталитическими свойствами,
напр., этанольные электрокатализаторы, электрокатализаторы кислородной, водородной реакции в ТЭ)

Общие направления работ

Институт общей и неорганическ

Слайд 9

Применение сплавов
Анализ современного состояния проблемы
Бинарные суперсплавы M1M2
(где М1

- 3d6-8 металлы подгруппы железа: Fe, Co, Ni;
и М2 - Mo, W, Re)
Уникальный комплекс функциональных свойств
магнитных,
коррозионных,
фотоэлектрохимических,
износостойких и
электрокаталитических
инновационная перспективность

Устройства для записи и хранения информации; микроэлектро-механические системы; магнитные микросенсоры

Коррозионностойкие и защитно-декоративные покрытия, способные заменить хромовые покрытия

Электрокаталитические материалы для процессов восстановления водорода/кислорода и окисления этанола

Слайд 10

Вклад ученых разных стран в изучение теоретических и прикладных аспектов электроосаждения

сплавов молибдена и вольфрама
(Analysis of papers published in the issues referred by “ISI Web of Knowledge” database, за период с 1990 года.)

Анализ современного состояния проблемы

Самым первым работам в области электроосаждения сплавов Mo/W/Re уже более 80 лет (Brenner, Holt, Vasko…..)
За последние годы большой вклад в ЭЛЕКТРОХИМИЮ СУПЕРСПЛАВОВ 3d6-8 МЕТАЛЛОВ внесли: E.Gomez, E.Pellicer, E.Valles, E.Chassaing, E.Beltowska-Lehman, VD.Jovic, N.Li, E.Matsubara, R.Hashimoto, E.Lagiewka, D.Landolt, EJ.Podlaha, S.Prasad, SM.Zhou, H.Cesiulis, P.Ozga, M.Donten, N.Sakhnenko, M.Ved, A.Dikusar, V.Kuznetsov, et all.

Слайд 11

Анализ современного состояния проблемы
Количество печатных работ посвященных исследованию магнитных (а),

и электрокаталитических (б) свойств гальванических покрытий W и Mo,
согласно международной базы данных WEB of Science® и Science Citation Index ExpandedTM).

контролируемое формирование

O. Bersirova, H.Cesiulis, M.Donten, A.Krolikowski, Z.Stoek, G. Baltrunas,
Corrosion and anodic behavior of electrodeposited Ni-Mo alloys
// Physicochemical Mechanics of Materials, 2004, № 4, p. 620-625.

Слайд 12

Основная идея (современный тренд) –
пути управления составом сплавов (увеличения либо

уменьшения тугоплавкого компонента в сплаве) в плане получения комплекса оптимальных функциональных свойств для разного применения (инноваций)

Анализ современного состояния проблемы

Слайд 13

Электрохимический синтез (дизайн)
Общая проблема электрохимического синтеза
таких сплавов из водных растворов

–
относительно низкое процентное содержание
тугоплавких металлов в сплаве
низкая скорость осаждения
ограничения эффективности процесса
(выход по току в большинстве случаев не превышает 10-15%,
если содержание тугоплавкого металла >25ат.%)

может быть проведен в трех основных средах:
электролиз расплавленных солей; электролиз из неводных растворов;
и, наконец, электролиз из водных растворов.

Основная ванна для нанесения сплавов подгруппы железа с W, Mo, Re - цитратная ванна.

Слайд 14

Соосаждение W, Mo и Re с металлами подгруппы железа в водных

растворах происходит по так называемому "индуцированному" механизму,
который ограничивает максимальное содержание тугоплавких металлов в сплавах в большинстве случаев на значениях менее 30 ат.%.

Разработка высокоэффективного электрохимического синтеза

Слайд 15

Увеличение эффективности осаждения сплава
путем введения дополнительных лигандов в цитратную ванну,

таких как
аммиак, ЭДТА, и пирофосфаты,
которые позволяют значительно увеличить скорость осаждения.
Для интенсификации процесса соосаждения металлов в сплав был рекомендован следующий ряд комплексообразователей - аминокислот:
глицин> серин> аланин.

Разработка высокоэффективного электрохимического синтеза

Слайд 16

Основной состав электролита для получения покрытий сплавами Со-Мо:
Сo (II) – 0.1;

Mo (VI) – 0.1; Na3Cit – 0.2; K4P2O7 – 0.2; Na2SO4 – 0.5.
Направления исследований:
Влияние соотношение металлов на состав сплавов;
Влияние соотношений лигандов на количественный состав сплавов;
Зависимость состава и выхода по току от условий электроосаждения (плотности тока, температуры);
Исследование кинетики разряда металлов в сплав.
Изучение коррозионных свойств полученных покрытий;
Изучение магнитных свойств сплавов;
Изучение электрокаталитических свойств в реакции восстановления водорода/кислорода и окислении этанола; и др.

Полилигандный цитратно-пирофосфатный

Слайд 17

Цитратный Пирофосфатный Полилигандный
цитратно-пирофосфатный
Со (16,2 и 27,7 ат.%) и

Мо (21,6 и 30,8 ат.%)

цитратно-пирофосфатный электролит позволяет получать качественные покрытия с контролируемым составом и достаточно высоким для такого типа сплавов выходом по току (58%).

Полилигандный цитратно-пирофосфатный

Слайд 18

Поляризация электрода при выделении сплава Ni-W на Pt из цитратно-пирофосфатного электролита
T=400C;

pH=9.5; j=0,75A / дм2

T=600C; pH=9.5; j=1,5A / дм2

T=600C; pH=9.5; j=0,75A / дм2

T=500C; pH=7.5; j=3A / дм2

Взаимосвязь электрохимической кинетики и электроосаждения металлов и сплавов

Слайд 19

Месбауерівські спектри (а) та характеристичні
XRD-спектри (б) для металургійного Fe і

електроосадженого сплаву Fe-W (Fe - 28aт.% )

Найдено новое явление:
при переходе от условий осаждения, в которых формируется аморфно-кристаллический тип сплава в аморфный, возникает скачок скорости осаждения, что при одинаковом количественном составе сплавов дает различную структуру и функциональные свойства

рН 9.0

j, А дм-2

рН 7.5

Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Fe-W

Слайд 20

Взаимосвязь между условиями электроосаждения, морфологией и составом сплавов
3-D (STM) характеристика осадков

сплавов Co-W, полученных из цитратно-пирофосфатного электролита

Слайд 21

Roughness of the tungsten alloys

Слайд 22

19.7 at.% W
16.6 at. % W
20.3 at.% W
16.3 at. % W

i=1A/dm2

iavg=1A/dm2, τpulse=0.5s

iavg=0.5A/dm2, τpulse=0.1s

i=0.5A/dm2

Сплавы CoW, CoWP

Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Слайд 23

Этанольный топливный элемент
Импульсный электролиз. Управление составом покрытий
SEM поверхности сплавов
Co–W,

электроосажденных при
средней плотности тока 3А/дм2;
Т=580С.
постоянный ток (а);
импульсный ток (б).

найдена фаза,
обогащенная
углеродом

Взаимосвязь между условиями электроосаждения, и составом сплавов
Найдено неизвестное ранее явление:
при высоких частотах импульсного тока (f≥33,3 Гц) происходит изменение механизма разряда с истинного на радикально-пленочный механизм.

Слайд 24

Content of Ni-W alloys
Взаимосвязь между условиями электроосаждения, составом электролита и составом

сплавов

Слайд 25

Ni-W
Ni-Mo
Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Слайд 26

Grain size for Ni alloys
Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Слайд 27

Поверхность становится более гладкой, при увеличении количества легирующего элемента в сплаве
5.9

% Mo

7.8 % Mo

16.7 % Mo

Установлена роль тугоплавких компонентов (W, Mo, Re) в нанокристаллических сплавах с металлами подгруппы железа, которая базируется на возможности контролировать размер зерна, и таким образом, делает возможным варьирование структуры (нанокристаллическая, "аморфоподобная"), изменяя состав сплава.

Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Морфология покрытий Co-Mo

Слайд 28

для всех полученных электродов на основе различных материалов (медный, стальной, стеклоуглеродный,

титановый, гибридный),
с электрохимически сформированным слоем сплавов молибдена с металлами группы железа (Ni-Mo, Co-Mo, Fe-Mo),
установлена общая зависимость –
прямая корреляция «химический состав сплава – коррозионная стойкость»:
с увеличением содержания молибдена увеличивается коррозионное сопротивление и коррозионный потенциал сдвигается в более положительную сторону.
Несколько худшее коррозионное поведение для сплавов, обедненных по тугоплавкому компоненту, может быть объяснено морфологической неоднородностью поверхности и структурными особенностями осадков.

Взаимосвязь между составом сплавов и свойствами покрытий

From the corrosion point of view, the electrodeposited Ni films can be replaced by the Ni-Mo films containing more than 10-12 at.% of Mo.

Слайд 29

Ряд электрокаталитической активности в реакциях окисления
органических соединений (метана, спиртов) в

щелочной среде:
Ni-W > CoW > FeW

Электрокаталитическое окисление этанола
в растворе КОН

на Fe-W

на Co-W

на Ni-W (1) и Pt (2)
Ряд коррозионной и трибокоррозионной стойкости синтезированных покрытий сплавами триады ферума:
Ni-W > CoW > FeW

Co-W

Ni-W

Коррозионные спектры EIS
в зависимости от содержания тугоплавкого компонента

Взаимосвязь между составом сплавов и свойствами покрытий

Fe-W

Бифункциональные материалы: электрокаталитические и коррозионные свойства сплавов W

Слайд 30

10 A/dm2
5 A/dm2
3 A/dm2
VWear= 7400 µm3
Ra=166 nm
VWear= 6840 µm3
Ra=123 nm
VWear= 9050

µm3

Ra=103 nm

Co-W, осажденные при плотности тока 1А дм-2, по функциональным характеристикам наиболее близки к золотым электролитическим покрытиям

Сопротивление износу покрытий СoW, NiW

Магнитные, трибологические и трибокоррозионные свойства осадков

Наноструктурированные тонкие пленки суперсплавов Mo, W и Re с 3d6-8 металлами

Содержание

Институт общей и неорганической химии им. В.И.Вернадского Национальной академии наук Украины

Electrochemistry in World:Contribution of countries into worldwide information in electrochemistry (average

Cуперсплавы Mo и W Микроэлектромеханические системыКатализаторы и электрокатализаторыФункциональные покрытия

Институт общей и неорганическакадемик Б.М. Графов:“…В последнее время наблюдается сдвиг

«Функциональные материалы» – это материалы, обладающие определенным уровнем физико-химических и механических

Применение сплавов Анализ современного состояния проблемы Бинарные суперсплавы M1M2 (где М1

Вклад ученых разных стран в изучение теоретических и прикладных аспектов электроосаждения

Анализ современного состояния проблемы Количество печатных работ посвященных исследованию магнитных (а),

Основная идея (современный тренд) – пути управления составом сплавов (увеличения либо

Электрохимический синтез (дизайн)Общая проблема электрохимического синтеза таких сплавов из водных растворов

Соосаждение W, Mo и Re с металлами подгруппы железа в водных

Увеличение эффективности осаждения сплава путем введения дополнительных лигандов в цитратную ванну,

Основной состав электролита для получения покрытий сплавами Со-Мо:Сo (II) – 0.1;

Цитратный Пирофосфатный Полилигандный цитратно-пирофосфатныйСо (16,2 и 27,7 ат.%) и

Поляризация электрода при выделении сплава Ni-W на Pt из цитратно-пирофосфатного электролитаT=400C;

Месбауерівські спектри (а) та характеристичні XRD-спектри (б) для металургійного Fe і

Взаимосвязь между условиями электроосаждения, морфологией и составом сплавов3-D (STM) характеристика осадков

Roughness of the tungsten alloys

19.7 at.% W16.6 at. % W20.3 at.% W16.3 at. % W

Этанольный топливный элементИмпульсный электролиз. Управление составом покрытий SEM поверхности сплавов Co–W,

Content of Ni-W alloysВзаимосвязь между условиями электроосаждения, составом электролита и составом

Ni-WNi-MoВзаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Grain size for Ni alloysВзаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Поверхность становится более гладкой, при увеличении количества легирующего элемента в сплаве5.9

для всех полученных электродов на основе различных материалов (медный, стальной, стеклоуглеродный,

Ряд электрокаталитической активности в реакциях окисления органических соединений (метана, спиртов) в

10 A/dm25 A/dm23 A/dm2VWear= 7400 µm3Ra=166 nmVWear= 6840 µm3Ra=123 nmVWear= 9050

Похожие презентации

Институт общей и неорганической химии им. В.И.Вернадского
Национальной академии наук Украины

Electrochemistry in World:
Contribution of countries into worldwide information in electrochemistry (average

Cуперсплавы Mo и W
Микроэлектромеханические
системы
Катализаторы и
электрокатализаторы
Функциональные покрытия

Институт общей и неорганическ
академик Б.М. Графов:
“…В последнее время наблюдается сдвиг

«Функциональные материалы» –
это материалы, обладающие определенным уровнем физико-химических и механических

Применение сплавов
Анализ современного состояния проблемы
Бинарные суперсплавы M1M2
(где М1

Анализ современного состояния проблемы
Количество печатных работ посвященных исследованию магнитных (а),

Основная идея (современный тренд) –
пути управления составом сплавов (увеличения либо

Электрохимический синтез (дизайн)
Общая проблема электрохимического синтеза
таких сплавов из водных растворов

Увеличение эффективности осаждения сплава
путем введения дополнительных лигандов в цитратную ванну,

Основной состав электролита для получения покрытий сплавами Со-Мо:
Сo (II) – 0.1;

Цитратный Пирофосфатный Полилигандный
цитратно-пирофосфатный
Со (16,2 и 27,7 ат.%) и

Поляризация электрода при выделении сплава Ni-W на Pt из цитратно-пирофосфатного электролита
T=400C;

Месбауерівські спектри (а) та характеристичні
XRD-спектри (б) для металургійного Fe і

Взаимосвязь между условиями электроосаждения, морфологией и составом сплавов
3-D (STM) характеристика осадков

19.7 at.% W
16.6 at. % W
20.3 at.% W
16.3 at. % W

Этанольный топливный элемент
Импульсный электролиз. Управление составом покрытий
SEM поверхности сплавов
Co–W,

Content of Ni-W alloys
Взаимосвязь между условиями электроосаждения, составом электролита и составом

Ni-W
Ni-Mo
Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Grain size for Ni alloys
Взаимосвязь между структурой осадков и составом сплавов

Поверхность становится более гладкой, при увеличении количества легирующего элемента в сплаве
5.9

Ряд электрокаталитической активности в реакциях окисления
органических соединений (метана, спиртов) в

10 A/dm2
5 A/dm2
3 A/dm2
VWear= 7400 µm3
Ra=166 nm
VWear= 6840 µm3
Ra=123 nm
VWear= 9050