powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2017-4-53-61powder-330Research ArticleНаноструктурированные материалы и функциональные покрытияNanostructured Materials and Functional CoatingsСЕДИМЕНТАЦИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АЛМАЗОВ В ЦИТРАТНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ МЕДНЕНИЯSEDIMENTATION OF ULTRADISPERSED DIAMONDS IN CITRATE COPPER PLATING ELECTROLYTEЯскельчикВ. В.YaskelchikV. V.

Аспирант кафедры химии, технологии электрохимических производств и материалов электронной техники (ХТЭХПиМЭТ).

220030, Минск, ул. Свердлова, 13а

Postgraduate student, Department of chemistry, technology of electrochemical productions and materials of electronic technique (СhTEChP&MET).

yaskelchyk@gmail.comАнаньевМ. В.AnanyevM. V.

Доктор химических наук, доцент ИВТЭ УрО РАН; доцент кафедры технологии электрохимических производств (ТЭП) УрФУ.

620137, Екатеринбург, ул. Академическая, 20), 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Dr. Sci. (Chem.), associate prof. IHTE UrB RAS, associate prof. of the Department of technology of electrochemical productions (TEP) UrFU.

620137, Yekaterinburg, Akademicheskaya str., 20; 620002, Yekaterinburg, Mira str., 19

m.ananyev@mail.ruОстанинаТ. Н.OstaninaT. N.

Доктор химических наук, профессор кафедры ТЭП УрФУ.

Dr. Sci. (Chem.), prof., Department of TEP.

620002, Yekaterinburg, Mira str., 19

t.n.ostanina@urfu.ruОстанинН. И.OstaninN. I.

Кандидат технических наук, доцент кафедры ТЭП УрФУ.

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department of TEP.

620002, Yekaterinburg, Mira str., 19

ostni@mail.ruЖарскийИ. М.ZharskiyI. M.

Кандидат химических наук, профессор кафедры ХТЭХПиМЭТ.

220030, Минск, ул. Свердлова, 13а

Cand. Sci. (Chem.), prof., Department of СhTEChP&MET.

220030, Minsk, Sverdlov str., 13а

root@belstu.byЧерникА. А.ChernikA. A.

Кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой ХТЭХПиМЭТ.

220030, Минск, ул. Свердлова, 13а

Cand. Sci. (Chem.), associate prof., head of the Department of СhTEChP&MET.

220030, Minsk, Sverdlov str., 13а

alexachernik@belstu.byБелорусский государственный технологический университет (БГТУ)БеларусьBelarusian State Technological University (BSTU) (220030, Republic of Belarus, Minsk,BelarusИнститут высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН; Уральский федеральный университет (УрФУ) им. первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияInstitute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Ural Federal University (UrFU)Russian FederationУральский федеральный университет (УрФУ) им. первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University (UrFU)Russian FederationБелорусский государственный технологический университет (БГТУ)БеларусьBelarusian State Technological University (BSTU)Belarus201721122017045361Copyright © НИТУ "МИСИС", 20172017НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/330

Проведены исследования процессов агрегации и седиментации ультрадисперсных алмазов (УДА) в цитратном электролите меднения (ЦЭМ), используемом для получения композиционных электрохимических покрытий. Изучалась седиментационная и агрегационная устойчивость с целью выбора концентрации УДА в ЦЭМ. Это было необходимо для создания композиционных медных покрытий с улучшенными эксплуатационными характеристиками (повышенной твердостью, износостойкостью, коррозионной устойчивостью), а также для придания им новых свойств (антифрикционных, каталитических). Содержание УДА в электролите варьировалось в пределах от 0,2 до 2,0 г/л. С помощью лазерного дифракционного анализатора «Malvern Mastersizer 2000» определено распределение по размерам частиц УДА в электролите сразу после приготовления суспензии и после 10-суточной выдержки. Агрегационная и седиментационная устойчивость суспензии УДА в ЦЭМ исследована гравиметрическим методом с непрерывным взвешиванием кварцевой чашечки, погруженной в данную суспензию. Кварцевая чашечка была связана с аналитическими весами «Sartorius R200D» с помощью кварцевой нити. В результате проведения эксперимента получена зависимость массы оседающих частиц УДА от времени: Q = f(t). Из этой зависимости определено относительное распределение частиц по размерам. Установлено, что на седиментационную устойчивость существенное влияние оказывает процесс агрегации частиц, интенсивность которого увеличивалась с повышением концентрации УДА. Удовлетворяющие требованиям по агрегационной и седиментационной устойчивости результаты получены из суспензии УДА в ЦЭМ с концентрацией 1,0 г/л. В этом случае высокое содержание дисперсной фазы сочеталось с агрегационной и седиментационной устойчивостью, что позволяло получать медные композиционные покрытия с улучшенными эксплуатационными свойствами.

The processes of aggregation and sedimentation of ultradispersed diamonds (UDD) in citrate copper plating electrolyte used for obtaining composite electrochemical coatings was investigated. The study of sedimentation and aggregation resistance was carried out for the purpose of selecting the concentration of UDD in citrate copper plating electrolyte. It was necessary to obtain composite copper plating featuring advanced operational properties (increased hardness, wear resistance, corrosion resistance), as well as to attain new properties (antifriction, catalytic). UDD content in electrolyte varied from 0,2 to 2,0 g/l. UDD particle size distribution in electrolyte was determined using the Malvern Mastersizer 2000 laser diffraction analyzer both as soon as suspension had been prepared and after 10-day holding. Aggregation and sedimentation resistance of UDD suspension in citrate copper plating electrolyte was investigated gravimetrically with a continuously weighed quartz cup immersed into the above mentioned suspension. The quartz cup was connected to the Sartorius R200D analytical balance by quartz fiber. The above experiment resulted in obtaining the relationship between the mass of UDD debris and the time Q = f(t).The obtained relationship was used to determine the relative particle size distribution. Sedimentation resistance has been proved to be greatly affected by the process of particle aggregation intensified by means of diamond concentration strengthening. Appropriate aggregation and sedimentation resistance results were derived from UDD suspension in citrate copper plating electrolyte at a concentration of 1,0 g/l. In this case the combination of high disperse phase content and aggregation and sedimentation resistance produced copper composite coatings with enhanced operational properties.

седиментацияагрегацияцитратный электролит медненияультрадисперсные алмазы (УДА)композиционное электрохимическое покрытиераспределение по размерамsedimentationaggregationcitrate copper plating electrolyteultradispersed diamonds (UDD)composite electrochemical platingsize distributionReferencesБеленький М.А., Иванов А.Ф. Электроосаждение металлических покрытий: Справочник. М.: Металлургия, 1985.Belen’kii M.A., Ivanov A.F. Elektroosazhdenie metallicheskikh pokrytii [Electrodeposition of plating: Reference book]. Moscow: Metallurgiya, 1985.Вайнер Я.В. Технология электрохимических покрытий. Л.: Машиностроение, 1972.Vainer Ya.V. Tekhnologiya elektrokhimicheskikh pokrytii [The technology of electrochemical plating]. Leningrad: Mashinostroenie, 1972.Gibson N., Lloyd F.C., Perry G.R. Fire hazards in chemical plant from friction sparks involving the thermite reaction // J. Chem. E. Symp. Ser. 1968. No. 25. P. 26—35.Gibson N., Lloyd F.C., Perry G.R. Fire hazards in chemical plant from friction sparks involving the thermite reaction. J. Chem. E. Symp. Ser. 1968. No. 25. P. 26—35.Бакиновский А.А. Снижение фрикционного искрообразования стальных изделий с помощью процессов химико-термической обработки // Литье и металлургия. 2013. No. 4 (73). C. 118—120.Bakinovskii A.A. Snizhenie friktsionnogo iskroobrazovaniya stal’nykh izdelii s pomoshch’yu protsessov khimiko-termicheskoi obrabotki [Decrease in frictional sparking of steel products by means of processes of chemical heat treatment]. Lit’e i metallurgiya. 2013. No. 4 (73). P. 118—120.Буркат Г.К., Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы в гальванотехнике // Физика тв. тела. 2004. Т. 46. No. 4. C. 685—692.Burkat G.K., Dolmatov V.Yu. Ul’tradispersnye almazy v gal’vanotekhnike [Ultradispersible diamonds in galvanotechnics]. Fizika tverdogo tela. 2004. Vol. 46. No. 4. P. 685—692.Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза // Успехи химии. 2001. Т. 70. No. 7. С. 687—708.Dolmatov V.Ju. Ul’tradispersnye almazy detonatsionnogo sinteza [Ultradispersible diamonds of detonation synthesis]. Uspekhi khimii. 2001. Vol. 70. No. 7. P. 687—708.Shenderova O.A., Gruen D.M. Ultrananocrystalline diamond: Synthesis, properties and applications. N.Y.: Norwich, 2012.Shenderova O.A., Gruen D.M. Ultrananocrystalline diamond: Synthesis, properties and applications. N.Y.: Norwich, 2012.Shenderova O.A., Zhirnov V.V., Brenner D.W. Carbon nanostructures // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2002. Vol. 27. No. 3—4. P. 227—356.Shenderova O.A., Zhirnov V.V., Brenner D.W. Carbon nanostructures. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2002. Vol. 27. No. 3—4. P. 227—356.Dolmatov V.Yu., Kulakova I.I., Myllymaki V., Vehanen A., Panova A.N., Voznyakovskii A.A. Ir spectra of detonation nanodiamonds modified during the synthesis // J. Superhard Mater. 2014. Vol. 36. No. 5. P. 344—357.Dolmatov V.Yu., Kulakova I.I., Myllymaki V., Vehanen A., Panova A.N., Voznyakovskii A.A. Ir spectra of detonation nanodiamonds modified during the synthesis. J. Superhard Mater. 2014. Vol. 36. No. 5. P. 344—357.Dolmatov V.Yu., Fujimura T. Physical and chemical problems of modification of detonation nanodiamond surface properties // Proc. of the NATO ARW «Synthesis, properties and applications of ultrananocrystalline diamond». Dordrecht: Springer, 2005. P. 217—230.Dolmatov V.Yu., Fujimura T. Physical and chemical problems of modification of detonation nanodiamond surface properties. In: Proc. of the NATO ARW «Synthesis, properties and applications of ultrananocrystalline diamond». Dordrecht: Springer, 2005. P. 217—230.Schrand A.M., Hens S.A.C., Shenderova O.A. Nanodiamond particles: Properties and perspectives for bioapplications // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2009. Vol. 34. Iss. 1—2. P. 18—74.Schrand A.M., Hens S.A.C., Shenderova O.A. Nanodiamond particles: Properties and perspectives for bioapplications. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2009. Vol. 34. Iss. 1—2. P. 18—74.Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы: Получение, свойства, применение. СПб.: НПО «Профессионал», 2011.Dolmatov V.Ju. Detonatsionnye nanoalmazy: Poluchenie, svoistva, primenenie [Detonation nanodiamondsi Synthesis, properties, application]. Saint Petersburg: Professional, 2011.Vul A.Ya., Dedeikin A.T., Aleksenskii A.E., Baidakova M.V. Detonation nanodiamonds: synthesis, properties and applications // Nanodiamonds / Ed. O. Williams. Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 2014. P. 27—48.Vul A.Ya., Dedeikin A.T., Aleksenskii A.E., Baidakova M.V. Detonation nanodiamonds: synthesis, properties and applications. In: Nanodiamonds. Ed. O. Williams. Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 2014. P. 27—48.Першин С.В., Цаплин Д.Н. Динамические исследования детонационного синтеза плотных фаз вещества // V Всесоюз. совещ. по детонации: Сб. докл. (г. Красноярск, 05—12 авг. 1991 г.). Черноголовка: ИМТЕХ, 1991. Т. 2. С. 237—243.Pershin S.V., Caplin D.N. Dinamicheskie issledovaniya detonatsionnogo sinteza plotnykh faz veshchestva. In: V Vsesoyuznoe soveshchanie po detonatsii: Sbornik dokladov (Krasnoyarsk, 05—12 avgusta 1991) [Dynamic researches of detonation synthesis of the dense phases of substance. In: V All-Union meeting on a detonation: Collection of reports]. Chernogolovka: IMTEKH, 1991. Vol. 2. P. 237—243.Dahl J.E., Liu S.G., Carlson R.M.K. Isolation and structure of higher diamondoids, nanometer-sized diamond molecules // Science. 2003. Vol. 299. P. 96—99.Dahl J.E., Liu S.G., Carlson R.M.K. Isolation and structure of higher diamondoids, nanometer-sized diamond molecules. Science. 2003. Vol. 299. P. 96—99.Михаленко И.И. Лабораторный практикум по коллоидной химии. М.: Росс. ун-т дружбы народов, 2013.Mikhalenko I.I. Laboratornyi praktikum po kolloidnoi khimii [Laboratory workshop on the colloid chemistry]. Moscow: Rossiiskii universitet druzhby narodov, 2013.Марков В.Ф., Маскаева Л.Н. Основы коллоидной химии. Екатеринбург: УрФУ, 2011.Markov V.F., Maskaeva L.N. Osnovy kolloidnoi khimii [Fundamentals of the colloid chemistry]. Ekaterinburg: UrFU, 2011.Ильницкая Г.Д., Олейник Н.А., Зайцева И.Н., Тимошенко В.В. Исследование кинетики седиментации суспензии алмазных нанопорошков // Наукові нотатки: Межвуз. сб. ст. Луцк: ЛНТУ, 2013. No. 41. Ч. 1. С. 106—112.Il’nitskaya G.D., Oleinik N.A., Zaitseva I.N., Timoshenko V.V. Issledovanie kinetiki sedimentatsii suspenzii almaznykh nanoporoshkov. In: Naukovі notatki: Mezhvuzovskii sbornik statei [Research of a kinetics of a sedimentation of suspension of diamond nanopowders. In: Scientific notes: Interuniversity collection of articles]. Lutsk: LNTU, 2013. No. 41. Pt. 1. P. 106—112.Гончарук Е.В., Зарко В.И., Богатырев В.М., Terpilowski К., Chibowski Е. Агрегативная и седиментационная стабильность водных суспензий наноалмазов в присутствии пирогенного кремнезема // Физика, химия и технол. пов-ти. 2014. Т. 5. No. 2. С. 210—219.Goncharuk E.V., Zarko V.I., Bogatyrev V.M., Terpilowski K., Chibowski E. Agregativnaya i sedimentatsionnaya stabil’nost’ vodnykh suspenzii nanoalmazov v prisutstvii pirogennogo kremnezema [Aggregate and sedimentation stability of aqueous slurries of nanodiamonds in the presence of pyrogenic silicon dioxide]. Fizika, khimiya i tekhnologiya poverkhnosti. 2014. Vol. 5. No. 2. P. 210—219.Бердникова Д.В., Королева М.Ю., Спицын Б.В. Седиментационный анализ дисперсий наноалмаза // Успехи в химии и хим. технологии. 2007. Т. 21. No. 8 (76). С. 53—56.Berdnikova D.V., Koroleva M.Ju., Spitsyn B.V. Sedimentatsionnyi analiz dispersii nanoalmaza [Sedimentation analysis of dispersions of nanodiamond]. Uspekhi v khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2007. Vol. 21. No. 8 (76). P. 53—56.Козенков О.Д., Юрьев В.А., Пташкина Т.В. Разработка водных суспензий углеродных наноматериалов для электролитов // Вестн. Воронеж. гос. технич. ун-та. 2011. Т. 7. No. 10. С. 21—24.Kozenkov O.D., Yur’ev V.A., Ptashkina T.V. Razrabotka vodnykh suspenzii uglerodnykh nanomaterialov dlya elektrolitov [Development of aqueous slurries of carbon nanomaterials for electrolytes]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2011. Vol. 7. No. 10. P. 21—24.Яскельчик В.В., Жарский И.М., Буркат Г.К., Черник А.А., Михедова Е.В. Получение и свойства медных покрытий из цитратного электролита в присутствии ультрадисперсных алмазов // Изв. Санкт-Петерб. гос. технол. ин-та. 2015. No. 28 (54). С. 25—28.Yaskel’chik V.V., Zharskiy I.M., Burkat G.K., Chernik A.A., Mikhedova E.V. Poluchenie i svoistva mednykh pokrytii iz tsitratnogo elektrolita v prisutstvii ul’tradispersnykh almazov [Receiving and properties of copper coverings from citrate electrolyte in the presence of ultradispersible diamonds]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo instituta. 2015. No. 28 (54). P. 25—28.Михедова Е.В., Яскельчик В.В., Черник А.А., Жарский И.М. Сравнительная характеристика комплексных электролитов меднения // Техника и технология защиты окружающей среды: Матер. докл. междунар. науч.-техн. конф. (г. Минск, 09—11 окт. 2013 г.). Минск: БГТУ, 2013. С. 156—159.Mikhedova E.V., Yaskel’chik V.V., Zharskiy I.M., Chernik A.A. Sravnitel’naya kharakteristika kompleksnykh elektrolitov medneniya. In: Tekhnika i tekhnologiya zashchity okruzhayushchei sredy: Materialy dokladov mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii [Comparative characteristic of complex electrolytes of a copper plating. In: Technique and technology of environment protection: Materials of reports of the international scientific and technical conference]. Minsk: BGTU, 2013. P. 156—159.Михедова Е.В., Яскельчик В.В., Жарский И.М., Черник А.А. Электролит для нанесения медных покрытий на сталь и чугун: Пат. A20140740 (РБ). 2014.Mikhedova E.V., Yaskel’chik V.V., Zharskiy I.M., Chernik A.A. Elektrolit dlya naneseniya mednykh pokrytii na stal’ i chugun [Electrolyte for drawing copper coverings on steel and cast iron]: Pat. A20140740 (RB). 2014.Витязь П.А. Состояние и перспективы использования наноалмазов детонационного синтеза в Белоруссии // Физика тв. тела. 2004. Т. 46. No. 4. С. 591—595.Vityaz’ P.A. Sostoyanie i perspektivy ispol’zovaniya nanoalmazov detonatsionnogo sinteza v Belorussii [The condition and the prospects of use of nanodiamonds of detonation synthesis in Belarus]. Fizika tverdogo tela. 2004. Vol. 46. No. 4. P. 591—595.Клындюк А.И. Поверхностные явления и дисперсные системы. Минск: БГТУ, 2011.Klyndyuk A.I. Poverkhnostnye yavleniya i dispersnye sistemy [The surface phenomena and disperse systems]. Minsk: BGTU, 2011.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.