Electrodeposition and properties of nanocrystalline Ni-based alloys with refractory metal from citrate baths

The main aim of the present work was to determine the optimal conditions for electrodeposition of metallic Ni-Mo coatings of enhanced micromechanical properties. These alloys were electrodeposited on the ferritic steel substrate, under galvanostatic regime in a system with a rotating disk electrode (RDE), from an aqueous citrate complex solution containing nickel and molybdenum salts. The effect of the electrolyte solution pH (adjusted by sulphuric acid or ammonia) on the molybdenum content and on deposit quality as well as on the current efficiency of the electrodeposition process, has been studied. It was established that increase of bath pH is correlated with gradual increase of molybdenum content in deposits up to pH 7, where the maximum concentration of Mo(VI) electroactive citrate complex ions [MoO4(Cit)H]4- (Cit= C6H5O7-3 ) in plating bath was observed. In the selected bath of the optimum pH value, the effect of cathodic current density, as a crucial operating parameter which strongly controls the chemical composition and microstructure parameters (e.g. phase compositions, crystallite size), on the mechanical and tribological properties of the resulting coatings has been determined. It has been shown that - under all investigated current density range - crack-free, well adherent Ni-Mo coatings, characterized by microhardness of 6.5-7.8. GPa, were obtained. Alloys deposited at higher tested current densities (above 3.5 A/dm2) were characterized by compact and uniform microstructure, and thus had the highest wear and friction resistance.

Głównym celem pracy było ustalenia optymalnych warunków procesu elektroosadzania metalicznych powłok Ni-Mo o podwyższonych właściwościach mikromechanicznych. Charakteryzowane stopy zostały osadzone na podłożu ze stali ferrytycznej, w warunkach galwanostatycznych, w modelowym układzie z wirujaca elektroda dyskowa (WED), z wodnych kompleksowych roztworów cytrynianowych zawierających sole niklu i molibdenu. Określono wpływ pH elektrolitu (regulowanego przez dodatek kwasu siarkowego lub amoniaku) na zawartość molibdenu w stopie, jakość osadów, jak również wydajnosc pradowa procesu elektroosadzania. Stwierdzono, że wzrost pH jest związany ze stopniowym zwiększaniem zawartości molibdenu w powłokach. Maksymalna zawartość molibdenu uzyskano w stopach wydzielonych z kąpieli galwanicznej o pH 7, gdzie jednocześnie zaobserwowano najwyższe stężenie cytrynianowych, elektroaktywnych kompleksów molibdenu typu [MoO4(Cit)H]4?-(Cit=C6H5O3-7 ). Dla wybranej kąpieli galwanicznej o optymalnym pH badano wpływ gęstości prądu katodowego (kluczowego parametru operacyjnego, kontrolującego między innymi skład chemiczny oraz mikrostrukturę, w tym skład fazowy i rozmiar krystalitów) na właściwości mechaniczne i tribologiczne wytworzonych powłok. Wykazano, że w całym analizowanym zakresie gęstości prądu, otrzymano powłoki Ni-Mo bez siatki mikropęknięć, o dobrej adhezji do stalowego podłoża, charakteryzujące się podwyższoną twardością w zakresie 6.5 do 7.8 GPa. Ponadto, powłoki osadzane przy wyższych gęstościach prądu (powyżej 3.5 A/dm2) odznaczają się zwartą i jednorodną mikrostrukturą, a tym samym najwyższą odpornością na zużycie przez tarcie.