Анотація до роботи:

Байрачна Т.М. Функціональні електролітичні покриття сплавами кобальту та нікелю з вольфрамом. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 - технічна електрохімія. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2009 р.

Дисертацію присвячено удосконаленню технології електрохімічного нанесення функціональних покриттів сплавами кобальту та нікелю з вольфрамом.

На підставі вивчення кінетичних закономірностей встановлено, що вольфрам відновлюється у сплав з кобальтом або нікелем до металічного стану з проміжних сполук за рахунок наступної хімічної реакції з участю адсорбованого гідрогену. Обґрунтовано кількісний склад електроліту та режими осадження для отримання осадів Co–W та Ni–W із заданим вмістом компонентів, морфологією, структурою та властивостями. Визначено режим поляризації, який забезпечує розчинення кобальту та вольфраму зі 100 % виходом за струмом анодної реакції. Встановлено вплив параметрів стаціонарного та імпульсного електролізу на процес осадження сплавів. Використання апарату штучних нейронних мереж дозволило виявити зв’язок корозійної стійкості сплавів з їх складом. Опір корозії покриттів Co–W та Ni–W для кислого середовища перевищує його значення для лужного та нейтрального. Мікротвердість сплавів вища за мікротвердість індивідуальних компонентів системи. Коерцитивна сила осадів Co–W перевищує її у Ni–W. Розроблено технологічну схему електроосадження покриттів залежно від їх практичного призначення.

У дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу удосконалення технології електрохімічного нанесення функціональних покриттів сплавами кобальту або нікелю з вольфрамом для отримання осадів з високими корозійною стійкістю, каталітичною активністю, мікротвердістю та коерцитивною силою.

1. Встановлено кінетичні закономірності процесів сумісного осадження кобальту або нікелю з вольфрамом у сплав, які свідчать, що тугоплавкий компонент відновлюється до металічного стану з проміжних сполук за рахунок наступної хімічної реакції за участі адсорбованого гідрогену, рекомбінація якого на металах підгрупи Феруму за високих густин струму гальмується. Запропоновано використання уніполярного імпульсного електролізу для сприяння перебігу хімічної стадії під час паузи струму.

2. Обґрунтовано кількісні склади цитратних електролітів нанесення сплавів Co–W та Ni–W. Керувати складом покриттів можна шляхом варіювання співвідношень концентрацій сплавотвірних компонентів у межах 0,2-5, ліганда та комплексоутворювачів в діапазоні 0,5-2, а також значення рН розчину 5,0-7,5, що у сукупності забезпечує формування міцного комплексу з депротонованим лігандом.

3. Доведено можливість проведення електролізу з розчинним складеним анодом кобальт–вольфрам при співвідношенні площ їх поверхонь у межах від 1:1 до 1:5 відповідно і діапазоні анодних густин струму 2-10 А/дм², що відповідає активному розчиненню металів.

4. Керування складом сплавів Co–W та Ni–W можна здійснювати шляхом варіювання параметрів імпульсного електролізу - амплітуди густини струму (10-30 А/дм²), частоти (5-1000 Гц), шпаруватості (3-30) та, власне, тривалості імпульсу/паузи (1-5/10-50 мс). Запропоновано удосконалену технологічну схему процесу осадження сплавів в умовах нестаціонарного електролізу, що забезпечує нанесення покриттів з вмістом вольфраму 5-55 мас. %. Дослідженням морфології осадів визначено, що при використані імпульсного струму осаджуються дрібнокристалічні покриття без тріщин, а підвищення рН електроліту сприяє гомогенізації структури поверхні сплавів.

5. Синергетичне підвищення каталітичної активності та мікротвердості синтезованих покриттів порівняно з індивідуальними металами дозволяє використовувати сплави Co–W та Ni–W з вмістом вольфраму 25-35 мас. % як альтернативу платинідам для знешкодження неспалених вуглеводнів у відпрацьованих технологічних газах, для зниження енерговитрат при виробництві водню водно-лужним електролізом, а також як заміну твердим покриттям хромом. Як корозійностійкі рекомендовано використовувати покриття з 20-40 мас. % вольфраму, для підвищеної мікротвердості - з масовою часткою тугоплавкого компоненту понад 40 %. Коерцитивна сила сплавів Co–W вища, ніж Ni–W, що зумовлює можливість застосування перших у засобах збереження інформації. Коректність результатів прогнозування корозійної стійкості сплавів в залежності від їх складу за методом штучних нейронних мереж підтверджено експериментальними даними.

6. Позитивні результати промислового освоєння каталітично-активних (ТОВ “Екотехніка”, м. Харків) та корозійностійких покриттів сплавами Co-W і Ni-W з високою мікротвердістю (НВП “Насостехкомплект”, м. Суми та Сумське районне нафтопровідне управління ВАТ “Укртранснафта”) довели високу технічну та економічну доцільність запропонованої технології. Результати дисертаційної роботи використано у навчальному процесі кафедри технічної електрохімії НТУ “ХПІ”.

Публікації автора:

1. Байрачна Т. М. Особливості кінетики електроосадження сплавів вольфраму з d^6-8 елементами / М. В. Ведь, В. В. Штефан, М. Д. Сахненко, Т. М. Байрачна // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків : НТУ “ХПІ”, 2006. – № 25. – С. 68-74.

Здобувачем досліджено кінетику катодних реакцій при електроосадженні сплавів Co–W та Ni–W з цитратних розчинів.

2. Байрачная Т. Н. Анодное поведение вольфрама в цитратном электролите / Т. Н. Байрачная, М. В. Ведь, Н. Д. Сахненко // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків : НТУ “ХПІ”, 2007. – № 9. – С. 100-103.

Здобувачем досліджено вплив компонентів цитратного електроліту на електрохімічну поведінку вольфрамового електроду в умовах анодної поляризації.

3. Байрачна Т. М. Вплив концентрацій основних компонентів електроліту на склад сплаву Co-W / Т. М. Байрачна, М. В. Ведь, М. Д. Сахненко, Л. П. Фоміна, Ю. Є. Тененьова // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків : НТУ “ХПІ”, 2007. – № 32. – С. 20-23.

Здобувачем досліджено вплив сплавотвірних компонентів цитратного електроліту на склад та вихід за струмом покриття Co-W.

4. Bairachnaya T. Electrolytic synthesis of catalytic active alloys / T. Nenastina, T. Bairachnaya, M. Ved, V. Shtefan, N. Sakhnenko // Functional materials. – Kharkiv : Institute for Single Crystals, 2007. – V. 14, № 3. - P. 395-400.

Здобувачем визначено залежність каталітичної активності сплавів Co-W та Ni-W у модельній реакції електролітичного виділення водню від їх складу.

5. Bairachnaya T. New approach to catalytic Co-W alloy electrodeposition / M. Ved, V. Shtefan, T. Bairachnaya, N. Sakhnenko // Functional materials. – Kharkiv : Institute for Single Crystals, 2007. – V. 14, № 4. - P. 580-584.

Здобувачем експериментально визначено вплив параметрів імпульсного електролізу на процес осадження покриття сплавом Co–W.

6. Байрачна Т. М. Функціональні покриття сплавами d^4-8 металів / М. В. Ведь, М. Д. Сахненко, В. В. Штефан, Т.О. Ненастіна, Т. М. Байрачна, С. Г. Желавський // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків : НТУ “ХПІ”, 2008. – № 15. – С. 25-31.

Здобувачем обґрунтовано режими синтезу функціональних покриттів сплавами Co-W та Ni–W.

7. Байрачна Т. Корозійні та каталітичні властивості гальванічних бінарних сплавів d^6-8 металів / М. Ведь, М. Сахненко, Т. Ненастіна, Т. Байрачна, С. Корній // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – Львів : Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України. – 2008. - № 7. – С. 346-350.

Здобувачем досліджено корозійну стійкість покриттів сплавами Co–W та Ni–W варійованого складу у середовищах різної кислотності.

8. Байрачная Т. Н. Влияние параметров электролиза на состав и выход по току покрытий сплавами Co-W, Ni-W / Т. Н. Байрачная, М. В. Ведь, Н. Д. Сахненко, Т. А. Ильяшенко // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків : НТУ “ХПІ”, 2008. – № 33. – С. 12-15.

Здобувачем встановлено залежність між тривалістю імпульсу та паузи і складом та виходом за струмом покриттів Co–W та Ni–W.

9. Байрачная Т. Н. Каталитические электролитические покрытия сплавами d^4-8 металлов / М. В. Ведь, Т. Н. Байрачная, Т. А. Ненастина, Н. Д. Сахненко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – К. : Институт газа НАН Украины, 2008. – № 4. – С. 37-43.

Здобувачем синтезовано матеріал для дослідження каталітичної активності покриттів сплавами Co–W та Ni–W варійованого складу.

10. Байрачна Т. М. Каталітична активність електролітичного сплаву Co-W в гетерогенних окисно-відновних реакціях / М. В. Ведь, Т. М. Байрачна, М. Д. Сахненко, О. В. Симоненко // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск : УГХТУ, 2008. – № 4. – С. 186-190.

Здобувачем проаналізовано результати дослідження каталітичної активності покриттів сплавом Co–W у реакції безполум’яного окиснення бензолу.

11. Bairachnaya T. Structure and properties of electrolytic cobalt–tungsten alloy coatings / M. Ved, N. Sakhnenko, T. Bairachnaya, N. Tkachenko // Functional materials. – Kharkiv : Institute for Single Crystals, 2008. – V. 15, № 4. – P. 613-616.

Здобувачем синтезовано покриття для дослідження структури покриттів сплавом Co-W.

12. Байрачна Т. М. Корозійні та електрохімічні властивості бінарних сплавів кобальту і нікелю / М. В. Ведь, Т. О. Ненастіна, В. В. Штефан, Т. М. Байрачна, М. Д. Сахненко // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – Львів : Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України. – 2008. - № 6. – С. 89-92.

Здобувачем визначено вплив рН електроліту на склад сплавів Co–W та Ni-W, встановлено залежність між складом покриттів та їх швидкістю корозії у кислому середовищі.

13. Байрачная Т. Н. Электроосаждение функциональных покрытий сплавами кобальт–вольфрам и никель–вольфрам / Т. Н. Байрачная, М. В. Ведь, Н. Д. Сахненко // Сборник статей «Свиридовские чтения». – Минск : БГУ. – 2008. – Вып. 4. – С. 222-228.

Здобувачем досліджено вплив якісного та кількісного складу електроліту на процес осадження сплавів Co–W та Ni–W.

14. Пат. 34717 Україна, МПК⁷ C 25 D 3/56. Електроліт для нанесення сплавів вольфраму з металами родини Феруму на пасивні метали та їх сплави / Байрачна Т. М., Ведь М. В., Сахненко М. Д.; заявник та власник патенту НТУ “ХПІ”. - № u200801183 ; заявл. 31.01.2008 ; опубл. 26.08.2008, Бюл. № 16.

Здобувачем обґрунтовано співвідношення компонентів у розчині електроліту для нанесення покриттів сплавами.

15. Пат. 34929 Україна, МПК⁷ C 25 D 3/56. Спосіб нанесення покриття сплавом кобальт–вольфрам / Байрачна Т. М., Ведь М. В., Сахненко М. Д.; заявник та власник патенту НТУ “ХПІ”. - № u200804308 ; заявл. 07.04.2008 ; опубл. 26.08.2008, Бюл. № 16.

Здобувачем обґрунтовано використання складеного аноду з кобальту та вольфраму та запропоновано режим анодної поляризації.

16. Пат. 38475 Україна, МПК⁷ B 01 J 23/74. Каталізатор окиснення вуглеводнів та СО на основі гальванічних сплавів вольфраму з кобальтом або нікелем / Байрачна Т. М., Ведь М. В., Сахненко М. Д.; заявник та власник патенту НТУ “ХПІ”. - № u200810206 ; заявл. 08.08.2008 ; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 1.

Здобувачем синтезовано каталітичний матеріал для експерименту.

17. Байрачная Т. Н. Кинетические закономерности осаждения сплавов палладий–никель, никель–вольфрам, кобальт–вольфрам / Т. А. Ненастина, Т. Н. Байрачная, Н. Д. Сахненко / Збірка тез доп. ІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції з хімії та хімічної технології студентів, аспірантів та молодих вчених, 26-28 квітня 2007 р., Київ / укл. Т. С. Жук. – К. : НТУУ “КПІ”, 2007. – С. 78.

Здобувачем встановлено кінетичні закономірності при електроосадженні сплавів Co–W та Ni–W з цитратних розчинів.

18. Bairachnaya T. Electrochemical synthesis of catalytic active alloys / T. Nenastina, T. Bairachnaya, M. Ved, N. Sakhnenko / Book of abstracts of Internat. conf. “Modern physical chemistry for advanced materials MPC’07”, June 26-30, 2007, Kharkiv. – Kharkiv : KhNU, 2007. – P. 285-287.

Здобувачем експериментально доведено гіпотезу про формування синергетичних сплавів Co–W та Ni–W.

19. Байрачна Т. М. Електрохімічні та корозійні властивості бінарних сплавів вольфраму / Т. М. Байрачна, В. В. Штефан, М. В. Ведь, М. Д. Сахненко / Проблеми корозійно-механічного руйнування, інженерія поверхні, діагностичні системи : матеріали XX Відкритої наук.-техн. конф. молодих науковців і спеціалістів “КМН – 2007”, 3-4 жовтня 2007 р., Львів / відп ред. З. Т. Назарчук. – Львів : ФМІ ім. Г. В. Карпенка, 2007. – С. 168-171.

Здобувачем досліджено корозійну стійкість покриттів Co–W та Ni-W.

20. Байрачная Т. Н. Электрохимический синтез каталитически активных систем / Т. Н. Байрачная, Т. А. Ненастина, Н. Д. Сахненко, М. В. Ведь, В. В. Штефан, Е. В. Богоявленская / Тез. докл. Всерос. конф. с междунар. уч. «Каталитические технологии защиты окружающей среды для промышленности и транспорта», 11-14 декабря 2007 г., Санкт-Петербург / под ред. А. С. Носкова, З. Р. Исмагилова. – Новосибирск : Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, 2007. – С. 151-153.

Здобувачем експериментально встановлено залежність між складом та каталітичною активністю сплавів Co–W та Ni–W у реакції електролітичного виділення водню.

21. Байрачна Т. М. Вплив концентрацій основних компонентів електроліту на склад сплаву кобальт-вольфрам / Ю. Є. Тененьова, Т. М. Байрачна / Тези VI науково-технічної конференції доуніверситетської молоді, 12-13 грудня 2007 р., Харків / відп. ред. П. А. Козуб. – Харків : НТУ “ХПІ”, 2007. – С. 33-34.

Здобувачем проаналізовано результати та сформульовано висновки.

22. Bairachnaya T. Electrolytic tungsten alloys with catalytic properties / T. Bairachnaya, M. Ved, N. Sakhnenko / Book of abstracts of 4-th Internat. Conf. on Chemistry and Chemical Education “Sviridov Readings 2008”, 8-10 April, 2008, Minsk / edit. T. N. Vorobyova, E. I. Vasilevskaya, E. A. Streltsov. – Minsk : Krasico-Print, 2008. – P. 34.

Здобувачем встановлено переваги імпульсного електролізу перед стаціонарним при осадженні покриттів сплавами Co–W та Ni–W.

23. Байрачна Т. М. Вплив компонентів електроліту на склад покриття сплавом Co – W / Т. М. Байрачна, М. В. Ведь, М. Д. Сахненко, Є. О. Богдан / Збірка тез доп. І Міжнародної (ІІІ Всеукраїнської) конференції студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології, 23-25 квітня 2008 р., Київ / укл. О. В. Гайдай. – К. : НТУУ “КПІ”, 2008. – С. 125.

Здобувачем встановлено вплив компонентів цитратного електроліту на склад та вихід за струмом покриттів сплавами Co–W та Ni–W.

24. Байрачная Т. Н. Некоторые закономерности электролитического осаждения покрытий сплавами Co–W и Ni–W / Т. Н. Байрачная, Е. А. Богдан, М. В. Ведь, Н. Д. Сахненко / Збірка тез доп. Дев’ятої Всеукр. конф. студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”, 14-16 травня 2008 р., Київ. – Київ : КНУ ім. Т. Г. Шевченка, 2008. – С. 5.

Здобувачем встановлено вплив температури розчину та наявності гідродинамічних умов на склад та вихід за струмом покриттів сплавами Co–W та Ni–W.

25. Байрачная Т. Н. Новый подход к электролитическому осаждению функциональных покрытий сплавами Co–W и Ni–W / Т. Н. Байрачная, М. В. Ведь, В. В. Штефан, М. Д. Сахненко / Материалы Всерос. науч. школы-конф. «Химия под знаком СИГМА: исследования, инновации, технологии», 19-23 мая 2008 г., Омск / отв. ред. А. А. Ведягин. – Омск : ИППУ СО РАН, 2008. – С. 42—44.

Здобувачем встановлено параметри електролізу, що найсуттєвіше впливають на склад покриттів сплавами Co–W та Ni–W.

26. Байрачная Т. Н. Полифункциональные электролитические покрытия сплавами кобальт–вольфрам и никель–вольфрам / Т. Н. Байрачная, М.В. Ведь, Н. Д. Сахненко / Композиционные материалы в промышленности : материалы двадцать восьмой междунар. конф., 26-30 мая 2008 г., Ялта / сост. З. Ю. Главацкая. – Киев : УИЦ «НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИЯ», 2008. – С. 517-520.

Здобувачем досліджено магнітні властивості покриттів сплавами Co–W та Ni–W.

27. Байрачная Т. Н. Электрохимическое поведение сплавов вольфрама с кобальтом и никелем в щелочной среде / Т. Н. Байрачная / Тези доп. VI Всеукраїнської конференції молодих вчених, студентів та аспірантів з актуальних питань хімії, 3-6 червня 2008 р., Харків. – Харків : НТК “Інститут монокристалів”, 2008. – С. 110.

28. Байрачная Т. Н. Кислотность электролита как фактор управления составом покрытий сплавами Co–W и Ni–W / Т. Н. Байрачная, М. В. Ведь, Н. Д. Сахненко / Матеріали XVI Міжнар. наук.-практ. конф. “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я”, 4-6 червня 2008 р., Харків / відп. вип. Г. В. Лісачук. – Харків : НТУ “ХПІ”, 2008. – С. 473.

Здобувачем проаналізовано склад частинок, що домінують у цитратних електролітах осадження сплавів при різних значеннях кислотності розчину.

29. Байрачная Т. Н. Каталитическая активность электролитического сплава в гетерогенных редокс-реакциях / Т. Н. Байрачная, М. В. Ведь, Н. Д. Сахненко / Тезисы докладов VI Рос. конф. с уч. стран СНГ «Научные основы приготовления и технологии катализаторов», 4-9 сентября 2008 г., Туапсе : в 2 т. - Т. 2 / под ред. Р. А. Буянова. - Новосибирск, Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, 2008. – С. 13-14.

Здобувачем експериментально встановлено склад сплавів Co–W та Ni–W, що забезпечує максимальний каталітичний ефект.

30. Bairachnaya T. New electrode materials for electrolytic hydrogen production / V. Savchenko, M. Ved, T. Bairachnaya, N. Sakhnenko / Abstracts of XVIII Internat. Conf. on Chemical Reactors CHEMREACTOR-18, September 29-October 3, 2008, Malta / под ред. А. С. Носкова. – Novosibirsk : Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, 2008. – C. 452-453.

Здобувачем експериментально встановлено напругу на електролізері при використанні електродів з покриттям славами Co–W та Ni–W.

31. Байрачна Т. М. Вплив морфології поверхні сплавів металів підгрупи Феруму на електрокаталітичні властивості / Т. М. Байрачна, М. В. Ведь, М. Д. Сахненко, В. О. Савченко / Сучасні проблеми технології неорганічних речовин : збірник матеріалів IV Української науково-технічної конференції з технології неорганічних речовин, 14-16 жовтня 2008 р., Дніпродзержинськ / наук. ред. М. Д. Волошин. - Дніпродзержинськ : ДДТУ, 2008. – 193-194.

Здобувачем проаналізовано залежність між морфологією покриттів славами Co–W та Ni–W та їх властивостями.

32. Байрачная Т. Н. Новые технические решения для ресурсо- и энергосбережения / И. А. Афонина, В. О. Савченко, А. М. Панчева, Т. Н. Байрачная / Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии : материалы Междунар. науч.-техн. конф., 19-20 ноября 2008 г., Минск : в 2 ч. - Ч. 1 / под ред. И. М. Жарского. – Минск : БГТУ, 2008. – С. 233-237.

Здобувачем показано екологічну безпечність електрохімічної технології покриттів славами Co–W та Ni–W.