astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2023-3-96-103ast-125Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGО механизмах образования наноструктурных электролитических покрытий Fe-Ni, Co-Mn, Ni-Cr с функциональными свойствамиMechanisms of formation of nanostructured electrolytic coatings Fe-Ni, Co-Mn, Ni-Cr with functional propertiesЖихареваИ. Г.ZhikharevaI. G.

Жихарева Ирина Георгиевна, д-р хим. наук, профессор кафедры общей и физической химии

Тюмень

Irina G. Zhikhareva, Doctor in Chemistry, Professor at the Department of General and Physical Chemistry

Tyumen

zhiharevaig@tyuiu.ruШмидтВ. В.SchmidtV. V.

Шмидт Вадим Владимирович, канд. хим. наук, доцент кафедры общей и физической химии; преподаватель кафедры войскового строительства

Тюмень

Vadim V. Schmidt, Candidate in Chemistry, Associate Professor at the Department of General and Physical Chemistry; Lecturer at the Department of Military Construction

Tyumen

shmidt_vadim@mail.ruДенисенкоД. В.DenisenkoD. V.

Денисенко Денис Владимирович, ассистент-стажер кафедры общей и физической химии; ведущий инженер

Тюмень

Denis V. Denisenko, Intern-Assistant at the Department of General and Physical Chemistry; Leading Engineer

Tyumen

ardiasardias@gmail.comЩипановВ. П.ShchipanovV. P.

Щипанов Владимир Павлович, д-р хим. наук, профессор кафедры общей и физической химии

Тюмень

Vladimir P. Shchipanov, Doctor in Chemistry, Professor at the Department of General and Physical Chemistry

Tyumen

schipanovvp@tyuiu.ruФедоровА. Д.FedorovA. D.

Федоров Александр Дмитриевич, обучающийся кафедры переработки нефти и газа

Тюмень

Alexander D. Fedorov, Student at the Department of Oil and Gas Processing

Tyumen

НеустроевА. И.NeustroevA. I.

Неустроев Антон Иванович, обучающийся кафедры переработки нефти и газа

Тюмень

Anton I. Neustroev, Student at the Department of Oil and Gas Processing

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationТюменский индустриальный университет; Тюменское высшее военно-инженерное командное училище имени маршала инженерных войск А. И. ПрошляковаРоссияIndustrial University of Tyumen; Tyumen Higher Military Engineer Command School named after A. I. ProshlyakovRussian FederationТюменский индустриальный университет; ПАО «Тюменский проектный и научно-исследовательский институт нефтяной и газовой промышленности имени В. И. Муравленко»РоссияIndustrial University of Tyumen; PJSC "Tyumen Design and Research Institute of Oil and Gas Industry named after V. I. Muravlenko"Russian Federation2023280920230396103Copyright © Жихарева И.Г., Шмидт В.В., Денисенко Д.В., Щипанов В.П., Федоров А.Д., Неустроев А.И., 20232023Жихарева И.Г., Шмидт В.В., Денисенко Д.В., Щипанов В.П., Федоров А.Д., Неустроев А.И.Zhikhareva I.G., Schmidt V.V., Denisenko D.V., Shchipanov V.P., Fedorov A.D., Neustroev A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/125

Развитие современной индустрии невозможно без разработки новых материалов и технологий. В машиностроении одними из самых востребованных являются наноструктурные, в частности, электролитические покрытия. Целью данной работы является изучить различные механизмы получения гальванических сплавов Fe-Ni, Co-Mn, Ni-Cr и их взаимосвязь с заданными универсальными физико-механическими свойствами. Сплав Fe-Ni характеризуется высокой микротвердостью и коррозионной стойкостью в морской воде, низкой хладноломкостью; Co- Mn – заданным фазовым составом (α-Co >> α-Mn, аморфно-метастабильная фаза Co(OH)2); Ni-Cr – высокой микротвердостью покрытия, заданным фазовым составом. Основные методы получения: высокочастотный переменный ток – для сплавов Fe-Ni и Co-Mn; введение специальной добавки (карбамида или Н-кислоты) для сплава Ni-Cr. Основные механизмы получения сплавов: Fe-Ni за счет фазового перехода α-Fe →ε-Fe; Co-Mn с помощью высокочастотного переменного тока и добавки карбамида, обеспечивающей заданный фазовый состав; Ni-Cr с помощью стационарного метода добавки Н-кислоты (высокохромистого сплава 68 масс. % Cr) и карбамида (низкохромистого сплава 25 масс. % Cr). Рекомендованные области применения для гальванопокрытий: Fe-Ni – для защиты нефтегазодобывающего оборудования, работающего в условиях Арктики; Co-Mn – в модуляционных системах и в качестве нанокатализатора в реакции синтеза Фишера – Тропша; Ni-Cr – для коррозионностойких защитных покрытий в нефтехимии и для резистивных элементов.

The evolution of modern industry is impossible without the development of new materials and technologies. Nanostructured coatings, in particular electrolytic coatings, are among the most demanded in mechanical engineering. The purpose of this work was to study the different mechanisms of obtaining Fe-Ni, Co- Mn, Ni-Cr galvanic alloys and their relationship with the specified universal physical and mechanical properties. Fe-Ni alloy is characterized by high microhardness and corrosion resistance in sea water, low cold brittleness; Co-Mn – by a specified phase composition (α-Co >> α-Mn, amorphous and metastable phase Co(OH)2); Ni-Cr – by high coating microhardness, specified phase composition. The main methods of production: high-frequency alternating current for Fe-Ni and Co-Mn alloys; introduction of a special additive (carbamide or H-acid) for Ni-Cr alloy. The main mechanisms are: Fe-Ni due to phase transition α-Fe → ε-Fe; Co-Mn by means of high-frequency alternating current and carbamide addition, providing a specified phase composition; Ni-Cr by means of stationary method of addition of H-acid (high-chromium alloy of 68 mass percent of Cr) and carbamide (low-chromium alloy of 25 mass percent of Cr). Recommended uses for electroplating: Fe-Ni – for protection of oil and gas production equipment in the Arctic; Co- Mn – in modulation systems and as a nanocatalyst in the Fischer-Tropsch synthesis reaction; Ni-Cr – for corrosion-resistant protective coatings in petrochemistry and for resistive elements.

новые покрытияновые фазы материаловгальванические покрытияфазовые переходынаноструктурамеханизмы фазового переходасплавыnew coatingsnew phases of materialselectroplating coatingsphase transitionsnanostructurephase transition mechanismsalloysReferencesSergeev, G. B. Nanochemistry of metals / G. B. Sergeev. – DOI 10.1070/RC2001v070n10ABEH000671. – Текст : непосредственный // Russian Chemical Reviews. – 2001. – Vol. 70, No 10. – P. 809–825.Sergeev, G. B. (2001). Nanochemistry of metals. Russian Chemical Reviews, 70 (10), pp. 809-825. (In English). DOI 10.1070/RC2001v070n10ABEH000671.Gusev, A. I. Nanocrystalline materials / A. I. Gusev, A. A. Rempel. – Chippenham : Cambridge International Science Publishing, 2004. – 351 p. – Текст : непосредственный.Gusev, A. I., & Rempel, A. A. (2004). Nanocrystalline materials. Chippenham, Publ. Cambridge International Science Publishing, 351 p. (In English).Crystalline and amorphous electroless Co-W-P coatings / S. Armyanov, E. Valova, A. Franquet [et al.]. – DOI 10.1149/1.1990124 // Journal of the Electrochemical Society. – 2005. – Vol. 152, № 9. – P. 612–619.Armyanov, S., Valova, E., Franquet, A., Dille, J., Delplancke, J.-L., Hubin, A., … Vassilev, Ts. (2005). Crystalline and amorphous electroless Co-W-P coatings. Journal of the Electrochemical Society, 152(9), pp. 612-619. (In English). DOI 10.1149/1.1990124.Electroless deposition of Ni–Sn–P and Ni–Sn–Cu–P coatings / J. Georgieva, S. Kawashima, S. Armyanov [et al.]. – DOI 10.1149/1.2050467. – Текст : непосредственный // Journal of The Electrochemical Society. – 2005. – Vol. 152, No 11. – P. 783.Georgieva, J., Kawashima, S., Armyanov, S., Valova, E., Hubin, A., Koyama, Y., … Tsacheva, Ts. (2005). Electroless deposition of Ni–Sn–P and Ni–Sn–Cu–P coatings. Journal of The Electrochemical Society, 152(11), pp. 783. (In English). DOI 10.1149/1.2050467.Воздвиженский, В. М. Классификация легирующих элементов и расчет количества γ‘-фазы в жаропрочных никелевых сплавах / В. М. Воздвиженский, А. А. Шатульский, М. А. Шаповалова. – Текст : непосредственный // Заготовительные производства в машиностроении. – 2007. – № 8. – С. 44–49.Vozdvizhensky, V. M., Shatulsky, A. A., & Shapovalova, M. A. (2007). Classification of alloying elements and γ‘-phase quantity calculation in heat-resistant nickel alloys. Blanking production in mechanical engineering, (8), pp. 44-49. (In Russian).Korotaev, A. D. Structural-phase state, elastic stress, and functional properties of nanocomposite coatings based on amorphous carbon / A. D. Korotaev, I. Y. Litovchenko, S. V. Ovchinnikov. – DOI 10.1134/S1029959919060055. – Текст : непосредственный // Physical Mesomechanics. – 2019. – Vol. 22, No 6. – P. 488–495.Korotaev, A. D., Litovchenko, I. Y., & Ovchinnikov, S. V. (2019). Structural-phase state, elastic stress, and functional properties of nanocomposite coatings based on amorphous carbon. Physical Mesomechanics, 22(6), pp. 488-495. (In English). DOI 10.1134/S1029959919060055.Inhibition and nickel electrocrystallization / J. Amblard, I. Epelboin, M. Froment, G. Maurin. – DOI 10.1007/BF00616093. – Текст : непосредственный // Journal of Applied Electrochemistry. – 1979. – No 9. – С. 233–242.Amblard, J., Epelboin, I., Froment, M., & Maurin, G. (1979). Inhibition and nickel electrocrystallization. Journal of Applied Electrochemistry, (9), pp. 233-242. (In English). DOI 10.1007/BF00616093.Breakthroughs in optimization of mechanical properties of nanostructured metals and alloys / C. C. Koch, K. M. Youssef, R. O. Scattergood, K. L. Murty. – DOI 10.1002/adem.200500094. – Текст : непо- средственный // Advanced Engineering Materials. – 2005. – Vol. 7, No 9. – P. 787–794.Koch, C. C., Youssef, K. M., Scattergood, R. O., & Murty, K. L. (2005). Breakthroughs in optimization of mechanical properties of nanostructured metals and alloys. Advanced Engineering Materials, 7(9), pp. 787-794. (In English). DOI 10.1002/adem.200500094.Zhikhareva, I. G. The role of nanostructure forming mechanism in the production of universal functional coatings with Fe-Ni, Co-Mn, Ni-Cr alloys / I. G. Zhikhareva, V. V. Schmidt, D. V. Denisenko. – DOI 10.1088/1757-899X/971/3/032002. – Текст : непосредственный // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, September, 07–11. – Sevastopol, 2020. – P. 032002.Zhikhareva, I. G., Schmidt, V. V., & Denisenko, D. V. (2020). The role of nanostructure forming mechanism in the production of universal functional coatings with Fe-Ni, Co-Mn, Ni-Cr alloys. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, September, 07–11. Sevastopol, Publ. IOP Publishing Ltd, pp. 032002. (In English). DOI 10.1088/1757-899X/971/3/032002.Schmidt, V. V. Hardening of coatings with Ni-Co-Cr alloy dye to nanostructure / V. V. Schmidt, D. V. Denisenko, I. G. Zhikhareva. – DOI 10.1088/1742-6596/1431/1/012018 // Journal of Physics: Conference Series: VIII International Conference "Deformation and Fracture of Materials and Nanomaterials", November, 19–22. – Vol. 1431. – Moscow : Institute of Physics Publishing, 2020. – P. 012018.Schmidt, V. V., Denisenko, D. V., & Zhikhareva, I. G. (2020). Hardening of coatings with Ni-Co-Cr alloy dye to nanostructure. Journal of Physics: Conference Series : VIII International Conference "Deformation and Fracture of Materials and Nanomaterials", November, 19-22. Moscow, Publ. Institute of Physics Publishing, 1431, pp. 012018. (In English). DOI 10.1088/1742-6596/1431/1/012018.Zhikhareva, I. G. Development of corrosion-protective coatings with a Fe-Ni nanostructured alloy, designed to work in the Arctic / I. G. Zhikhareva, D. V. Denisenko, V. V. Schmidt. – DOI 10.1063/1.5135163. – Текст : непосредственный // AIP Conference Proceedings: Proceedings of the 13th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures, December, 09–13. – Vol. 2176. – Ekaterinburg : American Institute of Physics, 2019. – P. 040014.Zhikhareva, I. G., Denisenko, D. V., & Schmidt V. V. (2019). Development of corrosion-protective coatings with a Fe-Ni nanostructured alloy, designed to work in the Arctic. AIP Conference Proceedings : Proceedings of the 13th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures, December, 09–13, 2176. Ekaterinburg, Publ. American Institute of Physics, pp. 040014. (In English). DOI 10.1063/1.5135163.

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