Получение оптимальных параметров скоростного электрохимического осаждения никелевых покрытий из кремнефтористого электролита для деталей ПАСТ методом математического планирования эксперимента

Ольга Владимировна Рева; Татьяна Алексеевна Говор

doi:10.33408/2519-237X.2024.8-3.289

Авторы

Ольга Владимировна Рева Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0003-4006-8678
Татьяна Алексеевна Говор Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0009-0002-7927-8971

DOI:

https://doi.org/10.33408/2519-237X.2024.8-3.289

Ключевые слова:

защитные никелевые покрытия, скоростные кремнефтористые электролиты, гексафторсиликатные комплексы никеля, полный факторный эксперимент

Аннотация

Цель. Разработка математической модели многофакторного процесса гидрометаллургического синтеза защитных никелевых покрытий для деталей ПАСТ из высокоскоростных кремнефтористых электролитов для определения оптимальных технологических режимов работы при варьировании ряда факторов (концентрация кремнефторида никеля в растворе, плотность катодного тока, температура раствора).

Методы. В работе применены метод рандомизации, стандартные методики определения электрохимических характеристик (толщина осажденных никелевых покрытий, выход по току катодной реакции), модуль «Профили желательности» программного пакета STATISTICA, а также метод полного факторного эксперимента для получения регрессионной модели.

Результаты. Проведен полный факторный эксперимент с использованием нового высокоскоростного кремнефтористого электролита никелирования на трех уровнях факторов, влияющих на скорость осаждения никелевых покрытий: молярная концентрация кремнефторида никеля (NiSiF₆) в растворе с = 1; 1,25; 1,5 моль/дм³, температура раствора электролита t = 40; 50; 60 °C, плотность катодного тока i = 8; 10; 12 А/дм². В результате анализа экспериментальных данных разработана регрессионная модель прогнозирования скорости осаждения никелевых покрытий в исследованных диапазонах изменения варьируемых факторов. Оптимальные значения варьируемых факторов: молярная концентрация NiSiF₆ в растворе с = 1,2 моль/дм³; температура раствора электролита t = 53 °C; плотность катодного тока i = 11,6 А/дм². При данных условиях достигается наибольшее значение зависимой переменной (скорость осаждения никелевого покрытия), составляющее 240,7 мкм/ч.

Область применения исследований. Разработанная регрессионная модель позволяет определить оптимальный диапазон для каждого из основных параметров системы, в частности концентрации кремнефторида никеля в растворе, плотности катодного тока, температуры электролита, что дает возможность наметить пути минимизации побочных процессов (формирования на катоде оксо- и гидроксосоединений никеля и выделения водорода) для получения защитных никелевых покрытий с заданными свойствами.

Биографии авторов

Ольга Владимировна Рева, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра химической, биологической, радиационной и ядерной защиты, профессор; кандидат химических наук, доцент

Татьяна Алексеевна Говор, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

факультет подготовки научных кадров, адъюнкт

Библиографические ссылки

Gamburg Yu.D. Elektrokhimicheskaya kristallizatsiya metallov i splavov [Electrochemical crystallization of metals and alloys]. Moscow: Yanus-K, 1997. 384 p. (rus)

Troshanin N.V., Bychkova T.I. Geteroligandnye kompleksy medi (II), nikelya (II), kobal'ta (II) s gidrazidom izonikotinovoy kisloty i L-gistidinom [Heteroligand copper (II), nickel (II) and cobalt (II) with isonicotinic acid hydrazide and L-histidine]. Uchenye zapiski Kazanskogo universiteta. Seriya: Estestvennye nauki, 2021. Vol. 163, No. 1. Pp. 45–60. (rus). DOI: https://doi.org/10.26907/2542-064X.2021.1.45-60. EDN: https://elibrary.ru/GLHVYP.

Dolgikh O.V., Sotskaya N.V., Shamanaeva E.S. Elektroosazhdenie nikelya iz rastvorov, soderzhashchikh glitsin [Electrodeposition of nickel from solutions comprising glycine]. Condensed Matter and Interphases, 2006. Vol. 8, No. 4. Pp. 275–282. (rus). EDN: https://elibrary.ru/MUHJID.

Loginova O.Yu. Razrabotka sul'fatno-glitsinatno-khloridnogo elektrolita i usloviy elektroosazhdeniya splava nikel'-fosfor [Development of sulphate-glycinate-chloride electrolyte and conditions for electrodeposition of nickel-phosphorus alloys]. PhD tech. sci. diss.: 05.17.03. Moscow, 2016. 148 p. (rus)

Taranina O.A., Evreinova N.V., Shoshina I.A., Naraev V.N., Tikhonov K.I. Elektroosazhdenie nikelya iz sul'fatnykh rastvorov v prisutstvii aminouksusnoy kisloty [Electrodeposition of nickel from sulphate solutions in the presence of aminoacetic acid]. Russian Journal of Applied Chemistry, 2010. Vol. 83, No. 1. Pp. 60–63. (rus). DOI: https://doi.org/10.1134/S107042721001012X. EDN: https://elibrary.ru/GJQFCK.

Belov P.A., Petrova V.O., Khorunzhaya E.Yu. Modelirovanie protsessa gal'vanicheskogo naneseniya kompozitsionnykh pokrytiy na osnove medi [Modelling of the process of electroplating of copper-based composite coatings]. Auditorium, 2016. No. 3 (11). Pp. 95–101. (rus). EDN: https://elibrary.ru/WWWSWD.

Litovka Yu.V., Kirichenko G.A., Popova M.A., Popov A.S. SAPR gal'vanicheskikh protsessov [SAD for galvanic processes]. Transactions of the Tambov State Technical University, 2008. Vol. 14, No. 4. Pp. 882–891. (rus). EDN: https://elibrary.ru/KASBFF.

Solov'ev D.S., Litovka Yu.V. Matematicheskoe modelirovanie i optimal'noe upravlenie protsessom osazhdeniya gal'vanicheskogo pokrytiya v mnogoanodnoy vanne s uchetom izmeneniya kontsentratsii komponentov elektrolita [Mathematical modeling and optimal control deposition process galvanic coverings in a multianode bath taking into account change concentrations of electrolyte components]. Computer Research and Modeling, 2013. Vol. 5, No. 2. Pp. 193–203. (rus). EDN: https://elibrary.ru/QYUQUN.

Govor T.A., Reva O.V. Skorostnoy gidrometallurgicheskiy sintez bezdefektnykh zashchitnykh nikelevykh pokrytiy dlya detaley pozharnoy avariyno-spasatel'noy tekhniki [Fast hydrometallurgical synthesis of defect-free protective nickel coatings for rescue equipment details]. Proc. XVII Intern. scientific-practical conf. young scientists «Obespechenie bezopasnosti zhiznedeyatel'nosti: problemy i perspektivy», Minsk, April, 18, 2024. Minsk: University of Civil Protection, 2024. Pp. 24–26. (rus). ISBN 978-985-590-228-8.

Grinfel'd G.M., Moiseev A.V. Metody optimizatsii eksperimenta v khimicheskoy tekhnologii [Methods for optimizing experiments in chemical technology]: lecture notes. Komsomolsk-on-Amur: Komsomolsk-na-Amure State University, 2014. 74 p. (rus). ISBN 978-5-7765-1102-8.

Rebrova I.A. Planirovanie eksperimenta [Experiment planning]: tutorial. Omsk: Siberian State Automobile and Highway University, 2010. 105 p. (rus)

Volodarskiy E.T., Malinovskiy B.N., Tuz Yu.M. Planirovanie i organizatsiya izmeritel'nogo eksperimenta [Planning and organisation of a measurement experiment]. Kiev: Vishcha shkola, 1987. 280 p. (rus)

Bondar' A.G., Statyukha G.A., Potyazhenko I.A. Planirovanie eksperimenta pri optimizatsii protsessov khimicheskoy tekhnologii (algoritmy i primery) [Planning an experiment when optimizing chemical technology processes (algorithms and examples)]: tutorial. Kiev: Vishcha shkola, 1980. 264 p. (rus)

Adler Yu.P., Markova E.V., Granovskiy Yu.V. Planirovanie eksperimenta pri poiske optimal'nykh usloviy [Planning an experiment when searching for optimal conditions]. Moscow: Nauka, 1976. 139 p. (rus)

Khalafyan A.A. Promyshlennaya statistika: kontrol' kachestva, analiz protsessov, planirovanie eksperimentov v pakete STATISTICA [Industrial statistics: quality control, process analysis, experiment design in STATISTICA]. Мoscow: LIBROKOM, 2013. 384 p. (rus)