zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-2-29-38zldm-2118Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование ключевых факторов для минимизации шероховатости химических покрытий сплавами Ni – P И Ni – Cu – PStudy of crucial factors for minimizing the roughness of chemical coatings with Ni – P and Ni – Cu – P alloysВинокуровЕ. Г.VinokurovE. G.

Евгений Геннадьевич Винокуров

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

119071, Москва, Ленинский пр-т, д. 31

125190, Москва, ул. Усиевича, д. 20

Evgeny G. Vinokurov

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

31, Leninsky prosp., Moscow, 119071

20, ul. Usievicha, Moscow, 125190

vin-62@mail.ruГайнетдиновЧ. Р.GainetdinovC. R.

Чингиз Радикович Гайнетдинов

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

Chingiz R. Gainetdinov

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

ГрафушинР. В.GrafushinR. V.

Роман Владимирович Графушин

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

Roman V. Grafushin

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

СкопинцевВ. Д.SkopintsevV. D.

Владимир Дмитриевич Скопинцев

127473, Москва, ул. Делегатская, д. 20/1

Vladimir D. Skopintsev

20/1, ul. Delegatskaya, Moscow, 127473

ВасильевВ. В.VasilevV. V.

Владимир Витальевич Васильев

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

Vladimir V. Vasilev

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

БурухинаТ. Ф.BurukhinaT. F.

Татьяна Федоровна Бурухина

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

Tatyana F. Burukhina

Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева; Институт физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина, РАН; Всероссийский институт научной и технической информации РАНРоссияMendeleev University of Chemical Technology; Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, RAS; All-Russian Institute for Scientific and Technical Information, RASRussian FederationРоссийский химико-технологический университет имени Д. И. МенделееваРоссияMendeleev University of Chemical TechnologyRussian FederationМосковский государственный медико-стоматологический университет имени А. И. ЕвдокимоваРоссияEvdokimov Moscow State University of Medicine and DentistryRussian FederationРоссийский химико-технологический университет имени Д. И. МенделееваRussian Federation2024220220249022938Copyright © Винокуров Е.Г., Гайнетдинов Ч.Р., Графушин Р.В., Скопинцев В.Д., Васильев В.В., Бурухина Т.Ф., 20242024Винокуров Е.Г., Гайнетдинов Ч.Р., Графушин Р.В., Скопинцев В.Д., Васильев В.В., Бурухина Т.Ф.Vinokurov E.G., Gainetdinov C.R., Grafushin R.V., Skopintsev V.D., Vasilev V.V., Burukhina T.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2118

Шероховатость поверхности покрытий в существенной степени определяет их функциональные свойства и эффективность. В работе представлены результаты исследования влияния основных технологических параметров на шероховатость химических покрытий сплавами Ni – P и Ni – Cu – P. Ключевые факторы, влияющие на шероховатость покрытий, определяли методом Тагучи. В экспериментах варьировали различные параметры процесса нанесения покрытий: концентрацию компонентов в растворе, pH, температуру, время осаждения. Установлено, что шероховатость поверхности линейно увеличивается в зависимости от толщины покрытий. В наибольшей степени на развитие шероховатости влияют концентрация гипофосфита натрия и величина pH. Выявлено, что наименьшая шероховатость наблюдается при концентрациях гипофосфита натрия и соли меди 0,358 и 0,0012 моль/л, pH 5,8 и температуре 90 °C. Скорость развития шероховатости поверхности для покрытий Ni – P и Ni – Cu – P в оптимальных условиях составляет 0,68 и 0,97 %/мкм (до оптимизации — 6,72 %/мкм). Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования методики снижения шероховатости покрытий сплавами Ni – P и Ni – Cu – P и, соответственно, повышения функциональности, износостойкости и качества покрытий.

The surface roughness of coatings has a significant impact on their functional properties and efficiency. We present the results of studying the effect of the main technological parameters on the roughness of chemical coatings with Ni – P and Ni – Cu – P alloys. The key factors affecting the roughness of coatings were determined by the Taguchi method. Parameters of the coating process were varied in the experiments: concentration of components in solution, pH, temperature, and the time of deposition. It is found that the surface roughness increases linearly with the thickness of coatings. The concentration of sodium hypophosphite and pH value have the greatest influence on the development of roughness. It is shown that the lowest roughness is observed at concentrations of sodium hypophosphite and copper salt 0.358 and 0.0012 mol/liter, pH 5.8 and temperature 90 °C. The rate of the surface roughness development for Ni – P and Ni – Cu – P coatings under optimal conditions is 0.68 and 0.97 %/μm (before optimization — 6.72 %/μm). The obtained results can be used to improve the methodology for reducing the roughness of coatings with Ni – P and Ni – Cu – P alloys and, accordingly, to improve the functionality, wear resistance and quality of coatings.

химическое осаждениепокрытия Ni – P и Ni – Cu – Pшероховатостьоптимизацияметод Тагучиchemical depositionNi – P and Ni – Cu – P coatingsroughnessoptimizationTaguchi methodReferencesRiedel W. Electroless nickel plating. — Stevenage, Hertfordshire: Finishing Publications, 1991. — 398 p.Riedel W. Electroless nickel plating. — Stevenage, Hertfordshire: Finishing Publications, 1991. — 398 p.Balaraju J. N., Ezhil Selvi V., William Grips V. K., et al. Electrochemical studies on electroless ternary and quaternary Ni – P based alloys / Electrochimica Acta. 2006. Vol. 52. P. 1064 – 1074. DOI: 10.1016/j.electacta.2006.07.001Balaraju J. N., Ezhil Selvi V., William Grips V. K., et al. Electrochemical studies on electroless ternary and quaternary Ni – P based alloys / Electrochimica Acta. 2006. Vol. 52. P. 1064 – 1074. DOI: 10.1016/j.electacta.2006.07.001Kundu S., Das S., Sahoo P. Friction and wear behavior of electroless Ni – P – W coating exposed to elevated temperature / Surfaces and Interfaces. 2019. Vol. 14. P. 192 – 207. DOI: 10.1016/j.surfin.2018.12.007Kundu S., Das S., Sahoo P. Friction and wear behavior of electroless Ni – P – W coating exposed to elevated temperature / Surfaces and Interfaces. 2019. Vol. 14. P. 192 – 207. DOI: 10.1016/j.surfin.2018.12.007Georgieva J., Armyanov S. Electroless deposition and some properties of Ni – Cu – P and Ni – Sn – P coatings / Journal of Solid State Electrochemistry. 2007. Vol. 11. P. 869 – 876. DOI: 10.1007/s10008-007-0276-6Georgieva J., Armyanov S. Electroless deposition and some properties of Ni – Cu – P and Ni – Sn – P coatings / Journal of Solid State Electrochemistry. 2007. Vol. 11. P. 869 – 876. DOI: 10.1007/s10008-007-0276-6Popoola A. P. I., Loto C. A., Osifuye C. O., et al. Corrosion and wear properties of Ni-Sn-P ternary deposits on mild steel via electroless method / Alexandria Engineering Journal. 2016. Vol. 55. P. 2901 – 2908. DOI: 10.1016/j.aej.2016.06.018Popoola A. P. I., Loto C. A., Osifuye C. O., et al. Corrosion and wear properties of Ni-Sn-P ternary deposits on mild steel via electroless method / Alexandria Engineering Journal. 2016. Vol. 55. P. 2901 – 2908. DOI: 10.1016/j.aej.2016.06.018Nur Ariffah M. S., Nurulakmal M. S., Anasyida A. S., et al. Surface roughness, wear and thermal conductivity of ternary electroless Ni – Ag – P coating on copper substrate / Mater. Res. Express. 2020. Vol. 7. N 2. DOI: 10.1088/2053-1591/ab71c4Nur Ariffah M. S., Nurulakmal M. S., Anasyida A. S., et al. Surface roughness, wear and thermal conductivity of ternary electroless Ni – Ag – P coating on copper substrate / Mater. Res. Express. 2020. Vol. 7. N 2. DOI: 10.1088/2053-1591/ab71c4Гокжаев М. Б., Моргунов А. В., Скопинцев В. Д. Оптимизация состава раствора для получения никель-медь-фосфорных покрытий / Неорганические материалы. 2008. Т. 44. No 12. С. 1461 – 1463.Gokzhaev M. B., Morgunov A. V., Skopintsev V. D. Optimizing solution composition for the chemical deposition of nickel-copper-phosphorus alloys / Inorganic Materials. 2008. Vol. 44. N 12. P. 1319 – 1321. DOI: 10.1134/S0020168508120108Винокуров Е. Г., Моргунов А. В., Скопинцев В. Д. Оптимизация состава химических никель-фосфорных покрытий, легированных медью / Неорганические материалы. 2015. Т. 51. No 8. С. 859. DOI: 10.7868/S0002337X15070192Vinokurov E. G., Morgunov A. V., Skopintsev V. D. Compositional optimization of chemical copper-doped nickel-phosphorus coatings / Inorganic Materials. 2015. Vol. 51. N 8. P. 788 – 792. DOI: 10.1134/S0020168515070195Винокуров Е. Г., Жигунов Ф. Н., Моргунов А. В. и др. Осаждение химических покрытий никель – фосфор и никель – фосфор – медь из глицинатных растворов / Гальванотехника и обработка поверхности. 2015. Т. 23. No 3. С. 40 – 46.Vinokurov E. G., Zhigunov F. N., Morgunov A. V., et al. Deposition of nickel-phosphorus and nickel-phosphorus-copper chemical coatings from glycinate solutions / Galvanotekhn. Obrab. Poverkhn. 2015. Vol. 23. N 3. P. 40 – 46 [in Russian].Deng H., Moller P. Effects of the substrate surface morfology on the porosity of electroless nickel coatings / Transactions of the Institute of Metal Finishing. 1993. Vol. 71. P. 142 – 147.Deng H., Moller P. Effects of the substrate surface morfology on the porosity of electroless nickel coatings / Transactions of the Institute of Metal Finishing. 1993. Vol. 71. P. 142 – 147.Beer C. F. Improving the corrosion resistance of electroless nickel deposits / Surface Technology. 1981. Vol. 12. N 1. P. 89 – 92. DOI: 10.1016/0376-4583(81)90139-4Beer C. F. Improving the corrosion resistance of electroless nickel deposits / Surface Technology. 1981. Vol. 12. N 1. P. 89 – 92. DOI: 10.1016/0376-4583(81)90139-4Deng H., Moller P. Effects of Pretreatment on the structure and properties of electroless nickel coatings / Plating and Surface Finishing. 1994. Vol. 81. P. 73 – 77.Deng H., Moller P. Effects of Pretreatment on the structure and properties of electroless nickel coatings / Plating and Surface Finishing. 1994. Vol. 81. P. 73 – 77. 13. Ernst P., Wadsworth I., Marshall G. Porosity of electroless nickel coatings investigated using different porosity tests and their application / Transactions of the IMF. 1997. Vol. 75. N 5. P. 194 – 199. DOI: 10.1080/00202967.1997.11871171 14. Taheri V., Oguocha I., Yannacopoulos S. The tribological characteristics of electroless NiP coatings / Wear. 2001. Vol. 249. P. 389 – 396. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00539-7Ernst P., Wadsworth I., Marshall G. Porosity of electroless nickel coatings investigated using different porosity tests and their application / Transactions of the IMF. 1997. Vol. 75. N 5. P. 194 – 199. DOI: 10.1080/00202967.1997.11871171Sahoo P. Optimization of electroless Ni – P coatings based on multiple roughness characteristics / Surface and Interface Analysis. 2008. Vol. 40. N 12. P. 1552 – 1561.Taheri V., Oguocha I., Yannacopoulos S. The tribological characteristics of electroless NiP coatings / Wear. 2001. Vol. 249. P. 389 – 396. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00539-7Vinokurov E. G., Gridchin S. N., Mukhametova G. M., et al. Protonated nickel bis-glycine chelate: effective precursor for electroless deposition of nickel — phosphorus alloy / Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2021. Vol. 55. N 5. P. 870 – 879. DOI: 10.1134/S0040579521040345Sahoo P. Optimization of electroless Ni – P coatings based on multiple roughness characteristics / Surface and Interface Analysis. 2008. Vol. 40. N 12. P. 1552 – 1561.Mukhametova G. M., Vinokurov E. G., Burukhina T. F., et al. Multicriteria optimization of the composition of a solution of complex nickel compounds with glycine and succinic acid for chemical deposition of Ni – P alloy / Izv. Vuzov. 2021. Vol. 64. N 5. P. 88 – 97 [in Russian]. DOI: 10.6060/ivkkt.20216405.6359Винокуров Е. Г., Гридчин С. Н., Мухаметова Г. М. и др. Протонированный комплекс бис-глицин никеля — эффективный прекурсор для химического осаждения сплава никель — фосфор / Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. No 5. С. 567 – 577. DOI: 10.31857/S0040357121040163 17. Мухаметова Г. М., Винокуров Е. Г., Бурухина Т. Ф. и др. Многокритериальная оптимизация состава раствора комплексных соединений никеля с глицином и янтарной кислотой для химического осаждения сплава Ni – P / Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. No 5. С. 88 – 97. DOI: 10.6060/ivkkt.20216405.6359 18. Шарло Г. Методы неорганической химии. Количественный анализ неорганических соединений. — М.: Химия, 1965. — 866 с.Sharlo G. Methods of inorganic chemistry. Quantitative analysis of inorganic compounds. — Moscow: Khimiya, 1965. — 866 p. [in Russian].Дедков Ю. М., Колузанова В. П., Киракоян А. К. Спектрофотометрическое определения меди с пикрамином-эпсилон / Журнал аналитической химии. 1970. Т. 25. No 8. С. 1482 – 1487.Dedkov Yu. M., Koluzanova V. P., Kirakoyan A. K. Spectrophotometric determination of copper with picramine-epsilon / Journal of Analytical Chemistry. 1970. Vol. 25. N 8. P. 1482 – 1487 [in Russian].Ермаков С. М., Семенчиков Д. Н. О методах оптимизации в задачах планирования эксперимента / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. No. 1. С. 72 – 77. DOI: 10.26896/1028-6861- 2019-85-1-I-72-77Ermakov S. M., Semenchikov D. N. On optimization methods in the problems of experiment design / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2019. Vol. 85. N 1. P. 72 – 77 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-I-72-77Григорьев Ю. Д. Q-оптимальные и близкие к ним планы эксперимента для полиномиальной регрессии на отрезке / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. No 5. С. 65 – 72. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-5-65-72Grigoriev Yu. D. Q-optimal experimental designs and close to them experimental designs for polynomial regression on the interval / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2020. Vol. 86. N 5. P. 65 – 72 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-5-65-72Орлов А. И. Метод статистических испытаний в прикладной статистике / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. No 5. С. 67 – 79. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-5-67-79Orlov A. I. Statistical simulations method in applied statistics / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2019. Vol. 85. N 5. P. 67 – 79 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-5-67-79Taguchi G. Introduction to quality engineering: designing quality into products and processes. — Tokyo: Asian Productivity Organization, 1990. — 191 p.Taguchi G. Introduction to quality engineering: designing quality into products and processes. — Tokyo: Asian Productivity Organization, 1990. — 191 p.Ross P. J. Taguchi techniques for quality engineering. 2nd ed. — New York: McGraw-Hill Professional, 1995. — 329 p.Ross P. J. Taguchi techniques for quality engineering. 2nd ed. — New York: McGraw-Hill Professional, 1995. — 329 p.Петухов И. В. Влияние концентрации компонентов раствора химического никелирования на топографию и микрорельеф Ni – P покрытий / Электрохимия. 2008. Т. 44. No 2. С. 161 – 172.Petukhov I. V. Effect of concentration of chemical nickel plating solution components on topography and microrelief of Ni – P coatings / Élektrokhimiya. 2008. Vol. 44. N 2. P. 161 – 172 [in Russian].Петухов И. В., Семенова В. В., Медведева Н. А. и др. Влияние времени осаждения на процессы формирования Ni – P покрытий / Вестник Пермского университета. Химия. 2011. No 3. С. 47 – 56.Petukhov I. V., Semenova V. V., Medvedeva N. A., et al. Effect of deposition time on the processes of Ni – P coatings formation / Vestn. Perm. Univ. 2011. N 3. P. 47 – 56 [in Russian].Biswas A., Das S., Sahoo P. Correlating tribological performance with phase transformation behavior for electroless Ni – (high)P coating / Surface and Coatings Technology. 2017. Vol. 328. P. 102 – 114. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.08.043Biswas A., Das S., Sahoo P. Correlating tribological performance with phase transformation behavior for electroless Ni – (high)P coating / Surface and Coatings Technology. 2017. Vol. 328. P. 102 – 114. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.08.043

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