ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРО- И НАНОКОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ МЕДИ И ЭЛЕКТРОКОРУНДА

Сведения об авторах
  • Удмуртский Федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Ижевск, Российская Федерация
  • Удмуртский Федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Ижевск, Российская Федерация

Аннотация

Описывается математическая модель и результаты численного исследования элек- трохимических, диффузных и кинетических процессов соосаждения меди и микро- и нано- частиц Al2O3 на поверхность медного электрода. Приведен математический аппарат для комплексного физико-химического математического моделирования процессов, сопровож- дающих формирование нанокомпозиционных покрытий из сернокислых электролитов мед- нения: электрохимического осаждения меди на поверхности катода, физической адсорб- ции наночастиц на поверхности катода и роста слоя покрытия. Для описания движения электролита использовалась модель k-ε на базе осредненных уравнений Рейнольдса с демпфирующими функциями согласно модели Abe – Kondoh – Nagano (k-ε AKN). Проведе- но сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными. Представле- ны результаты математического моделирования электрохимического осаждения металли- ческой меди Cu на вращающийся цилиндрический электрод с учетом гидродинамики пото- ка электролита. Массоперенос электроактивных ионов электролита происходит за счет трех основных механизмов: диффузии, миграции, конвекции, и описывается уравнениями конвективной диффузии, исследуется во всем объеме электролитической ячейки. Катод- ные и анодные процессы описываются на основе третичного распределения тока. Пред- ставлены результаты математического моделирования совместного электрохимического осаждения композиционных покрытий Cu–Al2O3 на вращающийся цилиндрический элек- трод с учетом гидродинамики потока электролита. Моделирование проводилось во всем объеме электрохимической ячейки, а не только в пределах диффузионного слоя, что по- зволило учитывать перенос частиц и ионов электролита за счет конвекции и миграции. Проведенное математическое моделирование позволило детально исследовать кинетику указанных процессов и показало удовлетворительное соответствие с экспериментальны- ми результатами.

Ключевые слова

математическое моделированиеэлектрохимияэлектрокинетические силыдиффузиягидродинамикакомпозитные покрытиямикро- и наночастицы.

Литература

  1. 1.Raghavendra C.R., Basavarajappa S., Sogalad I. Compa- rative study on Ni and Ni-α-Al2O3 nano composite coating on Al6061 substrate material // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 24. – P. 975–982. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.04.410 Scholar
  2. 2.Raghavendra C.R., Basavarajappa S., Sogalad I. A review on Ni based nano composite coatings // Materials Today: Proceedings. – 2021 – Vol. 39. – P. 6–16. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.04.810 Scholar
  3. 3.Pinate S., Leisner P., Zanella C. Wear resistance and self- lubrication of electrodeposited Ni-SiC:MoS2 mixed particles composite coatings // Surface and Coatings Technology. – 2021. – Vol. 421. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127400 Scholar
  4. 4.Electrochemical behavior and electro-crystallization mechanism of Cu-Ni/Nano-Al2O3 coating with a deposition current density dependence / Y. Zhang, J. Zhang, Z. Wang, J. Liu // Journal of Alloys and Compounds. – 2023. – Vol. 952. DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.169988 Scholar
  5. 5.Ayoola A., Fayomi O., Popoola A. Anticorrosion properties and thin film composite deposition of Zn-SiC-Cr3C2 coating on mild steel // Defence Technology. – 2019. – Vol. 15. – P. 106–110. DOI: 10.1016/j.dt.2018.04.008 Scholar
  6. 6.Wang Y., Qi Y. Study on electrodeposition of ZnNi/Al2O3 composite coating on 40Mn steel and its corrosion behavior in simulated concrete pore solution // International Journal of Electrochemical Science. – 2022. – Vol. 17. DOI: 10.20964/2022.10.46 Scholar
  7. 7.Guglielmi N. Kinetics of the deposition of inert particles from electrolytic baths // Journal of The Electrochemical Society. – 1972. – Vol. 119. – P. 137–146. DOI: 10.1149/1.24043 Scholar
  8. 8.Guo H., Qin Q., Wang A. Mass transport process of solid particles in composite electrodeposition // Electrochem. Soc. – 1988. – Vol. 46. – P. 8–18 Scholar
  9. 9.Fransaer J. Analysis of the electrolytic codeposition of non-brownian particles with metals // Journal of The Electrochemical Society. – 1992 – Vol. 139. – P. 413–420. DOI: 10.1149/1.2069233 Scholar
  10. 10.Walsh F.C., Ponce de Leon C. A review of the electrodeposition of metal matrix composite coatings by inclusion of particles in a metal layer: an established and diversifying technology // Transactions of the IMF. – 2014. – Vol. 92. – P. 83– 98. DOI: 10.1179/0020296713Z.0000000000161 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 5, 2023)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
04.12.2023
В выпуске
04.12.2023
Выпуск
№ 5 (2023)
Поделиться