Введение
Глава 1. Аналитический обзор применения наноматериалов для получения гальванических покрытий с декоративными, защитными и специальными свойствами 16
1.1 Основные понятия и определения 16
1.2 Особенности свойств наноматериалов и типы нанопорошков 18
1.3 Анализ рынка наноматериалов 19
1.4 Применение наноалмазов, наноструктурированных политетра-фторэтилена, оксидов, карбидов и фуллеренов в гальванических покрытиях 21
1.5 Применение углеродных нанотрубок в гальванических покрытиях 25
1.5.1 Свойства углеродных нанотрубок и ожидаемые эффекты от их применения 25
1.5.2 Механические свойства 26
1.5.3 Электрические свойства 27
1.5.4 Химические свойства 28
1.5.5 Теплофизические свойства 28
1.5.6 Анализ экспериментальных данных применения углеродных нанотрубок в процессах электроосаждения и их влияния на свойства покрытий 34
1.5.7 Анализ патентов о способах применения наноматериалов в процессах электроосаждения 1.6 Технико-экономический анализ и выбор углеродных нанотрубок 51
1.7 Постановка проблемы исследования 62
Глава 2. Методика эксперимента 64
2.1 Объекты исследования 64
2.2 Методы нанесения покрытий, электролиты, рабочие растворы 67
2.2.1 Никелирование 68
2.2.2 Хромирование 68
2.2.3 Цинкование 68
2.2.4 Анодное оксидирование сплавов алюминия
2.3 Электрохимическая лабораторная установка 71
2.4 Методы диспергирования и гомогенизации электролитов с углеродными нанотрубками
2.4.1 Непроточное ультразвуковое диспергирование 73
2.4.2 Проточное ультразвуковое диспергирование 74
2.4.3 Механическое диспергирование
2.5 Методика оценки распределения углеродных нанотрубок в электролитах 77
2.6 Методика измерения оптической плотности электролитов, содержащих углеродные нанотрубки 79
2.7 Методика оценки выхода по току 80
2.8 Методика измерения удельной электропроводности электролитов 80
2.9 Методика оценки рассеивающей способности электролитов
2.10 Методики коррозионных испытаний 81
2.11 Методика измерения толщины и тврдости покрытия 82
2.12 Методика оценки неравномерности покрытия 83
2.13 Методика оценки шероховатости покрытия 86
2.14 Методы исследования топографии и морфологии поверхности 88
2.15 Методика оценки случайной погрешности эксперимента 90
Выводы по второй главе 91
Глава 3. Исследование диспергирования и гомогенизации углеродных нанотрубок в растворах электролитов 93
3.1 Теоретические предпосылки и постановка задачи экспериментальных исследований 93
3.2 Непроточное ультразвуковое диспергирование и гомогенизация 97
3.3 Проточное ультразвуковое диспергирование и гомогенизация 100 3.4 Диспергирование и гомогенизация путем перетирания суспензии материала тврдыми шариками 101
3.5 Гомогенизация с применением твердых форм вследствие реакции между органическими карбоновыми кислотами и гидрокарбонатом натрия 102
3.6 Гомогенизация с применением низкомолекулярных аминоспиртов 107
Выводы по третьей главе 109
Глава 4. Влияние углеродных нанотрубок на свойства электролитов 111
4.1 Гипотезы, теоретические предпосылки и постановка задачи экспериментальных исследований 111
4.1.1 Теоретические предпосылки влияниния на оптические свойства 111
4.1.2 Теоретические предпосылки влияниния на организацию электрохимического процесса 114
4.2 Экспериментальные исследования влияния концентрации углеродных нанотрубок на оптические свойства электролитов 127
4.2.1 Выбор рабочей длины волны 127
4.2.2 Проверка закона Бугера-Ламберта-Бера 130
4.2.3 Разработка способа измерения концентрации нанотрубок 137
4.3 Экспериментальные исследования влияния концентрации углеродных нанотрубок на выход по току, удельную электропроводность и рассеивающую способность электролитов 142
4.3.1 Влияние концентрации нанотрубок на выход по току 142
4.3.2 Влияние концентрации нанотрубок на удельную электропроводность электролитов 148
4.3.3 Оценка влияния концентрации нанотрубок на рассеивающую способность электролитов 155
4.4 Обработка и систематизация экспериментальных данных 160
Выводы по четвертой главе 161
Глава 5. Влияние углеродных нанотрубок на механизм кристаллообразования и химический состав покрытий 163
5.1 Гипотезы, теоретические предпосылки и постановка задачи экспериментальных исследований 163
5.1.1 Движущая сила транспорта углеродных нанотрубок 163
5.1.2 Оценка масс ионов и углеродных нанотрубок 172
5.1.3 Силы, действующие на ионы и нанотрубки 176
5.1.4 Моделирование электрического поля постоянных токов
5.2 Экспериментальные исследования стадий формирования кристаллов наномодифицированных никелевых покрытий 189
5.3 Экспериментальные исследования морфологии и химического состава наномодифицированных хромовых покрытий 193
5.4 Экспериментальные исследования морфологии и кристаллообразования наномодифицированных цинковых покрытий 197
5.5 Экспериментальные исследования морфологии и химического состава наномодифицированных оксидных покрытий 202
Выводы по пятой главе 207
Глава 6. Влияние углеродных нанотрубок на свойства покрытий 209
6.1 Гипотезы, теоретические предпосылки и постановка задачи экспериментальных исследований 211
6.2 Экспериментальные исследования микротврдости 219
6.3 Экспериментальные исследования пористости 228
6.4 Экспериментальные исследования износостойкости 229
6.5 Экспериментальные исследования неравномерности покрытий 231
6.6 Экспериментальные исследования шероховатости 233
6.7 Экспериментальные исследования коррозионной стойкости 237
6.8 Экспериментальные исследования теплоотдающих свойств 239
Выводы по шестой главе 245
Глава 7. Автоматизированная система управления производством наномодифицированных гальванопокрытий 247
7.1 Автоматизированная система управления 247
7.1.1 Электрохимический процесс, как объект управления 248
7.1.2 Контур регулирования температуры электролита 252
7.1.3 Контур регулирования уровня электролита 254
7.1.4 Контур регулирования кислотности электролита 255
7.1.5 Контур регулирования концентраций компонентов электролита 257
7.1.6 Контур регулирования концентрации углеродных нанотрубок 258
7.1.7 Контур регулирования плотности тока 259
7.1.8 Задачи оптимизации в цифровой системе регулирования и управления наномодифицированными процессами электроосаждения 261
7.2 Математический аппарат системы управления 266
7.2.1 Математическая модель распределения потенциалов электрического поля в декартовой системе координат 266
7.2.2 Математическая модель распределения потенциалов электрического поля в цилиндрических координатах 270
7.2.3 Связь задачи оптимизации с уравнениями поля 271
7.3 Внедрение результатов работы 276
Выводы по седьмой главе 278
Заключение 279
Список использованных источников
