Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия:

А. А. Абрашов, доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии (ИМиЗК), канд. техн. наук, эл. почта: abrashov.a.a@muctr.ru
Я. В. Толмачев, аспирант кафедры ИМиЗК, эл. почта: vetolmyan@gmail.com
Н. С. Григорян, профессор кафедры ИМиЗК, доцент, канд. хим. наук, эл. почта: grigorian.n.s@muctr.ru
Т. А. Чуднова, доцент кафедры ИМиЗК, канд. техн. наук, эл. почта: violatan@yandex.ru

Разработана технология осаждения никельсодержащих покрытий черного цвета с высокой защитной способностью, прочностью сцепления и износостойкостью на сталь марок 50А, 50РА, 09Г2С, 20, 30 и 08Х17. В качестве базового раствора выбран сульфатный электролит никелирования, содержащий, г/л: 100 NiSO₄·7H₂O; 40 ZnSO₄·7H₂O; 25 H₃BO₃; 15 (NH₄)₂SO₄; 7 NaH₂PO₂; рН = 4,5–5,5, температура 50–55 °C. Экспериментально установлено, что покрытия хорошего качества осаждаются при концентрации в электролите гипофосфита натрия 5–10 г/л. Подобран двухступенчатый токовый режим, позволяющий формировать черные покрытия: на ступени I — в течение первых 10 мин процесса плавное повышение плотности тока от 0,02 до 0,2 А/дм², а на ступени II — резкий рост до значения 1,5 А/дм² и электролиз длительностью еще 10 мин. Показано, что средняя толщина покрытия, осажденного из электролита, при постоянной плотности тока составляет 6 мкм, а при осаждении ступенчатым способом — 10 мкм. При этом электролит в первом случае обладает положительным выравниванием, а во втором — отрицательным. Определено, что покрытие состоит из оксидов никеля (NiO, Ni₂O₃) и цинка (ZnO), фосфида никеля (Ni₂P), а также гидроксидов никеля (Ni(OH)₂) и цинка (Zn(OH)₂). Установлено, что полученные никельсодержащие покрытия черного цвета не только не уступают, но и превосходят черные хромовые покрытия по износостойкости и защитной способности.

Исследования проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования имени Д. И. Менделеева в рамках проекта № 075-15-2021-688.

1. Takadoum J. Black coatings: a review // The European physical journal applied physics. 2010. Vol. 52. 30401.
2. Azli N. N. A., Amin N. M., Oluhende S. T., Mohamad S. N. A., Fadil N. A. Electroless deposited black nickel-phosphorous solar absorber coatings on carbon steel: effect of plating bath pH // Mater. Today. 2021. Vol. 39. P. 1071–1076.
3. Мешалкин В. П., Абрашов А. А., Ваграмян Т. А., Григорян Н. С., Уточкина Д. С. Разработка и исследование свойств нового защитно-декоративного, конверсионного, экологически безопасного, молибденсодержащего покрытия оцинкованных поверхностей // Доклады Академии наук. 2018. Т. 480, № 5. С. 555–558.
4. Evangelisti L., Vollaro R. D. L., Asdrubali F. Latest advances on solar thermal collectors: a comprehensive review // Renew. Sustain. Energy Rev. 2019. Vol. 114. 109318.
5. Руденко М. Ф., Кравцов Е. Е., Идиатулин С. А. Эффективные поверхности гелиоприемных устройств // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1998. № 7. С. 33–35.
6. Aleshina V. Kh., Abrashov А. А., Grigoryan N. S., Vagramyan T. A. Low-temperature deposition process for black phosphate-selenide coatings // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 22. P. 92–95.
7. Gogna P. K., Chopra K. L. Structure-dependent thermal and optical properties of black nickel coatings // Thin Solid Film. 1979. Vol. 57. P. 299–302.
8. Lee T. K., Kim D. H., Auh P. C. The optical characteristics of black chrome solar selective films coated by the pulse current electrolysis method // Solar Energy Materials and Solar Cells. 1993. Vol. 29. P. 149–161.
9. Mennucci M. M., Montes R., Bastos A. C., Monteiro A. et al. Nanostructured black nickel coating as replacement for black Cr(VI) finish // Appl. Sci. 2021. Vol. 11. 3924. DOI: 10.3390/app11093924.
10. Estrella-Gutiérrez M. A., Lizama-Tzec F. I., Arés-Muzio O., Oskam G. Influence of a metallic nickel interlayer on the performance of solar absorber coatings based on black nickel electrodeposited onto copper // Electrochimica Acta. 2016. Vol. 213. P. 460–468.
11. Somasundaram S., Pillai A. M., Rajendra A., Sharma A. K. High emittance black nickel coating on copper substrate for space applications // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 643. P. 263–269.
12. Hadi S., Buwono H. P., Setiawan A., Valeria S. S. M., Setyawan H. Testing of black chromium coating on low carbon steel // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1073. 012075. DOI: 10.1088/1757-899X/1073/1/012075
13. Jeeva P. A., Karthikeyan S., Narayanan S. Performance characteristics of corrosion resistant black coatings // Procedia Engineering. 2013. Vol. 64. P. 491–496.
14. Abrashov A. A., Grigoryan N. S., Vagramyan T. A., Shcherbina E. A. Durable light-absorbing coatings for structural steels // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. P. 71–74.
15. Kotsedi L., Nuru Z. Y., Mthunzi P., Muller T. F. G. et al. Femtosecond laser surface structuring and oxidation of chromium thin coatings: black chromium // Appl. Surf. Sci. 2014. Vol. 321. P. 560–565.
16. Nunes R. A. X., Costa V. C., Sade W., Araújo F. R., Silva G. M. Selective surfaces of black chromium for use in solar absorbers // Materials Research. 2018. Vol. 21, Iss. 1. e20170556.
17. Medeiros I. D. M., Gomes K. C. Selective solar surface solar based on black chromium: Influence of electrodeposition parameters in the absorption of surfaces // Materials Research. 2019. Vol. 22, Iss. 2. e20180625.
18. Wilbur S., Abadin H., Fay M., Yu D. et al. Toxicological profile for chromium // Agency for Toxic Substances and Disease Registry (US). Atlanta, GA, USA, 2012. — 592 p.
19. World Health Organization. Chapter 6.4–Chromium. In Air Quality Guidelines for Europe, 2nd ed.; European Series No. 91; WHO Regional Publications: Copenhagen, Denmark, 2001. P. 1–14.
20. Kimbrough D. E., Cohen Y., Winer A. M., Creelman L., Mabuni C. A critical assessment of chromium in the environment // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 1999. Vol. 29. P. 1–46.
21. Gharbi O., Thomas S., Smith C., Birbilis N. Chromate replacement: What does the future hold? // Materials Degradation. 2018. Vol. 2, Iss. 12. P. 1–8. DOI: 10.1038/s41529-018-0034-5
22. Pellerin C., Booker S. M. Reflections on hexavalent chromium: health hazards of an industrial heavyweight // Environmental Health Perspectives. 2000. Vol. 108, Iss. 9. P. A402–A407. DOI: 10.1289/ehp.108-a402.
23. Rahman Z., Singh V. P. The relative impact of toxic heavy metals (THMs) (arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr)(VI), mercury (Hg), and lead (Pb)) on the total environment: an overview // Environmental Monitoring and Assessment. 2019. Vol. 191, Iss. 7. DOI: 10.1007/s10661-019-7528-7
24. Vaiopoulou E., Gikas P. Regulations for chromium emissions to the aquatic environment in Europe and elsewhere // Chemosphere. 2020. Vol. 254. 126876.
25. Kalidhasan S., Kumar A. S. K., Rajesh V., Rajesh N. The journey traversed in the remediation of hexavalent chromium and the road ahead toward greener alternatives – A perspective // Coord. Chem. Rev. 2016. Vol. 317. P. 157–166.

26. Смирнов К. Н. Некоторые рекомендации по контролю работоспособности гальванических растворов // Гальванотехника и обработка поверхности. 2005. Т. ХIII. № 2. С. 6–9.
27. ГОСТ 9.302–88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля. — Введ. 01.01.1990.
28. Абрашов А. А., Григорян Н. С., Алешина В. Х., Шлома О. А. Получение черных защитно-декоративных молибденсодержащих покрытий на оцинкованной стали // Цветные металлы. 2022. № 9. С. 22–27.
29. Aleshina V. Kh., Grigoryan N. S., Asnis N. A., Abrashov A. A. et al. Effect of organic additives on copper electrodeposition in the manufacture of printed boards // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. 2023. Vol. 12, Iss. 1. P. 126–144. DOI: 10.17675/2305-6894-2023-12-1-7
30. Shawki S., Mikhail S. Black nickel coatings for solar collectors // Mater. Manufact. Process. 2000. Vol. 15, Iss. 2. P. 737–746.
31. Сидельникова С. П., Ющенко С. П., Дикусар А. И. Морфология, структура и состав покрытий при электроосаждении «черного никеля» // Электронная обработка материалов. 2009. № 4. С. 93–101.