Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

Главным рабочим органом криогенного гироскопа является сферическое инерционное тело, покрытое особо чистым ниобием, поверхность которого должна соответствовать 1 1 - 1 2 классам обработки, а содержание металлических примесей должно быть < 1 0 -3 мас. % [ 1 , 2 ]. Расплавленные соли являются практически единственной средой для электроосаждения покрытий ниобия. Наиболее распространенные электролиты для получения покрытий — галогениды щелочных металлов, содержащие соли ниобия (NbCl5, K 2 NbF7) [3]. Однако хлоридные электролиты практически не используются из- за высокого давления пара NbCl5, их нестабильности и гигроскопичности. При использовании чисто фторидных расплавов возникает проблема отмывки электролита, и для удаления соли при обработке покрытия в водных растворах применяют ультразвук, что приводит к удорожанию процесса и в ряде случаев к разрушению покрытия. В настоящей работе использовался хлоридно-фторидные расплав состава NaCl — KCl — NaF (10 мас. %) — K 2 NbF 7 ( 8 мас. %), поскольку удаление такого электролита с поверхности покрытий происходит легко, а давление пара хлоридно-фторидных солевых систем значительно ниже хлоридных. Хлориды натрия, калия квалификации «ч. д. а.» подвергали перекристаллизации, прокаливали в муфельной печи, помещали в кварцевую реторту. Реторту вакуумировали до остаточного давления 3 Па сначала при комнатной температуре, а затем при постепенном ступенчатом нагревании до 200, 400, 600 °С. После этого ее заполняли аргоном и расплавляли электролит. Фторид натрия очищался двойной перекристаллизацией из расплава; NaF сушился при температуре 400-500 °С в вакууме, затем нагревался до температуры на 50 °С выше точки плавления, выдерживался при этой температуре в течение нескольких часов и затем медленно охлаждался со скоростью 3-4 градуса в минуту до температуры на 50 °С ниже точки плавления. После затвердевания соль переносили при 120 °С в перчаточный бокс с контролируемой атмосферой (содержание О 2 и Н2О < 2 ppm) и в боксе механически удаляли загрязнения. Гептафторониобат калия готовили перекристаллизацией из растворов плавиковой кислоты высокочистой соли (содержание металлических примесей на уровне 10 -3 мас. %) производства опытного цеха Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН с последующей промывкой этиловым спиртом и сушкой в вакуумном шкафу при 110-120 °С. Электроосаждение покрытий ниобия осуществляли при температуре 750 °С. Катодная плотность тока при электролизе варьировалась от 0,5 •10 -2 до 2,0-10 -2 А-см -2 [4]. При работе со сферическими подложками диаметром 1 0 мм использовали токоподвод, выполненный в виде двух горизонтально и параллельно расположенных дисков. Нижний диск имеет бортик для предотвращения падения сферы и укреплен на вертикальном вращающемся валу верхнеприводной мешалки. Электрический контакт осуществлялся в любой точке сферы за счет перекатывания между дисками. Неупорядоченная траектория каждой точки поверхности сферы позволяла получать равномерные по толщине осадки. Скорость вращения мешалки во всех экспериментах не изменялась и была выбрана равной 35 оборотов в минуту. В ходе исследований было установлено, что оптимальная плотность тока для получения сплошных равномерных покрытий составляет 1,510-2 А-см-2. Нанесение покрытий проводили в два этапа: первый электролиз — 12 ч, второй — 8 ч. Данная схема позволяет получить равномерное покрытие толщиной до 140 мкм. На первом этапе были использованы сферические подложки из углеситалла [5]. На рис. 1 представлен внешний вид ротора до и после нанесения покрытия. б Рис. 1. Внешний вид сферического ротора до (а) и после (б) нанесения покрытия Необходимо отметить, что идеальная сфера обладает бесконечным множеством одинаковых осевых моментов инерции, поэтому вращение относительно любой из них будет равнозначным. На практике это приводит к тому, что сфера вращается хаотично в гироскопе, что делает невозможным регистрацию точного положения в пространстве. Для нивелирования этой проблемы было решено утяжелить ротор по экватору путем среза части материала подложки с последующим нанесением ниобиевого покрытия (создание «пояска» по диаметру). Поясок Л а 404