17 декабря, понедельник
Ростов-на-Дону
Погода от -5 до -3
Рубрики
Электронный кабинет ФЕРМЕРА








Оптимизация электролитов-коллоидов для электроосаждения покрытий, содержащих наночастицы
Оптимизирован состав электролита для получения композиционных электрохимических покрытий, на основе никеля, сплава никель-бор, содержащих наночастицы с высокими физико-механическими характеристиками – микротвердостью, износостойкостью. Ключевые слова: электролит, покрытие, микротвердость, износостойкость.

Широкие перспективы использования в различных отраслях промышленности для улучшения поверхностных свойств материалов имеют, наряду с покрытиями никелем, никель-бором, композиционные покрытия на их основе, содержащие наночастицы. В настоящей работе в качестве наночастиц, добавленных извне использовались  частицы ультрадисперсного алмаза (УДА).

Невысокая износостойкость композиционных электрохимических покрытий никель-УДА в режиме сухого трения даже при малых нагрузках [ 1 ] показывает необходимость дальнейших исследований. Было принято решение расширить интервалы варьирования УДА и боросодержащего компонента - АПБ, а также ввести в матрицу новые факторы, которые раньше не изучались. При исследовании таких физико-механических свойств гальванических покрытий как износостойкость и микротвердость, необходимо учитывать их взаимозависимость. Высокая твердость может гарантировать высокую износостойкость, а в некоторых случаях в твердых осадках наблюдаются высокие внутренние напряжения и  покрытие быстро разрушается при трении. В связи с техническими трудностями износостойкость как параметр оптимизации заменили микротвердостью. Решили проверять износостойкость лучших, выбранных в результате выполнения опытов, покрытий. Одновременно оценивали внешний вид и процент отслаивания покрытия по линии излома.

С целью выбора оптимального состава электролита для электроосаждения износостойкого композиционного электрохимического покрытия на основе сплава никель-бор и определения оптимального режима электролиза применили метод математического планирования экстремальных экспериментов Бокса-Уилсона.

В качестве закрепленных факторов выбраны следующие: концентрация борной кислоты, равная 30 г/л; катодная плотность тока, равная 5А/дм2; концентрация сульфата аммония, равная 20 г/л. Толщина наносимого на образцы катодного осадка составляла 30 мкм.

Реализована матрица планирования типа 26-3. Дублирование производили на основном уровне. В результате статистического анализа получено адекватное уравнение регрессии: у= 13,32 + 4,05х1 + 4,25х2

Согласно уравнению регрессии микротвердость КЭП возрастает с увеличением концентрации двух добавок УДА и АПБ.  В результате проведенных исследований лучшим оказался электролит следующего состава (г/л): хлорид никеля шестиводный  200, борная кислота 30, сульфат аммония 20, сахарин 1,0, УДА 1,94, АПБ 1,22, рН 3,0, катодная плотность тока 5 А/дм2, температура комнатная, перемешивание 100 оборотов в минуту. В дальнейшем этот электролит будем называть оптимальным для получения КЭП  никель-бор-УДА. Содержание алмаза в покрытии, полученном из этого электролита, составило 0,59±0,05 масс.%, с доверительной вероятностью 0,95. Покрытие светлое, матовое, при изгибе «не трещит», микротвердость 23 ГПа.

С учетом дополнительных опытов определены следующие пределы содержания компонентов электролита и режимов электролиза (г/л) : хлорид никеля шестиводный  200 - 250, борная кислота 30 - 35, сульфат аммония 30 - 40, сахарин 1,0 - 1,5, УДА 0,52 - 1,24, АПБ 0,97 - 1,97, рН 3,0, катодная плотность тока 1 - 5 А/дм2, температура комнатная, перемешивание 100 -  120 оборотов в минуту. Микротвердость покрытий составляет 15-23 ГПа.

Микротвердость покрытий является важным физико-механическим параметром, однако, недостаточным для полной их характеристики. Поэтому в дальнейшем изучали износостойкость покрытия никель-бор-ультрадисперсный алмаз. Испытания проводили по определенной методике [2]. Покрытия никель-бор-УДА получали из электролита оптимального состава для получения КЭП никель-бор-УДА, покрытия никель-УДА - из электролита оптимального состава для получения КЭП никель-УДА, покрытия хромом   - из электролита для получения износостойких покрытий хромом, следующего состава (г/л): хромовый ангидрид 250, серная кислота 2,3,температура 60оС, катодная плотность тока 60 А/дм2. Значения диаметра пятна износа (мм) при нагрузке на точечный контакт 27 кг: с использованием СОЖ РВ: никель-бор 0,80±0,07; никель-бор-УДА 0,75±0,20; хром 0,58± 003; режим  сухого трения: никель-бор 2,30±0,22; никель-бор-УДА 1,45±0,17; хром 1,95±0,45.

Лучшая износостойкость покрытия покрытия  никель-бор-УДА в режиме сухого трения и худшая по сравнению с хромом при трении со мазкой, объясняется по нашему мнению, следующим: во-первых, благодаря высокой пористости покрытий хромом СОЖ, попадая в более пористое покрытие, обуславливает его лучшую прирабатываемость, в отличие от практически беспористого при толщине 30 мкм, покрытия никель-бор-УДА. Во-вторых, за счет высокой твердости покрытие, содержащее бор, недостаточно пластично, поэтому износостойкость КЭП никель- ультрадисперсный алмаз превосходит и покрытие никель-бор-УДА и износостойкий хром при высоких нагрузках (67, 80, 93 кг на точечный контакт)  в режиме трения со смазкой.

В то же время, в режиме сухого трения лучшая износостойкость покрытия никель-бор-УДА по сравнения с КЭП никель-УДА и хромовым покрытие, объясняется более высокой твердостью, а также тем, что при разрушении покрытия частицы композиционной добавки, возможно, играет роль твердой смазки, обуславливая лучшую работу КЭП на износ.

Список литературы:

1.     Дегтярь Л.А. Физико-механические характеристики композиционных электрохимических покрытий на основе никеля.// Материалы международной научно-практической конференции: Инновационные пути развития АПК: проблемы и перспективы. 6-8 февраля 2013 г. - пос. Персиановсиский 2013г. - с.12.

2.     Шульга Г.И. Методические указания по курсу «Технология машиностроения». Новочеркасск: НПИ, 2009. -  26 с.

Рубрики: инновации
Дата публикации 28 января 2015 г. 10:50, Автор Л.А. Дегтярь
Комментарии Комментарии:
Оставить отзыв: