Упрочнение электроосажденного железа ванадием

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Упрочнение электроосажденного железа ванадием

Одной из основных эксплуатационных характеристик работающей детали является её износостойкость. Она зависит от конструкции детали, свойств материала, из которого изготовлена деталь, и условий трения. Износ приводит к снижению функциональных качеств изделий и потере их потребительской ценности. Увеличению износостойкости изделий способствуют как применение материалов с высокой прочностью, так и конструктивные решения, обеспечивающие общее улучшение условий трения (применение высокока-чественных смазочных материалов, защиты от абразивного воздействия, например, газотер-мическое напыление, металлизация).

Одним из методов защиты металлических деталей от абразивного износа является электроосаждение сплавов - метод модификации свойств поверхности изделия путем нанесения на его поверхность слоя металлического сплава.

На кафедре электротехники и механизации животноводства была проведена серия опытов по электроосаждению сплава железо-ванадий. Во время опытов покрытия осаждали металлические пластинки из стали 45 размером 25Ч25 мм.

Перед электроосаждением образцы шлифовались для удаления ржавчины и обезжиривались в растворе кальцинированной соды.

Непосредственно перед осаждением образца проводилось анодное травление в течение одной минуты. Благодаря анодному травлению удаляется поверхностный слой с образовавшимися на нём оксидами, при этом улучшается сцепляемость покрытия с основным металлом.

Для электроосаждения использовался сернокислый электролит следующего состава: сульфид железа, лимонная кислота, ванадат натрия (NaVO₃), серная кислота для стабильности кислотности.

Количество лимонной кислоты в электролите находится в интервале 5 - 30 г./л. Низкое (ниже 5 г/л) содержание лимонной кислоты приводит к образованию окислов ванадия, что резко ухудшает качество покрытия, снижает его твёрдость. Содержание лимонной кислоты свыше 30 г./л приводит к ухудшению качества покрытия в связи с увеличением содержания углерода. Наиболее оптимальным является содержание лимонной кислоты 10 г./л. Получаемое покрытие имеет микротвердость порядка 8500 МПа.

Содержание серной кислоты находится в пределах 1,0-1,5 г/л. Верхний предел установлен из экономических соображений, электроосаждение железа на катоде происходит с одновременным разряжением водорода. С повышением содержания серной кислоты резко увеличивается количество разряжающегося водорода и падает выход по току. Нижний предел выбран по качественным характеристикам структур электролитического железа. При содержании серной кислоты менее 1 г/л происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытие и этим ухудшает их структуру.

Концентрация сернокислого железа равна 300-400 г./л.

Электролит приготавливался следующим образом.

Ванадат натрия растворялся в воде при нагревании, т.к. его растворимость в воде ограничена. Отдельно растворялась лимонная кислота. Затем эти два раствора смешивались, и образовывался ванадато-цитратный комплекс. К получившемуся соединению приливался раствор сульфида железа. После этого добавлением серной кислоты устанавливалась кислотность в пределах 0,8-1,0.

После приготовления электролита, он фильтровался для удаления нерастворившихся частиц и улучшения качества осаждения.

Электроосаждение производилось на асимметричном токе при плотности тока 30 А/дм².

При осаждении покрытия на постоянном токе подвод ионов железа к прикатодному слою идёт замедленно и происходит обеднение прикатодного слоя электролита ионами железа. Вследствие этого приходится уменьшать плотность тока, что приводит к снижению скорости осаждения. С увеличением силы тока скорость осаждения только уменьшается.

Асимметричный ток существенно улучшает условия протекания многих электролитических реакций. Во время прямой полуволны ионы железа и ванадия из прикатодного слоя восстанавливаются до металла на поверхности образца. Во время обратной полуволны часть осаждённого железа и ванадия стравливается обратно в электролит. Таким образом концентрация ионов железа и ванадия в прикатодном слое увеличивается, что позволяет повысить катодную плотность тока и увеличить скорость осаждения.

Начало осаждения покрытия происходит при коэффициенте асимметрии в=1,2, который обеспечивает высокую сцепляемость покрытия с основой. Если коэффициент асимметрии ниже 1,2, процесс осаждения не происходит. В процессе электроосаждения коэффициент асимметрии постепенно повышают до в =5, который характеризуется высокой и стабильной скоростью осаждения покрытия. Дальнейшее повышение коэффициента асимметрии не рекомендуется, т.к. с дальнейшим снижением анодной составляющей процесс переходит на режим, близкий к постоянному току.

Использовать плотность тока ниже 30 А/дм² нецелесообразно, т.к. процесс электролиза имеет низкую скорость осаждения покрытия. При высокой катодной плотности тока происходит сильное дендритообразование и резко снижается выход по току.

Содержание ванадата натрия в электролите в различных опытах варьировалось от 0 до 10 г./л с интервалом 2 г/л.

У получившихся образцов измерялась микротвёрдость как одно из основных свойств, определяющих износостойкость. Результаты измерения показаны на рисунке.

Зависимость микротвёрдости покрытия от содержания ванадата натрия в электролите

износостойкость деталь ванадий железо

Как видно из рисунка, с увеличением концентрации ванадия в электролите микротвёрдость образцов плавно растёт. По-видимому, это связано с уменьшением размера зерна и увеличением внутренних напряжений. Повышение концентрации ванадия более 8 г/л приводит к снижению микротвёрдости покрытия, что, по-видимому, связано с появлением окислов ванадия в структуре сплава и снижением плотности покрытия.

Выводы

1. Рассмотрен способ получения железо-ванадиевых покрытий из сульфитных электролитов на асимметричном токе. Наиболее рациональное содержание ванадата натрия в электролите - 7-9 г./л.

2. Легирование электроосаждённых железных покрытий ванадием позволяет увеличить микротвёрдость сплавов с 6000 до 8300 Мпа.

Список использованных источников

1 Серебровский В.И. и др. Патент №2231578 Российской Федерации. Способ электролитического осаждения сплава железо-ванадий.

2 Упрочнение деталей транспортных машин гальваническими покрытиями / В.Н. Гадалов, В.И. Серебровский // Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике. - Курск: КГТУ, 2003.-Вып. 5. - с. 86-92.

Размещено на Allbest.ru