Особенности использования легирующих элементов при нанесении гальванопокрытий

агроинженерия

_______________________________________________________________________________________

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ НАНЕСЕНИИ ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ

С.А. Богомолов,

Е.А. Афанасьев,

В.В. Серебровский,

Р.В. Степашов

Восстановление деталей выступает как одно из стратегических и приоритетных направлений ресурсосбережения, новейшие технологии приближают восстановленные детали по уровню качества к новым, стирают грань между первичными и вторичными ресурсами, превращая их в альтернативные. Восстановление деталей обеспечивает значительное сокращение расхода запасных частей, экономию денежных средств и трудовых затрат при ремонте техники. Для большой номенклатуры деталей себестоимость их восстановления составляет 30 - 70% от цены новых деталей, а ресурс зачастую значительно выше благодаря использованию упрочняющих технологий. Наиболее распространенными способами восстановления деталей в ремонтном производстве России и за рубежом являются дуговая наплавка, контактная наварка металлического слоя, газотермическое напыление, нанесение полимерных и гальванических покрытий. Большинство деталей, поступающих на участки восстановления, имеют износ менее 0, 3 мм. Эффективным способом их восстановления является нанесение гальванопокрытий. По сравнению с распространенными сварочно-наплавочными способами он имеет следующие преимущества: отсутствие коробления детали, небольшие припуски на механическую обработку, возможность регулирования свойств покрытий в широких пределах путем изменения режимов электролиза, получение покрытий высокого качества из недефицитных дешевых материалов.

Для исследования были выбраны железные покрытия, легированные фосфором, молибденом и вольфрамом.

Выбранные элементы характеризуются следующими свойствами.

Вольфрам обладает рядом ценных свойств. Для этого металла характерны высокие показатели прочности. Коэффициент сжимаемости вольфрама является самым низким по сравнению с коэффициентами сжимаемости всех остальных металлов. Возрастающий интерес к описываемому элементу объясняется высокой температурой плавления, высокой жаропрочностью, значительным сопротивлением усталости, большой тепло- и электропроводностью. Недостатком вольфрама является то, что он плохо поддается механической обработке, однако это в определенной степени может быть преодолено при использовании электрохимических методов изготовления и защиты деталей.

В сплаве с железом вольфрам будет способствовать упрочнению основы сплава (железа), повышению его теплостойкости, износостойкости и антифрикционности.

Молибден относится к группе металлов, которые при трении не проявляют большой склонности к схватыванию и образуют хрупкие, легко разрушающиеся окисные пленки. Чистый молибден обладает исключительно высокой износостойкостью, значительно превышающей износостойкость хрома, и имеет низкий коэффициент трения. Износ происходит без схватывания, тогда как хром для тех же условий при трении о закаленную сталь изнашивается со схватыванием. Не менее ценным свойством является и то, что молибден, обладая сравнительно высокой твердостью, сохраняет ее к концу испытаний. Это свидетельствует о высокой теплостойкости молибдена.

В бинарном сплаве с железом молибден будет способствовать повышению его коррозионноостойкости, а также износостойкости и антифрикционности.

Фосфор. Электроосажденные сплавы фосфора с металлами группы железа представляют значительный научный и практический интерес. Это объясняется тем, что фосфор придает электролитическим осадкам особые механические и эксплуатационные свойства, а их термообработка значительно повышает твердость и износостойкость покрытий.

Легирование железа вышеуказанными элементами обеспечит комплекс технологических, механических и эксплуатационных свойств, который необходим для решения проблемы долговечности машин.

Этому должно предшествовать подробное изучение данных систем, сопровождающееся тщательными исследованиями прочностных характеристик, износостойкости и антифрикционности в зависимости от условий их получения и условий изнашивания.

Микротвердость является важнейшей характеристикой свойств сплавов, так как она позволяет косвенно оценить другие механические характеристики сплавов, между которыми имеется определенная корреляция.

В зависимости от состава и концентрации электролита микротвердость покрытия существенно изменяется. Так, с увеличением концентрации хлористого железа в электролите с 200 до 600 кг/м³ микротвердость покрытия снижаетеся почти на 2000 МПа (рисунок 1), а добавки в этот электролит небольших количеств молибдена, вольфрама и фосфора способствуют увеличению микротвердости на 2500-3000 МПа.

Рисунок 1 - Влияние количества хлористого железа на микротвердость покрытия

При увеличении содержания молибдена и вольфрама микротвердость покрытий проходит через максимум, достигая уровня 8000…8300 МПа. Микротвердость молибдена и вольфрама составляет около 3500…3700 МПа, железа - 600 МПа.

Микротвердость Fe - P покрытия при увеличении концентрации хлорида железа уменьшается. При изменении содержания FeCl₂. 4H₂O в пределах от 300 до 600 кг/м³ микротвердость покрытий падает от 8500 до 7300 МПа (рисунок 1). Очевидно, это связано с тем, что повышение концентрации хлористого железа затрудняет адсорбцию гипофосфит - иона на катоде. Уменьшение концентрации хлористого железа ниже 300 кг/м³ при прочих равных условиях приводит к формированию напряженных и плохо сцепленных с подложкой осадков. Увеличение концентрации молибдата аммония и вольфромата натрия в электролите вызывает увеличение содержания молибдена и вольфрама в покрытии (рисунок 2). При этом микротвердость проходит через максимум [1.-C.138-185]. Максимальная микротвердость легированных покрытий составляет 8250-8300 МПа при содержании молибдата аммония 1 кг/м³, а вольфрамата натрия - 2, 7 кг/м³. Это значительно превышает твердость железа, вольфрама и молибдена, полученных методом литья. Микротвердость молибдена и вольфрама составляет около 3500-3700 МПа, железа - 600 МПа [2.-C.230].

Рисунок 2 - Влияние количества легирующего элемента на микротвердость покрытия

Уменьшение коэффициента асимметрии в пределах от 5 до 1 значительно влияет на микротвердость сплавов (рисунок 3). При снижении показателя асимметрии до значений - 1, 3-1, 5, микротвердость сплавов уменьшается до 3500 МПа. Такое влияние названного параметра асимметричного тока на микротвердость обусловлено увеличением размеров осаждаемых кристаллов и, как следствие, улучшением условий для движения дислокаций в кристаллической решетке покрытия.

Рисунок 3 - Влияние коэффициента асимметрии тока на микротвердость покрытия

Рисунок 4 - Влияние плотности тока на микротвердость покрытия

При повышении плотности катодного тока микротвердость покрытий возрастает до некоторого предела, после чего стабилизируется на определенном достаточно высоком уровне. Наблюдаемое замедление и прекращение роста твердости покрытий при повышении плотности тока свидетельствует о том, что микротвердость электролитических железо-молибденовых, железо-вольфрамовых и железо-фосфорных покрытий в этих условиях приближается к определенному предельному значению (рисунок 4). Это явление можно рассматривать как своеобразное упрочнение, которое, по-видимому, ограничено физической природой осаждаемых сплавов, когда упрочнение сплавов достигает предельных значений и при дальнейшем форсировании режима остается неизменным. При увеличении плотности тока выше критического значения, равного 50-55 А/дм², в покрытии появляется значительное количество окислов молибдена и вольфрама, что значительно отражается как на количественных показателях процесса, так и на внешнем виде покрытий [3.-C. 4-8].

Итак, причиной высокой твердости являются мелкозернистость (мелкоблочность) и микроискажения кристаллической решетки сплава, характер роста и плотность дефектов структуры, которые обусловливаются включениями легирующих компонентов. Легирующие компоненты и водород образуют с железом твердые растворы замещения и внедрения, вызывая искажения кристаллической решетки; молекулярный водород, гидраты, оксиды и другие кристаллы распадаются на маленькие когерентные зоны решеток, блоки измельчаются. Микротвердость сплавов железа зависит от структуры, которая плотностью определяется составом электролита и режимом электролиза.

Список использованных источников

гальванопокрытие легирующий деталь изношенный

1 Серебровский, В.И. Электроосаждение двухкомпонентных покрытий на основе железа и их химико-термическая обработка деталей машин: диссертация. - Курск: КГТУ, 2004. - 362 c.

2 Кэй, Д. Таблицы физических и химических постоянных/Д. Кей, Т. Лобию. - М.: Физматгиз, 1962.- 247 с.

3 Косов, В.П. Влияние промышленного переменного тока на процесс гальванического осаждения железа/ В.П. Косов, Ю.Н. Петров, Д.М. Эрлих// Научные труды Кишинёвского СХИ.- Кишинёв, 1974. -95 с.

Размещено на Allbest.ru