Электроосаждение бинарных железо-кобальтовых покрытий

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ БИНАРНЫХ ЖЕЛЕЗО-КОБАЛЬТОВЫХ ПОКРЫТИЙ Б.С. Блинков, В.В. Серебровский, Л.Н. Серебровская

Аннотация. Рассмотрен способ восстановления изношенных деталей машин электроосаждением бинарных железо-кобальтовых покрытий с последующим упрочнением.

Ключевые слова: показатель асимметрии, бинарные покрытия, электроосаждение, микротвердость.

Более 85 % деталей тракторов и автомобилей и 95% деталей двигателей выбраковывают при износе не более 0,3 мм [1. - С.20]. Их целесообразно восстанавливать гальваническими покрытиями. Преимуществами такого способа восстановления перед другими являются: отсутствие термического воздействия на детали; получение с большой точностью заданной толщины покрытий; осаждение покрытий с заданными непостоянными по толщине физико-механическими свойствами; одновременное восстановление большого числа деталей; возможность автоматизации процесса [2. - С.100].

В течение последних лет значительно расширились области применения кобальта и его сплавов. Большой интерес в связи с этим представляют перспективные исследования, направленные, на разработку процессов электроосаждения покрытий сплавами на основе кобальта, в частности, сплавами кобальта с металлами подгруппы железа. Проведенные нами исследования показали возможность электроосаждения сплавов кобальта с железом из хлоридных электролитов.

Для приготовления электролитов исходные компоненты растворялись отдельно в небольших количествах дистиллированной воды, и после соединения раствор доводили до расчетного объема. Электроосаждение проводилось с растворимыми анодами из малоуглеродистой стали после предварительной проработки.

Сплав железо-кобальт наносился из электролита состава, кг/м3: хлорид железа - 400-500; хлорид кобальта - 212. Осаждение осуществлялось на асимметричном токе [3. -С. 37].

Результаты исследований показали, что увеличение катодной плотности тока до 28-32 А/дм2 приводит к росту выхода сплава по току, при этом содержание кобальта в сплаве падает. Повышение показателя асимметрии приводит к снижению выхода сплава по току. О качестве осадков судили по внешнему виду и микроструктуре. Блестящие осадки были получены в интервале плотностей тока 5-30 А/дм2 и коэффициенте асимметрии в=5...6. При дальнейшем повышении показателя асимметрии осадки получались светло -серыми.

Металлографический анализ сплава проводился с помощью микроскопа МИМ-8 (*1000). Исследования показали, что осадки, полученные при показателе асимметрии от 4 до 8, обладают развитой сеткой трещин. Понижение показателя асимметрии до 4 и ниже приводит к образованию беспористых осадков. При повышении показателя асимметрии выше 6 и плотности тока более 30 А/дм2 получались темные шероховатые осадки, что, вероятно, связано с быстрым защелачиванием прикатодного слоя. В результате был выбран следующий режим электролиза, обеспечивающий получение качественных осадков: показатель асимметрии - 6, плотность тока - 5-30 А/дм2, рН - 0,8-1,0. Исследования показали, что окисление сплава железо-кобальт начинается при температуре отжига -400°С.

Рентгеноструктурный анализ сплава железо-кобальт, содержащего 1,2 % кобальта, показал, что сплав представляет собой твердый раствор кобальта в альфа-железе.

Следует отметить, что микротвердость осадков зависит от совокупности параметров. Наиболее сильно влияют на микротвердость осадка показатель асимметрии, концентрация, кислотность электролита, плотность тока [4. - С. 57]. Микротвердость покрытий измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при усилии на индентор 1Н. Микротвердость осадков сплава железо-кобальт изучалась в зависимости от плотности тока и показателя асимметрии электролиза при оптимальной концентрации компонентов и рН электролита. Микротвердость покрытий в изученных условиях электролиза изменялась от 5000 до 7240 МПа. Повышение плотности тока до 30 А/дм сопровождалось постепенным увеличением микротвердости, достигая предельного значения при 30 А/дм2. Повышение показателя асимметрии вызывало повышение микротвердости при всех плотностях тока. Скорость увеличения микротвердости на начальном участке до плотности тока 30 А/дм2 и снижение на участке более высоких плотностей тока характеризуется почти одинаковым наклоном кривых. Так, например, в электролите оптимального состава при в=6 микротвердость увеличивалась от 6000 МПа при 5 А/дм2 до 7240 МПа при 30 А/дм2. Понижение в при этих же условиях приводит к снижению микротвердости от 7240 МПа при в=6 до 6500 МПа при в=4 [5. - С. 2]. Величины внутренних напряжений находятся в пределах от 30 до 250 МПа. Самыми большими внутренними напряжениями обладают тонкие покрытия. С увеличением толщины покрытия происходит их резкое снижение. Так, при толщине покрытия 2 мкм внутренние напряжения составляют 250 МПа, а при толщине 20 мкм величина их снижается до 30 МПа при одном и том же показателе асимметрии (в=6) и плотности тока (20 А/дм2;.

Исследование влияния плотности тока на величину внутренних напряжений сплава проводилось в осадках приблизительно одинаковой толщины. Результаты показали, что плотность тока оказывает значительное влияние на величину внутренних напряжений, которые возрастают до предельной величины при 20-25 А/дм2 и снижаются при дальнейшем увеличении плотности тока. Повышение показателя асимметрии приводит к снижению внутренних напряжений покрытий при всех толщинах и всех плотностях тока, по-видимому, в результате получения более крупнокристаллического осадка.

Одним из наиболее важных характеристик покрытий является их износостойкость. Исследование износостойкости проводилось на машине СМЦ-2 при усилии на колодке 150Н и частоте вращения 65 мин-1. Исследовалась износостойкость образцов, покрытых сплавом железо-кобальт с содержанием кобальта до 2 %. Пары трения состояли из верхнего ролика с исследуемым покрытием и нижнего ролика, изготовленного из стали 45 закаленной с нагревом ТВЧ. Для сравнительной оценки при тех же условиях испытывалась пара трения, электролитическое железо - закаленная сталь 45.

Выводы

1. Электролитический сплав железо-кобальт по результатам испытаний обладает износостойкостью, в 1,61,7 раза превышающей износостойкость контрольных образцов. Износ сплава железо-кобальт равномерный без задиров и схватывания поверхностей.

2. Проведенные исследования указывают на возможность использования электролитического сплава железо-кобальт в качестве износостойкого и долговечного покрытия.

Список использованных источников

1 Серебровский В.И. Электроосаждение двухкомпо-нентных покрытий на основе железа и их химико - термическая обработка для упрочнения и восстановления деталей машин: дисс. доктора технич. наук. - Курск, 2004. - 371 с.

2 Гадалов В.Н., Серебровский В.И. Структура и физико-механические свойства сталей, сплавов и многофункциональных покрытий. Монография. - Курск, 2003. - 318 с.

3 Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Серебровский В.И., Колмыков Д.В. Электроосаждение двухкомпонентных покрытий на основе железа // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2008. - № 1. - С. 36-39.

4 Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П. К вопросу о твердости электроосажденных покрытий на ос-

нове железа // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2008. - № 2. - С.56-57.

5 Патент 2230836 Российская Федерация. Способ электролитического осаждения сплава железо-кобальт / Сереб-ровский В.И., Серебровская Л.Н., Коняев Н.В. - опубликован 20.06.04. - 3 с.

Информация об авторах

Блинков Борис Сергеевич, аспирант ФГБОУ ВО Курская ГСХА.

Серебровский Вадим Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Юго-Западного государственного университета.

Серебровская Людмила Николаевна, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО Курская ГСХА.

ELECTRODEPOSITION OF BINARY IRON-COBALT COATINGS B.S. Blinkov, V.V. Serebrovsky, L.N. Serebrovskaya

Abstract. Considered a method of repairing worn machine parts by electrodeposition of binary iron-cobalt coatings with subsequent hardening.

Key words: asymmetry index, binary coatings, electrodeposition, microhardness, iron-cobalt coating.