Износостойкость композиционных покрытий никелем

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК: 540.185; 621.793

Р. Е. Фомина, Г. Г. Мингазова, С. В. Водопьянова,

В. В. Жиляков

ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЕМ

Ключевые слова: КЭП Ni—AI2O3, выход по току, изностойкость, микротвердость.

Исследованы свойства композиционных электрохимических покрытий (КЭП) на основе никеля, содержащие наночастицы AI2O3. Показано, что эти частицы улучшают физические свойства покрытий.

Key words: ECC Ni—AI2O3, an exit on a current, wearresistance, microhardness.

The properties of electrochemical composite coatings (ЕСС) on nickel containing nanoparticles AI2O3 has been investigated It is shown that these particles improves the physical properties of the coatings.

Важное значение имеет разработка новых видов покрытий, обладающих повышенной твердостью, износостойкостью, коррозионной устойчивостью, паяемостью, улучшенными электрическими и другими эксплуатационными свойствами. В последнее время интенсивно разрабатываются технологии нанесения различных композиционных электрохимических покрытий (КЭП), способных заменить хромовые покрытия. Наиболее перспективными являются КЭП на основе никеля. Такие КЭП, содержащие в качестве дисперсной фазы (ДФ) твердые оксиды, карбиды, нитриды металлов, твердые смазки используются для предания поверхности деталей машин необходимых физических свойств: твердости, абразивной стойкости, сопротивления износу [1-4].

Целью работы являлось создание КЭП с никелевой матрицей для улучшения эксплуатационных характеристик путем его модифицирования включениями ДФ.

Для определения оптимальных условий получения КЭП изучали выход никеля по току в зависимости от плотности тока. Результаты показали, что выход никеля по току при плотности тока 1 А/дм2 составляет 81 %, увеличение плотности тока до 1,5 А/дм2 приводит к возрастанию выхода по току до 90 %. Дальнейшие повышение ik до 2 А/дм2 понижает выход по току до 85 %. При плотности тока 1,5 А/дм2 получаются качественные никелевые покрытия: ровные без дендритов, однородные по цвету.

Дальнейшие исследования проводили при плотности тока 1,5 А/дм2, так как этому значению соответствует максимальный выход никеля по току и осаждаются качественные покрытия.

Составы КЭП определяли косвенным методом при концентрации ДФ 10,25,35 г/дм3 в электролите. В полученных осадках содержание AI2O3 достигало около 2-5 мас.%.

Величину износа определяли по потере массы с поверхности образца. Данные по износу представлены в таблице.

Из табл. 1 следует, что КЭП Ni-Al2O3 -35 г/дм3 более стойкое к износу, почти в 2 раза, чем эталонное никелевое покрытие. Микротвердость по Виккерсу композиционных покрытий незначительно повышается с ростом количества включений частиц в матрицу.

Таким образом, КЭП с матрицей из никеля с включениями наночастиц AI2O3 по эксплуатационным характеристикам превосходят контрольные покрытия. Это связано с тем, что структура и морфология композиционных покрытий изменяется от количества внедренных частиц в металлическую матрицу. Частицы меняют характер электрокристаллизации никеля и способствуют образованию мелкокристаллической структуры, что приводит к увеличению микротвердости покрытий. Часто увеличение твердости покрытий приводит к росту износо-

Покрытия Количество включений, ат> % Износ покрытий, мг Микротвердость по Виккерсу , МПа

Эталонное покрытие 0 17.9 3940

Ы1-А!2О3 -35 г/дм3 2,5 9,2 4361

Эталонное покрытие 0 15,3 4038

Ы1-А!2О3 -35 г/дм3 4,7 9 4753

стойкости их. Это явление можно обьяснить [3] как повышением износостойкости собственно никеля, так и усилением упрочняющего эффекта частиц А^Оз , которые не «утопают» в более твердой матрице.

Методика эксперимента

Для исследования процесса нанесения КЭП с матрицей из никеля использовали электролит следующего состава, г/дм3: М1БО4-7Н2О - 150; (КН^БО,»- 4,5; N^0! - 6; pH . В качестве ДФ использовали нанопорошок А!2О3. Он изготовлен в соответствии ТУ 1791-002-36280340-2005: Буд =

2 3

21 м /г; средний размер частиц составляет 30 нм. Концентрация ДФ составляла 10, 25, 35 г/дм .

КЭП получали из электролита, модифицированного ДФ. Покрытия наносили на стальные пластины площадью 8 см2, подготовленные известными методами [5]. Анодом служили никелевые пластины. Использовали постоянное перемешивание магнитной мешалкой. Толщина покрытий составляла 20 мкм. Массовое содержание частиц в покрытиях определяли гравиметрически (косвенным методом) [1].

Измеряли выход никеля по току кулонометрически по методике [5]. Износостойкость покрытий определяли трением испытуемого и эталонного образцов о поверхность с закрепленными на ней абразивными частицами при статической нагрузке Р = 0,94 МПа и отсутствии нагревания, в соответствии с ГОСТом 17367-71.Эталоном служила никелированная поверхность. Микротвердость по Виккерсу определяли на микротвердомере НМУ- 2Т фирмы “8Н1МАБ2и”.

Работа выполнена по теме «Проведение научных исследований коллективами научнообразовательных центров в области создания и обработки композиционных керамических материалов для машино-, авиастроения, химической промышленности и стройиндустрии», шифр заявки 2009-1.1-210-027-003.

Литература

1. Сайфуллин, Р.С. Неорганические композиционные материалы / Р.С. Сайфуллин. - М.: Химия, 1983. - 304 с.

2. Павлатоу, Э.А. Влияние условий импульсного осаждения металла на структуру и свойства нанокри-сталлических покрытий из чистого никеля и никелевых композитов / Э. А. Павлатоу, Н. Спиреллис // Электрохимия. - 2008. - Т. 44, № 6. - С. 804.

3. Перене, Н.С. Износостойкость композиционных №^С покрытий (1. Влияние твердости и фазового состава покрытий на их изностойкосты) / Н. С. Перене, Л. И. Тайцас // Тр. АН Лит. ССР. - 1979. - Т. 1. - С. 27 - 30

4. Нагаева, Л.В. Применение нанопорошко в электролитах никелирования как способ получения никелевых покрытий, по свойствам не уступающим хромовым покрытиям / Нагаева Л.В// Корро-зия:материалы, защита. - 2007. - № 9. - С.32-36

5. Левин, А.И. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии / А.И.Левин, А.В. Помосов. -М.: Металлургия, 1979. - 311с.

© Р. Е. Фомина - канд. хим. наук, доц. кафедры технологии неорганических веществ и материалов КГТУ; Г. Г. Мингазова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры; С. В. Водопьянова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры, rsaif@kstu.ru; В. В. Жиляков - - канд. техн. наук, доц. каф. ТКМ КГТУ.