Коррозионно- и износостойкость электролитического композиционного покрытия никель - кобальт - алмаз

УДК 621.357.7

КОРРОЗИОННО- И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НИКЕЛЬ - КОБАЛЬТ - АЛМАЗ

© 2012 г. К.В. Мурзенко, И.Ф. Бырылов

Южно-Российский государственный South-Russian State

технический университет Technical University

Разработан хлоридный электролит для нанесения композиционного электролитического покрытия никель - кобальт - алмаз. Исследовано влияние режимов электролиза и состава электролита на физико-механические свойства композиционного электролитического покрытия никель - кобальт - алмаз, осажденного из хлоридного электролита, и показана возможность замены ими износостойкого хромового покрытия.

Ключевые слова: осаждение; композиционное покрытие; никель - кобальт - алмаз; хлоридный электролит; свойства покрытий.

The chloride electrolyte for composite electrolytic nickel - cobalt - diamond coating has been developed. Dependence of wear-resistance characteristics and rust resistance of electrolyte composite coating of nickel -cobalt - diamond, deposited from chloride electrolyte on electrolyte composition, conditions and modes of electrolysis has been studied.

Keywords: deposition; composite coating; nickel - cobalt - diamond; chloride electrolyte; properties coating.

Износ конструкционных сплавов является главным фактором снижения надежности и срока службы деталей, а также приводит к большим затратам на ремонт, изготовление запасных частей и простою оборудования во время ремонта. В связи с этим созданию материалов, обладающих высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения, уделяется большое внимание. Никель является хорошим конструкционным материалом, и поэтому на его основе износостойкие покрытия представляют определенный практический интерес.

Благодаря высокой твердости, износостойкости и хорошей коррозионной стойкости сплавы никеля с кобальтом используются в качестве рабочего слоя при изготовлении пресс-форм для переработки термопластов, а также в машиностроении для увеличения срока службы и восстановления деталей машин и механизмов. Это позволяет использовать их для упрочнения поверхности с целью повышения износостойкости деталей, уменьшения износа сопряженных пар. Однако данные покрытия обладают недостаточной износостойкостью особенно в условиях, например, сухого трения. При испытаниях в таком режиме уже при малых нагрузках образовывались «задиры».

С целью увеличения износостойкости широко применяются композиционные электрохимические покрытия (КЭП) на основе никеля и его сплавов [1]. По своим физико-механическим свойствам КЭП превосходят покрытия, не содержащие в своем составе дисперсной фазы.

Согласно литературным данным [1], наиболее эффективные показатели физико-механических свойств имеют ультрадисперсные композиционные добавки. Различные модификации углерода, в частности алмаза, считаются одной из наиболее успешно используемых композиционных добавок [2].

В качестве композиционной добавки, позволяющей улучшить физико-механические характеристики покрытия никель - кобальт, выбрали ультрадисперсную алмазную суспензию (УДА) (ТУ 84.1124-87).

Предварительные исследования показали возможность использования данного вещества для получения износостойкого КЭП на основе сплава никель - кобальт.

В результате проведенных исследований разработан электролит для нанесения композиционного покрытия никель - кобальт - алмаз состава, г/л: хлорид никеля шестиводный 200 - 350, сульфат кобальта семиводный 8 - 15, борная кислота 30 - 40, сахарин 1,0 - 1,5, УДА 0,5 - 2,5. Режим электролиза: рН 1,5 - 5,0, температура 20 - 60 оС, перемешивание 80 - 120 оборотов в минуту, катодная плотность тока 1 - 5 А/дм2. Микротвердость покрытия составляет 18 - 27 ГПа [3].

Так как данное покрытие разрабатывается для замены хромовых покрытий, которые используются в качестве износостойких, то изучали зависимость износостойкости от нагрузки на трущиеся контакты. Результаты сравнительных испытаний износостойкости КЭП никель - кобальт - УДА и покрытия износостойким хромом приведены в табл. 1.

Таблица 1

Сравнительная оценка износостойкости гальванических осадков

Нагрузка на точечный контакт, кг Смазка Диаметр пятна износа покрытия

Никель-кобальт-УДА Хром

~13 СОЖ РВ 0,67 ± 0,05

20 » » 0,75 ± 0,20 0,58 ± 0,03

~27 » » 0,84 ± 0,16 0,60 ± 0,29

~33 » » 1,02 ± 0,04 0,77 ± 0,13

40 » » 1,16 ± 0,08 0,98 ± 0,07

~53 » » 1,28 ± 0,20 1,38 ± 0,01

60 » » 1,30 ± 0,05 1,49 ± 0,15

~71 » » Задир Задир

~78 » » » »

85 » » » »

~95 » » » »

~13 Сухое трение 1,4 ± 0,03 1,72 ± 0,90

20 То же 1,45 ± 0,17 1,95 ± 0,45

~27 » 1,51 ± 0,37 2,01 ± 0,61

~33 » 2,05 ± 0 2,71 ± 0,43

~47 » 2,58 ± 0,20 3,50 ± 0,90

Результаты сравнительных

Покрытия никель - кобальт - УДА получали из электролита оптимального состава для получения КЭП никель-кобальт-УДА, а покрытия хромом из электролита для получения износостойких покрытий хромом [4], следующего состава, г/л: хромовый ангидрид 250, серная кислота 2,3, температура 60 °С, катодная плотность тока 60 А/дм2.

Результаты сравнительных исследований износостойкости КЭП никель - кобальт - УДА и покрытия износостойким электролитическим хромом показали, что в режиме сухого трения износостойкость композиционного покрытия никель - кобальт - УДА почти в 1,5 раза превосходят износостойкость хромовых покрытий. Однако со смазкой СОЖ РВ их износостойкости практически равны. Это объясняется, по-видимому, следующим: во-первых, благодаря высокой пористости покрытий хромом СОЖ, попадая в более пористое покрытие обусловливает его лучшую прира-батываемость в отличие от практически беспористого при толщине 30 мкм покрытия никель - кобальт -УДА. Во-вторых, за счет высокой твердости покрытие, содержащее кобальт, недостаточно пластично, поэтому износостойкость КЭП никель - кобальт -алмаз превосходит износостойкий хром при высоких нагрузках в режиме трения со смазкой.

В то же время в режиме сухого трения износостойкость покрытия никель - кобальт - УДА выше по сравнению с хромовым покрытием (табл. 1), объясняется более высокой твердостью, а также тем, что при разрушении покрытия частицы композиционной добавки, возможно, играют роль твердой смазки, обусловливая лучшую работу КЭП на износ.

Композиционные покрытия часто обладают повышенной коррозионной стойкостью и защитной способностью, которые в большинстве случаев связывают с минимальной пористостью, а также более плотной и однородной структурой покрытия. Коррозионные испытания КЭП никель - кобальт - УДА проводили в сравнении с покрытием износостойким хромом, которое предполагается заменять, а также с никелевым покрытием.

Таблица 2

коррозионных испытаний

Покрытие Толщина, мкм Время испытаний, ч Изменения внешнего вида Площадь коррозионных поражений, %

Хром 30 16 Покрытие имеет очаги коррозии 10

Никель 30 16 То же 20

Никель - бор - УДА 30 16 Изменений нет -

Никель - бор - УДА 30 32 » » -

Никель - бор - УДА 30 48 » » -

Никель - бор - УДА 30 64 Покрытие имеет очаги коррозии 5

Испытания проводили на образцах из стали при толщине покрытия 30 мкм. Покрытия для испытаний осаждали из электролитов для нанесения композиционного покрытия и хрома, приведенных выше. В табл. 2 представлены данные по сравнительной коррозионной стойкости покрытий.

На основании ускоренных коррозионных испытаний можно сделать вывод о более высокой защитной способности КЭП никель -кобальт - УДА по сравнению с хромовыми покрытиями. По-видимому, микропластические деформации никелевой матрицы вокруг дисперсных частиц, присутствующих в гальваническом осадке, способствуют однородности структуры, а значит - минимальной пористости и увеличению сопротивления коррозии.

Выводы

1. Разработан и рекомендован к внедрению в производство технологический процесс нанесения КЭП никель - кобальт - УДА из хлоридного электролита с целью замены экологически опасного электролита хромирования.

Поступила в редакцию

2. Установлено, что оптимальными значениями износостойкости в режиме сухого трения обладают покрытия никель - кобальт - УДА.

Литература

1. Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. М., 1977. 272 с.

2. Зарицкий А.С., Прудников Е.А., Вржосик Г.Г. [и др.] Структура и свойства электроосажденных алмазосодержащих материалов // Вестн. Киевского политехи. ин-та. Химическое машиностроение и технология. 1987. № 24. С. 39 - 41.

3. Балакай В.И., Арзуманова А.В., Курнакова Н.Ю., Балакай И.В., Балакай К.В. Электролит для осаждения композиционного покрытия никель - кобальт - алмаз. Пат. 2362843 Рос. Федерация, МПК С 25 Д 15/00 (2006.01). № 2008125017/02; заявл. 19.06.2008; опубл. 27.09.2009. Бюл. № 21. 3 с.

4. Гальванические покрытия в машиностроении / В.И. Игнатьев, Н.С. Коничесва, А.В. Мареничева и др.; под ред. М.А. Шлугера. М., 1985. Т. 1. С. 119 - 142.

26 декабря 2011 г.

Мурзенко Ксения Владимировна - аспирант, кафедра «Технология электрохимических производств, аналитическая химия, стандартизация и сертификация», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8-906-453-15-18. E-mail: balakaivi@rambler.ru

Бырылов Иван Фадиалович - аспирант, кафедра «Технология электрохимических производств, аналитическая химия, стандартизация и сертификация», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8-906-453-15-18. E-mail: balakaivi@rambler.ru

Murzenko Kseniy Vladimirovna - post-graduate student, department «Technology Electrochemical Production, Analytic Chemistry, Standardization and Certification», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-906-453-15-18. E-mail: balakaivi@rambler.ru

Birilov Ivan Fadialovich - post-graduate student, department «Technology Electrochemical Production, Analytic Chemistry, Standardization and Certification», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-906-453-15-18. E-mail: balakaivi@rambler.ru