Исследование износостойкости электролитических сплавов железа с фосфором

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ СПЛАВОВ

ЖЕЛЕЗА С ФОСФОРОМ

Б.С. Блинков, Л.Н. Серебровская, Н.В. Коняев

Аннотация. Рассмотрено влияние различных режимов электролиза и термической обработки на износостойкость железо-фосфорного покрытия. Сформулированы выводы о влиянии термической обработки на износостойкость железо-фосфорного покрытия.

Ключевые слова: железо-фосфорные покрытия, электролит, гипофосфит натрия, износ, концентрация.

Электролитические сплавы железа с фосфором благодаря своим высоким физико - механическим свойствам привлекают все большее внимание промышленности. Процесс осаждения железо-фосфорных сплавов отличается высокой производительностью и малой стоимостью исходных электролитов. [1. - С. 33]

Высокая твердость полученных покрытий, прочное сцепление их с основным материалом, хорошая кроющая способность электролитов, наличие в составе покрытия фосфора - все это позволило рекомендовать применение железо - фосфорных покрытий в качестве износостойкого материала.

Результаты исследований показали, что с увеличением концентрации гипофосфита в электролите до 5 г/л износ железо-фосфорных покрытий уменьшается от 10 до 6 мг при 20 - часовом испытании. В пределах концентраций гипофосфита 5 - 15 г/л [2. - С.2] наблюдается практически постоянный износ, а при увеличении содержания в электролите фосфор - содержащей добавки свыше 20 г/л износ покрытий значительно возрастает.

Уменьшение износа покрытий с ростом концентрации гипофосфита объясняется, по - видимому, воздействием внедряющегося в покрытие фосфора (увеличение микротвердости), а увеличение износа при концентрации гипофосфита натрия свыше 15 - 20 г/л связано с образованием хрупких некачественных осадков.

Значительное влияние плотности тока на свойства электролитических осадков вызвало необходимость определения воздействия его на износ покрытий и выявления оптимальной плотности тока, соответствующей наименьшему износу сплавов железа с фосфором.

Результаты исследования показали, что с ростом плотности тока от 5 до 20 А/дм2, при дальнейшем повышении катодной плотности тока износ покрытий увеличивается.

Повышение износостойкости покрытий при повышении плотности тока до 20 А/дм2 связано с увеличением микротвердости покрытий. Повышение износа покрытий при возрастании плотности тока свыше 40 А/дм2 [3. - С.2] можно объяснить как уменьшением содержания фосфора в сплавах, так и повышением их хрупкости за счет значительного увеличения внутренних напряжений - износ при этом сопровождается скалыванием.

Поскольку было установлено, что термическая обработка электролитических сплавов железа с фосфором существенно влияет на структурно - чувствительные свойства осадков, представляют интерес исследования влияния термообработки на износостойкость сплавов. Исследования показали, что термическая обработка сплавов железа с фосфором при температурах до 200°С мало влияет на износостойкость покрытий. Только обработка при 250°С и выше, приводит к резкому увеличению твердости и изменению других свойств покрытий, способствует значительному увеличению износостойкости. Несмотря на то, что при увеличении темпе-

ратуры обработки выше 250 - 300°С износ покрытий несколько уменьшается, нами рекомендуется проводить нагрев сплавов при 250°С, так как эта температура практически не влияет на структуру и свойства большинства машиностроительных сталей.

Г-

\- - -

О 100 200 250 300 400 500 600 Температура, °С

Рисунок 1 - Влияние термообработки на износ железо-фосфорных покрытий

Механизм износа Fe - P покрытий имеет некоторые отличительные особенности. Наиболее полно они проявились при исследовании измерений тонкой структуры.

Сравнивая изменение тонкой структуры стали 45, чистого электролитического железа и сплавов железа с фосфором в разнообразных условиях изнашивания, видим, что процессы пластической деформации поверхностных слоев железных электролитических покрытий, особенно при наличии в осадках фосфора, значительно затруднены. Кроме того, повышение износостойкости покрытий обусловлено высокой износостойкостью самих фосфидов, как весьма твердых структурных составляющих. Для этих сплавов характерно высокое сопротивление процессам износа. Можно предположить, что частицы, обладающие высокими физико-механическими свойствами, выступают при износе из матрицы и подвергаются наиболее интенсивному на-гружению. Они предотвращают адгезию металлических поверхностей и схватывание, а также способствуют лучшему распределению смазки по поверхности трущихся деталей в условиях граничного трения. Все это способствует повышению износостойкости сплавов на основе железа и фосфора.

Выводы

1 Проведены исследования на износ покрытий, полученных при различных концентрациях гипофосфита натрия в электролите.

2 Исследования показали, что термическая обработка сплавов железа с фосфором при температуре 250°С и выше, приводит к резкому увеличению твердости и способствует значительному повышению износостойкости.

Список используемых источников

1 Серебровский В.И., Коняев Н.В. Упрочнение деталей машин электроосажденным сплавом железо - фосфор // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2003. - № 9. С.33 - 35.

2 Патент 2164560 Российская Федерация. Способ электролитического осаждения сплава железо-фосфор / Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Серебровский В.В., Коняев Н.В., Батищев А.Н. - опубликован 27.03.01. - 3 с.

3 Патент 2241074 Российская Федерация. Способ электролитического осаждения сплава железо-марганец-

фосфор / Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Серебров- Серебровская Людмила Николаевна, кандидат техниче-

ский В.В., Коняев Н.В. - опубликован 27.11.04. - 3с. ских наук, доцент ФГБОУ ВО Курская ГСХА.

Коняев Николай Васильевич, кандидат технических наук, Информация об авторах доцент ФГБОУ ВО Курская ГСХА.

Блинков Борис Сергеевич, аспирант ФГБОУ ВО Курская ГСХА.

INVESTIGATION OF WEAR RESISTANCE OF ELECTROLYTIC ALLOYS OF IRON WITH PHOSPHORUS

B.S. Blinkov, L.N. Serebrovskaya, N.V. Konyaev

Abstract. The effect of different regimes of electrolysis and heat treatment on the wear resistance of iron - phosphate coatings. Conclusions about the effect of heat treatment on wear resistance of iron - phosphate coatings.

Key words: iron - phosphate coating, electrolyte, hypophosphite sodium, wear, concentration.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА С ОСНОВНЫМ МЕТАЛЛОМ

Б.С. Блинков, В.В. Серебровский, Е.С. Калуцкий

Аннотация. Проведены исследования прочности Таблица 1 - Зависимость прочности сцепления

сцепления электролитических сплавов на основе железа электролитического покрытия с основным металлом от с основным металлом.

Ключевые слова: прочность сцепления, адгезия, адсорбция, покрытие, контактирующие поверхности.

В процессе восстановления и упрочнения деталей необходимо учитывать различное состояние их поверхности (износ, механическая подготовка, риски и вмятины, коррозия), которое оказывает большое влияние на прочность сцепления покрытий с основным металлом [1. - С.1]. Повышению прочности сцепления способствует шероховатость поверхности основного металла, достигаемая различными видами механической и химической обработки.

Природа сил сцепления, возникающая между основным металлом и покрытием, получает различное объяснение у исследователей.

В настоящее время признание получили адсорбционная и электрическая теории адгезии. Адсорбционная теория хотя и не объясняет ряда экспериментальных фактов, не дает теоретической оценки характера и условий образования связи, однако должна учитываться при анализе сил сцепления между контактирующимися поверхностями [2. - С.2].

Прочность сцепления электролитических осадков с подложкой зависит от многих факторов: материала катода, внутренних напряжений, режима электролиза, подготовки поверхности [3. - С.2].

Прочность сцепления получается высокой, если кристаллы покрытия воспроизводят кристаллическую структуру основного металла. Это происходит, когда различие в межатомных расстояниях кристаллической решетки основного и осаждаемого металла не превышает 2,4 - 12,5 %.

Некоторые авторы считают, что для улучшения качества гальванических покрытий, в том числе повышения прочности сцепления, перед погружением детали в электролит целесообразно подвергнуть поверхность катода пассивации, а после погружения в электролит ванны для начала кратковременно обработать ее при больших плотностях тока, постепенно снижая ее до технологической.

При определении сцепляемости покрытий с основным металлом исследованию подвергались образцы из сталей 45 и 40Х с различной термообработкой. Осаждение сплава железо-кобальт проводили из электролита оптимального состава при плотности тока Дк=30 А/дм2 [4. - С.3]. В таблице 1 представлена зависимость прочности сцепления электролитического покрытия с основным металлом от коэффициента асимметрии.

коэффициента асимметрии

Марка стали Термообработка Показатель асимметрии, в Прочность сцепления, МПа Размер трещин, мкм

40Х без термообработки 7...8 150...170 19 - 20

40Х нормализация 7...8 150...170 17 - 18

40Х без термообработки 5...6 180...200 8 - 9

40Х нормализация 5...6 180...200 9 - 10

45 без термообработки 7...8 160...180 18 - 19

45 нормализация 7...8 160...180 16 - 18

45 без термообработки 5...6 210...230 10 - 11

45 нормализация 5...6 200...220 9 - 10

45 без термообработки 1,4...2 280...300 4 - 6

45 нормализация 1,4...2 270...310 3 - 5

45 закалка 5...6 270...280 12 - 14

45 закалка 1,4...2 310...320 5 - 7

45 закалка 7...8 180...210 20 - 21

45 закалка + отпуск 300°С 7...8 210...230 18 - 19

бсц, ИПа 350

300

\

I 250

5 i

§ 200

100____

2 4 6 Р

Рисунок 1 - Зависимость прочности сцепления от коэффициента асимметрии

Результаты испытаний прочности сцепления железо-кобальтового сплава с подложкой, представлены в таблице, свидетельствуют о том, что прочность сцепления, главным образом, зависит от показателя асимметрии. Наиболее высокая прочность сцепления между покрытием и подложкой наблюдается у железо-