Исследование внутренних напряжений в электролитических железо-кобальтовых покрытиях

ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗО-КОБАЛЬТОВЫХ ПОКРЫТИЯХ

Б.С. Блинков, В.В. Серебровский, В.И. Серебровский

Аннотация. В данной статье излагаются некоторые результаты исследований величины остаточных напряжений по толщине осадка железо-кобальт в зависимости от условий электролиза. Исследования были проведены на основе методики и расчетных зависимостей гибкого катода.

Ключевые слова: внутренние напряжения, плотность тока, температура электролита, кислотность электролита, электролиз, электролитические покрытия.

В проделанных опытах использовался холодный электролит, концентрация БеС124Н2О изменялась от 200 до 600 кг/м3, концентрация СоС12 изменялась от 2 до 12 кг/м3, концентрация НС1 от 0,1 до 6 кг/м3, температура - от 20 до 60°С, а плотность тока - в пределах 10...40 А/дм2 [1. - С. 2].

Длительность процесса осаждения железо-кобальта выбиралась в зависимости от режима электролиза с таким расчетом, чтобы толщина покрытия во всех случаях была не менее 0,1 мм.

Измерение толщины осаждаемого слоя производилось как микрометрированием, так и взвешиванием образцов.

Проведенные исследования показали, что характер изменения величины остаточных напряжений по толщине покрытия при различных плотностях тока аналогичен.

Так, для интервала плотностей тока 10...40 А/дм2 по мере возрастания толщины осадка остаточные напряжения снижаются. Отличие состоит лишь в том, что при меньших плотностях тока в тонких слоях имеют место более низкие значения абсолютной величины остаточных напряжений [2. - С.11]. Так, например, они последовательно снижаются с 550 МПа при Дк = 40 А/дм2 до 330 МПа при Дк = 20 А/дм2 и 300 МПа при Дк = 10 А/дм2.

С ростом плотности тока интенсивность снижения остаточных напряжений по толщине покрытия возрастает. Максимальное значение величины остаточных напряжений в интервале толщины 20...50 мкм для всех плотностей тока не превышает 150 МПа.

Изменение абсолютной величины остаточных напряжений в электролитических осадках железо-кобальт при увеличении плотности тока можно объяснить изменением рН прикатодного слоя, что отмечено в ряде работ, а также увеличением мелкозернистости осадка. Известно, что с увеличением плотности тока величина поляризации растет, осадок приобретает мелкозернистое строение и повышаются остаточные напряжения. С другой стороны, с ростом плотности тока до определенных значений, рН прикатодного слоя возрастает, и выделяющаяся гидроокись железо-кобальта включается в осадок. Указанное обстоятельство ведет к снижению остаточных напряжений [3. - С. 24].

Дальнейшее возрастание плотности тока уже не приводит к изменению содержания гидроокиси железа в осадке, поэтому превалирующим фактором является изменение поляризации и дисперсности осадка, что сопряжено с ростом остаточных напряжений.

С увеличением толщины осадка свыше 20 мкм в интервале плотностей тока 10.40 А/дм2 происходит заметное уменьшение остаточных напряжений в результате увеличения содержания гидроокиси, включающейся в осадок, с частичным снятием остаточных напряжений.

Температура электролита по-разному влияет на величину остаточных напряжений, определяемых в малых и больших толщинах осадков.

При толщине покрытия 2 мкм повышение температуры от 20°С до 60°С приводит к снижению остаточных

напряжений с 320 МПа до 280 МПа. При 30 мкм остаточные напряжения с повышением температуры почти не изменяются. Для толщины осадков более 30 мкм остаточные напряжения достигают значений порядка от 50 до 150 МПа. Характерным на этих участках является то, что кривые остаточных напряжений для более высоких температур лежат несколько выше.

Уменьшение абсолютной величины остаточных напряжений с увеличением температуры, по всей вероятности, следует объяснить уменьшением количества водорода, включающегося в осадок [4. - С. 73].

Обратная зависимость получается для осадков толщиной свыше 30 мкм. Наблюдаемое увеличение остаточных напряжений при повышении температуры объясняется различной степенью растрескивания осадка, остаточные напряжения снижаются в большей степени. По мере повышения температуры раствора степень растрескивания уменьшается, в результате чего относительное снижение остаточных напряжений становится меньше.

Опытные данные, полученные в настоящей работе, показывают, что содержание в электролите соляной кислоты также оказывает влияние на величину остаточных напряжений в осадках электролитического сплава железо-кобальт. При увеличении содержания соляной кислоты в электролите остаточные напряжения постепенно снижаются. Наиболее резкое снижение остаточных напряжений наблюдалось при изменении кислотности от 0,5 до 3 кг/м3 НС1.

Влияние концентрации соляной кислоты на остаточные напряжения наиболее отчетливо проявлялось при малой толщине покрытия. Так, при изменении содержания НС1 в электролите в 6 раз от 0,5 до 3,0 кг/м3 остаточные напряжения снижались в осадках толщиною в 2 мкм с 340 МПа до 250 МПа.

Большинство исследователей связывают влияние кислотности электролита на остаточные напряжения включением адсорбирующейся гидрозакиси железа в осадок. С увеличением кислотности электролита, рН прикатодного слоя уменьшается, поляризация падает, и остаточные напряжения уменьшаются [5. - С.3].

С увеличением толщины осадка (свыше 20 мкм) зависимость остаточных напряжений от концентрации НС1 снижается под влиянием растрескивания осадка.

Вывод.

Анализ результатов исследований показывает, что абсолютная величина остаточных напряжений электролитических железо-кобальтовых покрытий увеличивается с ростом плотности тока, с понижением температуры электролита и кислотности.

Список использованных источников

1 Патент 2410473 Российская Федерация. Способ электролитического осаждения сплава железо-титан-кобальт / Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Серебровский В.В. и др. - опубликован 27.01.11. - 3 с.

2 Серебровский В.И., Гнездилова Ю.П. Электроосаждение бинарных сплавов на основе железа для упрочнения деталей машин // Вестник Орловского государственного аграрного университета. - 2009. - №1. - С. 9-12.

3 Серебровский В.В., Сафронов Р.И. Структура и свойства цианированных слоев, нанесенных на покрытия из электролитических сплавов железа // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - №11. - С. 23-24.

4 Серебровский В.И., Коняев Н.В., Сафронов Р.И. Способ упрочнения электроосажденных железохромовых покрытий цианированием // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2008. - № 6. - С. 72-74.

5 Патент 2401328 Российская Федерация. Способ электролитического осаждения сплава железо-ванадий-кобальт / Сереб-ровский В.И. и др. - Опубликован 10.10.10. - 5 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.

Серебровский Владимир Исаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электротехники и электроэнергетики ФГБОУ ВПО Курская ГСХА.

THE STUDY OF INTERNAL STRESSES IN ELECTROLYTIC IRON-COBALT COATING FACTORIES

B.S. Blinkov, V.V. Serebrovsky, V.I. Serebrovsky

Abstract. The work presents some results of research of residual stresses through the thickness of sediment iron-cobalt, depending on the electrolysis conditions. Studies were conducted based on the methodology and calculated dependences of the flexible cathode.

Key words: internal pressure, current density, electrolyte temperature, the acidity of the electrolyte, electrolysis, electrolytic coating.