CC BY
12
УДК 004.65:621.357.7 Водопьянова Е.А., Семенов Г.Н.
БАЗА ДАННЫХ ПО КОМПОЗИЦИОННЫМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЯМ С РАЗЛИЧНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ
Водопьянова Елена Александровна, студент 1 курса магистратуры факультета информационных технологий и управления, e-mail: aleksandrovna.lena@mail.ru;
Семенов Геннадий Николаевич, к.т.н, доцент, доцент кафедры информационных компьютерных технологий; Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
Разработана база данных статей по композиционным электрохимическим покрытиям с металлической матрицей. Рассматривается влияние состава раствора электролита на свойства композиционных электрохимических покрытий. Проведено исследование влияния на свойства покрытия параметров дисперсной фазы и условий протекания электроосаждения.
Ключевые слова: база данных, композиционные покрытия, металлическая матрица, дисперсная фаза, свойства покрытий.
DATABASE OF COMPOSITE ELECTROCHEMICAL COATINGS WITH VARIOUS METALLIC MATRIX
Vodopyanova E.A, Semenov G.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
A database of articles on composite electrochemical coatings with a metal matrix has been developed. The influence of the electrolyte solution composition on the properties of composite electrochemical coatings is considered. The influence of the parameters of the dispersed phase and the conditions of the course of electrodeposition on the properties of the coating was studied.
Keywords: database, composite coatings, metal matrix, disperse phase, properties of coatings.
Использование композиционных
электрохимических покрытий (КЭП) актуально. Комбинированные покрытия позволяют улучшать поверхностные свойства изделий путем совмещения свойств гальванопокрытий со свойствами других материалов. В технике используют износостойкие и твердые композиционные покрытия (никель-алмаз, никель-карборунд, никель-корунд),
самосмазывающиеся покрытия с пониженным коэффициентом трения (никель-сульфид молибдена, медь-графит), термостойкие покрытия (никель-карбид кремния или вольфрама), антикоррозионные покрытия и другие [1]. Никель является хорошим конструкционным материалом, и поэтому на его основе износостойкие и самосмазывающиеся покрытия представляют определенный
практический интерес. С никелем легко соосаждаются дисперсные частицы различной природы. Износостойкость композиционного покрытия никель-фторопласт в 3-4 раза превышает износостойкость чистого никеля (1,8-2,4 мкм/ч), осажденного из хлоридного электролита, и в 1,5-2 раза - хрома (1,1-1,3 мкм/ч), осажденного из электролита состава: хромовый ангидрид 250 г/л, серная кислота 2,3 г/л при температуре 60°С и катодной плотности тока 60 А/дм2 [2].
Цель данной работы спроектировать базу данных (БД) по КЭП с различной металлической матрицей в клиент-серверной системе управления базами данных (СУБД) для анализа данных и выявления скрытых закономерностей свойств покрытий от параметров дисперсной фазы, состава раствора электролитов и условий электроосаждения.
Для разработки структуры базы данных использовалась технология хранилищ данных, позволяющая достаточно просто строить аналитические запросы, где таблицы размерностей представляют (рис. 1): свойства покрытий (таблица Svoistvo_KEP), параметры электролита (таблица SostavRastvora), параметры дисперсной фазы (таблица DF), параметры проведения процесса (таблица UsloviePoluch), параметры публикации (таблица Public). База данных была создана в клиент-серверной СУБД MySQL, инфологическая модель которой представлена на рисунке 1.
В базу данных были введены данные из литературных источников по покрытиям с металлической матрицей на основе металлов: хрома, меди, олова, никеля, цинка, титана, алюминия и других.
Структура БД позволяет рассматривать влияние состава раствора электролита на свойства композиционных электрохимических покрытий. Созданное представление БД, отображающее влияние концентрации электролита на некоторые свойства покрытий, представлено на рисунке 2, где котропеМ — компонент раствора электролита (в каждом растворе 2 компонента), Скотртгп -минимальная концентрация компонента в растворе,
Рис. 1. Инфологическая модель базы данных
Ckompmax -
- максимальная концентрация компонента в растворе, NameProperty - название свойства, Edism - единица измерения свойства, Min - минимальное значение свойства, Max -максимальное значение свойства. Для каждого раствора приводятся значения свойств покрытия. Например, значение микротвердости для раствора H2SO4 с СгОз намного больше, чем значение микротвердости для раствора H2SO4 с С^О4.
komponent CKomp_min Ckomp_ma)t Name Property Ed_ism Min max
CuS04 80 80 mikrotverdosl kg/mm 2 76 153.57
H2S04 100 100 mikrotverdost kg/mm2 76 15357
CuS04 SO 80 elastichnost % 1.5 20
H2S04 100 100 elastichnost % 1.5 20
CuS04 80 80 iznosostoikost % 7.Q8 65 В
H2SG4 100 100 iznosostoikost % 7.08 65.S
CuS04 80 80 kolichestvo рог na 1sm2 NULL 3 30
H2S04 100 100 kolichestvo pof na 1sm2 NULL 3 30
CuS04 80 80 udelnoe soprotivlenie mm2/m 20030 39320
H2S04 100 100 udelnoe soprotivlenie mm2/m 20030 39320
SnS04 40 40 koefficient rastekaniya pripoya NULL 18 2.5
H2S04 60 60 koefficient rastekaniya pripoya NULL 1,8 2.5
SnS04 40 40 udelnoe soprotivlenie mm2,|,m 0 166 0.304
H2S04 60 60 udelnoe soprolivlenie mm2^nn 0.166 0.304
SnS04 40 40 poristost sm2 0 45
H2S04 60 60 porislost sm2 0 45
H2S04 0 5 2.4 totehlna mkm 25 50
СЮЗ 240 240 to (shin а mkm 25 50
СЮЗ T50 400 mikrotverdost kg/mm 2 130 760
Рис. 2. Представление по свойствам покрытий в зависимости от состава раствора
Для исследования влияния на свойства покрытия параметров дисперсной фазы и условий протекания процесса электроосаждения был разработан ряд запросов к БД в виде представления. Данные по свойствам КЭП и дисперсным фазам: о материале, минимальной и максимальной концентрациях и условиях электроосаждения (минимальной и максимальной температурах, плотности тока и способе перемешивания раствора электролита) представлены на рисунке 3, где Ттгп - минимальное значение температуры, Ттах — максимальное значение температуры, Зтгп (А/дм2) - минимальное значение плотности тока, Зтах (А/дм2) -максимальное значение плотности тока,
МатериалДФ - материал дисперсной фазы, Стт (г/л) - минимальная концентрация частиц дисперсной фазы, Стах (г/л) - максимальная концентрация частиц дисперсной фазы, Ютгп (мкм) - минимальный диаметр частиц дисперсной фазы, Ютах (мкм) - максимальный диаметр частиц дисперсной фазы, Ю_Свойств - наименование свойства покрытия, Ед изм - единица измерения свойства, Мин - минимальное значение свойства покрытия, Макс - максимальное значение свойства покрытия, Ыа^КЭП - краткое обозначение покрытия, NameKEP_E - полное обозначение покрытия.
Tmir ' Tmaxi g Jmir(A/fl - 1|лпа:<(А/д|\ - Матери - Cm¡r( - Ста - Огтт(м - []тах(м| - |[] Свойсг Ед_изм - Мик - Макс - Markjí; - МагпеКЕР_Е
I 50 30 50 Ц-А1203 40 80 0,03 0,03 микротвердость Гга 5,7 6.9 CrVI-cAI ХромУ1-А1203
20 22 0,5 1,5 С(алмаз) 2 50 0,004 0,006 микротвердость кг/мм2 710 2100 GrVI-Сал ХромУ1-Алмаз
45 56 30 120 С( алмаз) О 30 0,002 0,02 микротвердость кг/мм2 553 1780 GrVI-Сал ХромУ1-Алмаз
45 56 30 120 С(алмаз) 0 30 0,002 0,02 микротвердость кг/мм2 689 1426 CrVI-Сал ХромУ1-Алмаз
30 60 20 60 С(графит) 20 120 0,024 0,024 микротвердость кг/мм2 130 760 CrVI-Crp X р о мУ 1-Угл ерод(графит)
го 22 0,5 1,2 С( алмаз) О 5 0,002 0,2 микротвердость кг/мм2 76 153,57 Cu-алмаз медь-алмаз
го 22 0,5 1,5 С(алмаз) 2 50 0,004 0,006 износостойкость мм 2 8,9 CrVI-Сал ХромУ1-Алмаз
20 22 0,5 1,2 С(алмаз) О 5 0,002 0,2 износостойкость % 7,08 65,8 Cu-алмаз медь-алмаз
20 22 35 35 С(графит) 15 15 0,2 0,2 толщина мкм 10 10 CrVI-Crp ХромУ1-Угл ерод(графит)
50 50 30 50 П-А1203 40 80 0,03 0,03 толщина мкм 9,3 27,8 CrVI CAI ХромУ1-А1203
50 60 40 40 С(алмаз) 0 0 толщина мкм 25 50 CrVI-Сал Хром\/1-Алмаз
45 56 30 120 С(алмаз) 0 10 0,002 0,25 жаростойкость кг/мм2 733 1183 CrVI-Сал ХромУ1-Алмаз
20 22 35 35 С(графит) 15 15 0,2 0,2 электропроводное L м/г.1 fffffffftffl 1Е+07 CrVI-Crp X р о мУ 1-Угл ерод(графит)
20 22 0,5 1,5 С( алмаз) 50 0,004 0,006 коэффициенттреш -II- 0,09 0,24 CrVI-Сал ХромУ1-Алмаз
20 22 0.5 1,5 С(алмаз) 2 50 0,004 0,006 температура в зоне гр<адС 155 180 GrVI-Сал ХромУ1-Алмаз
20 22 35 35 С(графит) 15 15 0,2 0,2 коррозионная стой граде 1200 1200 CrVI Сгр X р о мУ 1-Угл ерод(графит)
50 50 30 50 П-А1203 40 30 0,03 0,03 шероховатость 8,6 10,6 CrVI-cAI ХромУ|-А1203
50 50 30 50 H-AI203 40 80 0,03 0,03 сила растяжения н штт 1767,47 CrVI-cAI ХромУ1-А1203
20 22 0,5 1,2 С(алмаз) 0 5 0,002 0,2 эластичность % 1,5 20 Си-алмаз медь-алмаз
20 22 0,5 1,2 С( алмаз) О 5 0,002 0,2 кол-во гор на 1см2 -И- 3 30 Си-алмаз медь-алмаз
20 22 0,5 1,2 С(алмаз) 0 5 0,002 0,2 удельное согротив мм2/м 20030 39320 Си-алмаз медь-алмаз
20 22 0,5 1,5 С(алмаз) О 40 0,002 0,2 удельное согротив мм2/м 0,166 0,304 Sr-алмаз олово-алмаз
20 22 0,5 1,5 С(алмаз) 0 40 0,002 0,2 коэффициент расте -II- 1,8 2,5 Sn-алмаз олово-алмаз
20 22 0,5 1,5 С(алмаз) 0 40 0,002 0,2 гористость см-2 0 45 Sr-алмаз олово-алмаз
f
Рис. 3. Свойства покрытия в зависимости от параметров дисперсной фазы и условий электроосаждения
Анализируя представления базы данных, можно делать выводы о преимуществах и недостатках тех или иных покрытий и подбирать необходимые покрытия по свойствам. Например, при увеличении диаметра частиц дисперсной фазы значения микротвердости увеличиваются для покрытий с хромом при различных условиях электроосаждения и различном материале дисперсной фазы - хром-углерод(графит), хром-алмаз, хром-Л120з. Наибольшее значение микротвердости наблюдается для покрытия хром-алмаз. При увеличении температуры значения микротвердости уменьшаются для покрытий с хромом. При увеличении диаметра частиц дисперсной фазы значения толщины покрытия с хромом уменьшаются. При малой концентрации частиц дисперсной фазы значение толщины покрытия с хромом больше, чем при большей концентрации частиц дисперсной фазы. Покрытия с хромом имеют более высокие значения микротвердости, чем покрытия с медью. Покрытия с медью имеют более высокие значения износостойкости, чем покрытия с хромом.
Значение удельного сопротивления покрытия с медью гораздо выше, чем значение удельного сопротивления покрытия с оловом при одинаковых частицах дисперсной фазы, но взятых в разных концентрациях (для медного покрытия концентрация частиц дисперсной фазы в растворе в 8 раз меньше, чем для оловянного покрытия). А условия электроосаждения при этом одинаковы, за исключением плотности тока (для покрытия с медью ее значение на 0,3 меньше, чем для покрытия с оловом).
База данных позволяет сохранить для разных КЭП разное число свойств. Например, покрытия, где в качестве металла рассматривается олово, а в качестве частиц дисперсной фазы - частицы алмаза, имеют следующие свойства: удельное сопротивление, коэффициент растяжения,
пористость. Покрытия с хромом обладают самым широким спектром свойств: микротвердость, износостойкость, толщина, жаростойкость, электропроводность, коэффициент трения, температура в зоне трения, коррозионная стойкость, шероховатость, сила растяжения. В результатах запросов к базе данных пользователю будет выдаваться необходимое число свойств для каждого покрытия (рис. 3).
Итак, изучение свойств композиционных электрохимических покрытий с различной металлической матрицей важно, поскольку такие покрытия представляют промышленную значимость. Использование клиент-серверной БД по композиционным электрохимическим покрытиям позволяет находить скрытые закономерности по данным публикаций, такие как зависимости свойств покрытий от типа, параметров дисперсной фазы и процесса электроосаждения и другие. База данных статей по композиционным электрохимическим покрытиям с металлической матрицей поможет подбирать покрытия в соответствии с заданными критериями, а также узнавать свойства для покрытий различного состава при различных параметрах процесса их получения и режимах.
Список литературы
1. Справочник химика 21: Композиционные покрытия [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://chem21.info/info/66654/ (дата обращения: 10.05.2018).
2. Получение и свойства композиционного покрытия на основе никеля [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://natural-sdences.ru/ru/artide/view?id=35395 (дата обращения: 10.05.2018).
