ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ РАСТВОРЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИЯ УДК 621.9.047

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ^Vl

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ РАСТВОРЕНИЕ ПОКРЫТИИ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ*

Х.М. РАХИМЯНОВ, доктор техн. наук, профессор, Б.А. КРАСИЛЬНИКОВ, канд. техн. наук, профессор, В.В. ЯНПОЛЬСКИЙ, канд. техн. наук, доцент, М.И.НИКИТЕНКО, аспирант, А.Н. МОИСЕЕНКО, магистрант (НГТУ, г. Новосибирск)

Статья поступила 10 марта 2011 г.

Рахимянов Х.М. - 630092, Новосибирск, Новосибирский государственный технический университет,

пр. К. Маркса, 20, e-mail: tms-ngtu@mail.ru

Проведены экспериментальные исследования электрохимического растворения покрытия на основе порошкового материала ВК25 и материалов вольфрама (W), кобальта (Со) в водном растворе 10 % NaNO3. Определены особенности электрохимического растворения указанных материалов. Показано, что характер электрохимического растворения покрытия на основе порошкового материала ВК25 обусловливается характером анодного поведения кобальтовой составляющей.

Ключевые слова: покрытия, детонационное напыление, электрохимическое растворение, пассивация, поляризационные исследования, шероховатость

ВВЕДЕНИЕ

В конструкциях различных машин применяются детали сложной конфигурации, работающие в условиях высоких динамических нагрузок, что приводит к износу их рабочих поверхностей. Для восстановления номинальных размеров деталей используют различные методы наплавки и напыления. Среди всего многообразия методов нанесения покрытий наиболее широкое применение в последнее время получило детонационное напыление. Отличительной особенностью детонационного напыления является возможность нанесения покрытий высокой твердости. Вместе с тем при повышении твердости покрытия возникают определенные трудности при его последующей механической обработке. Это связано с тем, что твердость абразивных материалов, применяемых при шлифовании, зачастую сопоставима с твердостью обрабатываемого покрытия. Этот факт способствует снижению качества обработанной поверхности. Одним из эффективных методов формообразования деталей с покрытиями из порошковых материалов является электроалмазное шлифование [1]. Благодаря совмещению процессов механического резания зернами алмазного круга и электрохимического растворения происходит уменьшение сил резания, что в конечном итоге приводит к повышению

качества поверхностного слоя. Вместе с тем в работе [2] отмечается, что после электроалмазного шлифования деталей с покрытиями на основе материала ВК25 наблюдается повышенное значение шероховатости поверхности (Иа=1,6...2 мкм), что зачастую не отвечает требованиям, предъявляемым к деталям, работающим в парах трения. Вероятно, формирование полученного микрорельефа после электроалмазного шлифования связано с особенностями электрохимического растворения материала ВК25 в используемом электролите. Эти особенности обусловливаются различным поведением при электрохимическом растворении компонентов, входящих в состав покрытия на основе порошка ВК25, а именно карбидов вольфрама и кобальтовой связки [3]. Поэтому для эффективного управления шероховатостью поверхности в процессе электроалмазного шлифования необходимо произвести оценку особенностей электрохимического растворения компонентов, входящих в состав покрытия на основе порошкового материала ВК25.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Характеристикой электрохимического растворения металлов в электролитах является зависимость плотности тока от потенциала анода, устанавли-

* Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы», мероприятие 1.3.1 (проект П2571)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

ваемая на основании проведения поляризационных исследований. Экспериментальные исследования проводились на потенциостате П5827М. Потенциал анода изменялся от 0 до 8 В со скоростью развертки 40 мВ/с. В качестве электрода сравнения использовали платиновый электрод. Перед погружением в ячейку образцы зачищали на наждачной бумаге и промывали дистиллированной водой. В качестве электролита был выбран раствор нейтральной соли КаК03 в воде. Электролиты готовили из солей марки ЧДА и ХЧ. В качестве модельных материалов при проведении поляризационных исследований использовали образцы с покрытием на основе порошкового материала ВК25, а также образцы кобальта (Со) и вольфрама

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

В результате проведенных экспериментальных исследований были получены поляризационные кривые электрохимического растворения покрытия ВК25 в водном растворе №К03 (рис. 1). Из рисунка видно, что растворение покрытия на основе порошка ВК25 происходит в активном состоянии во всем исследуемом диапазоне потенциалов, о чем свидетельствует непрерывное увеличение плотности тока с повышением потенциала анода.

А/см

сти. Несмотря на то, что величина пассивирующих пленок составляет от 10 до 40 А, они обладают высокой удельной емкостью, что приводит к снижению плотности тока [4].

186.

4-

2.

0 ■ 8 ■

6 ■

4 ■

2.

0- - - 1—1 1—1

ср, В

Рис. 1. Поляризационные кривые анодного растворения покрытия на основе порошка ВК25 в водном растворе 10 %-го №Ш3

Особенностью электрохимического поведения вольфрама в водном растворе 10 %-го КаЫ03 является то, что растворение в активном состоянии наблюдается только до потенциала 1,5 В (рис. 2). Последующее увеличение потенциала анода сопровождается снижением плотности тока практически до нуля. Вероятно, это связано с тем, что в диапазоне потенциалов от 1,5 до 8 В на поверхности анода в результате окисления металла образуется окисный слой (рис. 3), появление которого замедляет анодное растворение и приводит к так называемой пассивации поверхно-

Рис. 2. Поляризационные кривые анодного растворения вольфрама в водном растворе 10 %-го №М03

Рис. 3. Морфология поверхности образца вольфрама (^ после электрохимического растворения в водном растворе 10 %-го МаШ3

1 - образец; 2 - пассивирующая пленка; 3 - оправка

Таким образом, несмотря на большое содержание карбида вольфрама в составе покрытия, его влияние на характер электрохимического растворения является несущественным. Вероятно, основное влияние на характер анодного растворения указанного материала покрытия в водном растворе №К03 оказывает кобальтовая составляющая. Данное предположение и подтверждается характером поляризационной кривой электрохимического растворения кобальта в выбранном составе электролита (рис. 4).

Из рис. 4 видно, что растворение кобальта происходит в активном состоянии во всем диапазоне потенциалов.

Анализ полученных результатов позволяет предположить, что в случае электрохимического растворения покрытия на основе порошкового материала ВК25 в водном растворе КаК03 происходит актив-

№ 2(51)2011

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Рис. 4. Поляризационные кривые анодного растворения кобальта в водном растворе 10 %-го №М03

ное растворение только кобальтовой составляющей, а частицы карбидов вольфрама механически «выкрашиваются» из анода. Подобный механизм электрохимического растворения был рассмотрен в работе [5] на примере растворения хромоникелевых сплавов. Вероятно, повышенное значение шероховатости поверхности, полученное в результате электроалмазного шлифования покрытия на основе порошкового материала ВК25 [2], определяется интенсивным растворением кобальтовой составляющей. Следовательно, уменьшение величины шероховатости поверхности возможно за счет применения пассивирующих составов электролитов.

ВЫВОДЫ

В результате проведенных экспериментальных исследований электрохимического растворения покрытия на основе порошкового материала ВК25 и материалов, входящих в его состав, а именно вольфрама и кобальта (Со), установлено, что характер электрохимического растворения указанного

покрытия определяется особенностями анодного поведения кобальта в выбранном составе электролита. Активное растворение кобальтовой связки, входящей в состав покрытия на основе порошкового материала ВК25, может приводить к неравномерному электрохимическому растворению поверхности анода, что снижает качество обработки, в частности приводит к увеличению шероховатости поверхности. Повышение равномерности растворения указанного покрытия возможно за счет выбора менее активирующего состава электролита по отношению к кобальтовой составляющей.

Список литературы

1. Рахимянов Х.М. Электроалмазная обработка напыленных износостойких покрытий /Х.М. Рахимянов,

B.В. Янпольский, А.Н. Моисеенко // Сб. тр. международ. науч.-практ. конф. «Инженерия поверхностного слоя деталей маши». - Кемерово, 2009. - С. 365-368.

2. Рахимянов Х.М. Размерная обработка деталей с покрытиями из наноструктурированных порошковых материалов / Х.М. Рахимянов, В.В. Янпольский, А.Н. Моисеенко // Обработка металлов. - 2010. - № 4(49). -

C. 22 - 26.

3. Давыдов А.Д. Закономерности электрохимического растворения сплавов при высоких плотностях тока. Тезисы докладов науч.-техн. конф. «Размерная электрохимическая обработка деталей машин». - Тула, 1980. -С. 95-99.

4. Давыдов А.Д. О механизме анодной активации пассивных металлов // Электрохимия. - Т. XVI. Вып. 10. -1980. - С. 1542-1547.

5. Петренко В.И. Влияние концентрации упрочняющей у-фазы в жаропрочных хромоникелевых сплавах на скорость их электрохимической обработки в растворах нитратов и хлоратов / В.И. Петренко, А.И. Дикусар, О.А. Аржинталь // Электронная обработка металлов. -1976. - №4. - С. 14-17.

Electrochemical dissolution of coatings from powder materials

Kh. M. Rahimyanov, B.A. Krasilnikov, V.V. Yanpolsky, M.I. Nikitenko, A.N. Moiseenko

Experimental studies of electrochemical dissolution of coatings on based on powder material VK25 and materials of tungsten (W), cobalt (Co) in aqueous solution of 10% NaNO3.The features of electrochemical dissolution of these materials. It is shown that the nature of electrochemical dissolution of coatings based on powder VK25 is caused by the nature of the anodic behavior of cobalt component.

Key words: coating, detonation spraying, electrochemical dissolution, passivation, polarization studies, surface roughness.