CC BY
22
На деталях замка образуется покрытие толщиной 8 мкм через 0,33 ч обработки. Вибрационное механохи-мическое цинковое покрытие отличается от гальванического отсутствием столбчатой хрупкой структуры. Предлагаемый процесс нанесения цинкового покрытия не приводит к наводороживания и отслоению покрытия по сравнению с гальваническим.
Выводы: В результате совершенствования раствора для химической обработки и механохимического цин-
кования изделий из углеродистых сталей повышена производительность вибрационной обработки. В данном растворе после 20-25 мин на поверхности изделий из углеродистых сталей формируется многослойная цинковое покрытие толщиной 6-8 мкм, которое представлено цинковыми зернами с размерами 2-3 мкм округлой формы с высокой прочностью и коррозионными свойствами.
Литература
1. Иванов В.В. Вибрационные механохимические методы нанесения покрытий: монография / В.В. Иванов. - Ростов-на-Дону: Издательский Центр ДГТУ, 2007. - 140 с.
2. Николаенко А.П. Технологические возможности вибрационной обработки деталей на станках с и-образной формой контейнера [текст] / А.П. Николаенко, И.В. Волков, Ю.Ю. Дегтярева, М.А. Калмыков // Вістник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенко: збірник наук. пр. - Харків. - Вип. 42. - 2006. - С. 167
- 173.
3. Розчин для хімічної обробки і механохімічного цинкування виробів з вуглецевих сталей: [текст]: пат. 59593 Украина: МПК С25D 3/22 / Л.О.Журавльова, Л.М.Лубенська, П.В.Колодяжний // Заявник та патентовласник: СНУ ім. В.Даля; заявл. 22.10.2011, опубл. 25.05.2011, бюл №10.
-----------------□ □---------------------
Технологія електроді тичного
осадження металів в електролітах наднизької концентрації компонентів, що дозволяє розширити робочий діапазон кислотності розчинів
Ключові слова: електролітичне осадження металів, наднизька концентрація розчинів, діапазон кислотності
□--------------------------------□
Технология электролитического осаждения металлов в электролитах сверхнизкой концентрации компонентов, позволяющая расширить рабочий диапазон кислотности растворов
Ключевые слова: электролитическое осаждение металлов, сверхнизкая концентрация растворов, диапазон кислотности
□--------------------------------□
Technology electrolytic precipitation of metals in electrolytes of superlow concentration components, allowing increase the operating range to acidity solution
Key words: electrolytic precipitation of metals, superlow concentration of solutions, range of acidity -----------------□ □---------------------
УДК 621.357
ЕЛЕКТРООСАДЖЕННЯ МЕТАЛІВ В ЕЛЕКТРОЛІТАХ
НАДНИЗЬКОЇ
КОНЦЕНТРАЦІЇ
ОСНОВНОГО
КОМПОНЕНТА
Б. В. Намаконов
Кандидат технічних наук, доцент* E-mail: [email protected]
А. Ю. Логунов
Асистент
*Кафедра "Технічна експлуатація автомобілів” Автомобільно-дорожній інститут державного вищого навчального закладу "Донецький національний технічний університет” вул. Кірова, буд. 51а, кв. 307, м. Горлівка, Україна,
84646
Контактний тел.: 066-586-33-30 E-mail: [email protected]
1. Постановка проблеми
Електролітичне осадження металів є досить відомою технологією зміцнення та відновлення тертьових поверхонь деталей машин та механізмів. До її переваг варто віднести можливість одержання зносостійких покриттів із заздалегідь заданою товщиною при невисокій вартості. Необхідна зносостійкість, структура, мікротвердість покриттів, що визначає їхню надійність та довговічність у різних умовах експлуатації, забезпечується відповідним вибором сполуки електроліту та режимом електролізу.
При цьому всі вимоги електроліту - склад і кислотність, температура і щільність струму є взаємозалежними у в ідношенні їх впливу на властивост і покриттів. Зміна хоча б одного параметру за допустимі рамки його значень відтворюється на якості покриттів, викликаючи появу різноманітних дефектів: шорстко-стей та наростів, різноманітних пор та воронкоподібних заглиблень, тріщин, відшаровувань, дендритів та ін. При дотриманні належних вимог електролізу брак може бути зведений к мінімуму.
В зв’язку з цим актуальною практичною задачею є можливість розширення граничного діапазону електролізу, що значно підвищує стабільність процесу та спрощує експлуатацію гальванічної ванни.
2. Аналіз досліджень і публікацій
Проведений аналіз у даній галузі показує, що застосовані в цей час електроліти мають підвищений вміст солі металу [1, 2]. Рекомендовані сполуки електролітів мають середній діапазон концентрації основного компоненту порядку 150-300 г/л. Відомо, що з підвищенням у розчині концентрації солі металу знижує значення рН, при якому починається утворення нерозчинних гідратів [3]. Останні при електролізі включаються в покриття, знижують його якість, міцність зчеплення з підложкою і навіть повністю розбудовують процес. Для запобігання цього явища необхідно збільшувати кислотність, а це призводить до значного зниження продуктивності й подорожчанню процесу. Підтримка кислотності розчину у вузькому діапазоні, велика кількість усіляких добавок, наявних у відомих електролітах, утрудняє експлуатацію гальванічної ванни, значно ускладнюють і здорожують процес електролітичного осадження покриттів.
3. Мета і постановка задачі
Метою роботи є розширення робочого діапазону кислотності розчинів електролітів, шляхом застосування електролітів простої сполуки із зниженням концентрації основного компоненту. А також дослідити можливість підвищення зносостійкості отриманих покриттів за рахунок включення в їхню структуру фосфору
4. Вирішення задачі
Найбільш ефективне рішення даного завдання може бути досягнуто завдяки використанню однокомпонентних електролітів, у яких концентрація основного компоненту (солі металу) приймається в межах від 1 до 50 г/л. Зниження концентрації солі металу підвищує його рН гідратоутворення (рНГД), за рахунок чого можна одержувати якісні покриття при меншій кислотності електроліту.
Для перевірки даної гіпотези було виконано ряд комплексних експериментів. Дослідження проводили в нікелевих електролітах у гальванічній лабораторії Автомобільно-дорожнього інституту ДВНЗ ДонН-ТУ м. Горлівки. Як джерело постійного струму використовувався випрямляч ВР-24. Контроль значень рН виконувалось рН-метром ЛМП-60. Клас точності вимірювальних приладів не нижче 0,5.
Зразки для випробувань виготовлялися зі сталі 45 у вигляді циліндричних стрижнів площиною 0,5 дм2. Підготовка поверхні металевих полягала в механічній обробці, знежиренні в лужному розчині, промиванні та анодному травленні в 30% розчині сірчаної кислоти. Торцеві поверхні зразків при електролізі екранувалися текстолітовими шайбами.
Для приготування електролітів використовувалася дистильована вода, у якій по черзі розчинялися складові компоненти. Сполуки досліджуваних нікелевих електролітів, режими електролізу та результати експериментів наведені в таблиці 1.
Таблиця 1
Сполуки досліджуваних нікелевих електролітів і режими електролізу
Сполука електроліту і режими електролізу Сполука випробуваного електроліту
№1 №2 №3 №4
Хлорид нікелю (№а26Н20), г/л 10 25 50 60
Гіпофосфіт натрію (№Н2Р02Н20), г/л 1 1 1 1
Борна кислота (Н3ВО3), г/л 30 30 30 30
Діапазон кислотності, pH 2,0 -6,2 2,0 -6,0 2,0 -5,9 2,1 -5,4
Температура, °С 20 20 20 20
Щільність катодного струму, А/дм2 0,5 -3,0 0,5 -2,5 0,5- 2,5 0,5 -2,0
Швидкість осадження покриттів, мкм/год 36 48 57 55
Проведені дослідження показують, що збільшення концентрації солі металу призводить до звуження робочого діапазону кислотності розчину, у якому можли-
62^
ве осадження якісних покриттів. Так для електролітів з концентрацією солі металу 10 - 50 г/л якісні нікелеві покриття осаджуються при кислотності розчину pH = 2,0 - 6,0. Подальше збільшення концентрації солі металу поступово звужує робочий діапазон кислотності, у межах якого можливе одержання якісних покриттів (див. табл.1).
Для оптимізації режимів електролізу використовувався математичний пакет Mathcad 11 Enterprise Edition. Було проведене планування експерименту та математично встановлено, що оптимальна кислотність для досліджуваних електролітів становить pH = 3,0 - 4,5, а щільність стуму повинна бути в межах 1,85 - 2,3 А/дм2. Також експериментально перевірено, що при даних режимах роботи гальванічної ванни спостерігається висока стабільність процесу електролізу.
З метою підвищення зносостійкості покриттів в електроліт додатково вводили гіпофосфіт натрію [4]. Випробування покриттів на зносостійкість проводили на машині тертя СМЦ-1 по спеціально розробленої експрес методиці, що дозволяє скоротити час проведення порівняльних випробувань (рис.1).
Рис.1. Принципова схема випробувань на зносостійкість (а) і оцінка зношування (б): 1 — зразок для випробувань;
2 — затискний пристрій машини тертя; 3 — ролик машини тертя; 4 — ємність з оливою.
У якості зразків для випробувань використовувалась загартована сталь 45 до 55...60 Н^С. Перед кожним випробування зразки шліфувалися до Ra= 0,2мкм. Далі на машині тертя протягом хвилини випробувався зразок непокритої загартованої сталі 45. Площа ”лунки”, що залишалася від обертового ролика вимірювали за допомогою оптичного приладу МБП-2. Потім на зразок в електроліті сполуки №2 (див. табл.1) при постійній кислотності рН = 2,5, але різній щільності струму наносили ряд покриттів та проводили випробування з фіксуванням розміру “лунки”. По різниці площ “лунок” покритого та непокритого зразка розраховували відносну зносостійкість покриттів:
S - S
Покр
100%
(1)
8Покр - площа «лунки» після нанесення покриття на зразок, мм2.
Площа «лунок» 8 обчислювалась згідно формули: 8=3,14ВВ (2)
де L, В - відповідно довжина та ширина “лунок”, мм.
Змащення тертьової пари здійснювалося зануренням ролика машини тертя в машинну оливу на 2 - 3 мм, питомий тиск на зразок становило 7,5 МПа. Результати випробувань графічно представлені на рис.2.
де Д3 - відносна зносостійкість покриттів, %; 8 площа “лунки” до нанесення покриття на зразок, мм
2.
Рис. 2. Залежність відносної зносостійкості нікель-фосфорних покриттів від щільності струму, А/дм2.
При аналізі графічної залежності варто відмітити, що зносостійкість нікель-фосфорних покриттів вище загартованої сталі 45, при цьому зі збільшенням щільності струму до 2,5 А/дм2 різниця становить до 22%.
Висновки
Використання електролітів простої сполуки з низькою концентрацією основного компонента (солі металу) дозволяє підвищити поріг гідратоутворення (рНГД). Наднизької концентрації електроліти мають
більш широкий припустимий діапазон кислотності розчину в якому можливе осадження якісних покриттів. Додавання гіпофосфіту натрію в сполуку електролітів та підвищення щільності струму підчас електролізу дозволяє значно підвищити зносостійкість отриманих покриттів.
Література
1. Беленький, М. А. Электроосаждение металлических по-
крытий [Текст] : учеб. / М. А. Беленький, А.Ф. Иванов.
- М. : Металлургия, 1985. - 288 с.
2. Шмучер, М. А. Гальванические покрытия в машиностро-
ении [Текст] / М. А. Шмучер. — М.: Машиностроение, 1985. - 246 с.
3. Митряков, А. В. Получение прочносцепляющихся элек-
тролитических железных покрытий [Текст] / А. В. Митряков. - Саратов: изд. Сарат. ун-та, 1985. - 181 с.
4. Коняев Н. В. Восстановление и упрочнение деталей машин электролитическими железо-фосфорными покрытиями [Текст] : дис. ...канд. техн. наук / Н. В. Коняев.
- Курск., 2002. - 195 с.
S
I 63
