CC BY
15ЛИТЕРАТУРА
1. Будников П.П., Хорошавин Л.Б. Огнеупорные бетоны на фосфатных связках. М.: Металлургия. 1971. 190 с.
2. Голынко - Вольфсон С.Л. и др. Химические основы технологии и применения фосфатных связок и покрытий / С.Л. Голынко-Вольфсон, М.М. Сычев, Л.Г. Судакас, Л.И. Скобло. Л.: Химия. 1968. 192 с.
3. Копейкин В. А. и др. Материалы на основе метал-лофосфатов / В.А. Копейкин, А.П. Петрова, И.Л.
Рашкован. М.: Химия. 1976. 200 с.
4. Пирогов Ю.А., Панова Л.В., Белогрудов А.Г. Набивные муллитокорундовые и корундовые массы без каолинитсодержащего компонента. Огнеупоры. 1983. N 4. С. 57-58
5. Костов И. Минералогия. М.: Мир.1971. 584 с.
6. Практикум по технологии керамики и огнеупоров. / Под ред. Д.Н. Полубояринова, Р.Я. Попильского. М.: Стройиздат. 1972. 246с.
Кафедра химической технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов
УДК 621. 793. 16
Т.Ф. ЮДИНА, Г.М. СТРОГАЯ, А.Е. МУХИНА
МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
(Ивановский государственный химико-технологический университет)
Представлены данные исследования получения композиционных покрытий бестоковым (химическим) методом восстановления №-Р матрицы с дисперсной фазой: стеклянные сферы и а - А1203. Включение в покрытие неметаллической фазы приводит к изменению микрошероховатости поверхности, увеличению микротвёрдости. Термообработка деталей с композиционным покрытием №-Р- стеклянные сферы приводит к повышению микротвёрдости более чем в 2 раза.
Многие свойства металлов могут быть улучшены за счёт введения в них различных упрочните-лей, которые равномерно распределены в металлической матрице и не растворяются в ней при нагревании. Одним из способов получения таких материалов является осаждение композиционных электрохимических покрытий (КЭП) из электролитов с помощью электрического тока. Такие покрытия детально описаны в литературе [1-4] и нашли довольно широкое применение в промышленности. Композиционные электролитические покрытия на основе никеля отличаются высокой термостойкостью и повышенными механическими свойствами. По результатам многих работ включение оксидов, керамики, карбидов и др. наполнителей значительно повышает микротвёрдость, износостойкость покрытий.
Перспективным методом получения композиционных покрытий является метод химического (т.е. бестокового) восстановления металлов из суспензий, при котором происходит одновре-
менное осаждение матрицы и дисперсных частиц [5, 6]. В отличие от КЭП композиционные химические покрытия имеют равномерную толщину даже на изделиях сложной конфигурации и их можно получать на поверхности различных материалов, в том числе и диэлектриков.
Использование никеля в качестве матрицы (металлического покрытия) является перспективным в связи с тем, что никель, осаждённый химическим способом с помощью восстановления гипо-фосфитом, содержит фосфор, который уже улучшает некоторые свойства покрытий (высокая коррозионная стойкость, малая пористость, твёрдость, износостойкость и др.) по сравнению с электролитически осаждённым никелем. Интерес к композиционным химическим покрытиям и, в частности к никелевым с А1203, постоянно возрастает.
Целью данной работы являлось исследование возможности получения способом химического никелирования композиционных покрытий с
дисперсной фазой из стеклянных сфер и сопоставление их с КХП, содержащих а - Л120з.
Покрытие наносили на пластины из углеродистой стали марки Ст. 10, предварительно отшлифованные до гладкой поверхности без царапин и др. неровностей. В качестве дисперсной фазы, вводимой в аммиачно-цитратный раствор химического никелирования, использовали [9]:
- а-Л1203 с размером частиц 25 - 100 мкм, имеющих форму многоугольников, российского производства (условно Л1203(Р)) ;
- а-Л1203 нейтральный по Брокману II, с размером частиц 25 - 150 мкм округлой формы, венгерского производства (условно Л1203(В));
- сферы стеклянные, представляющие собой полые стеклянные шарики. Состав стекла: 8Ю2 - 75 %, N20 - 20 %, В2О3 - 4 %, СаО и Ме0 по 0,5 %.
Для лучшей смачиваемости на поверхность стеклянных сфер (СФ) наносили тонкую плёнку соединений кальция. Средняя плотность таких стеклянных сфер составляла 2,2 г/см3. Седимента-ционным методом был определён фракционный состав обработанных сфер: предельный радиус частиц 18,3 мкм, 42 % составляли частицы радиусом до 45 мкм, крупных частиц радиусом до 175 мкм было менее 4 %.
Стальные пластины перед никелированием обезжиривали, травили и активировали. Осаждение КХП осуществляли при 1° = 75±1оС и механическом перемешивании раствора. Пластины располагались в растворе горизонтально и медленно вращались. Толщину осажденного покрытия определяли весовым методом.
Микротвёрдость покрытия определяли на приборе ПМТ-3. Микрошероховатость поверхности КХП оценивали на профилографе-профило-метре модели 201. По профилограммам рассчитывали высоту неровностей Яа и среднеарифметическое отклонение профиля поверхности Я^. Внешний вид поверхности оценивали с помощью оптического микроскопа КЕ0РИ0Т-30 при увеличении х 500.
Присутствие инертных частиц в растворе химического никелирования изменяет скорость осаждения покрытий. При осаждении КХП №-Л1203 и №-СФ скорость была значительно выше скорости осаждения покрытия из раствора в отсутствии инертных частиц. На рис. 1 показано изменение скорости осаждения КХП от концентрации твёрдой фазы в суспензии. Согласно [7], первоначальное повышение скорости соосаждения при увеличении концентрации твёрдой фазы в суспензии можно объяснить механическим включе-
нием частиц наполнителя между зёрнами никеля. Это приводит к повышению общей массы вещества, осаждаемой в единицу времени, которая возрастает пропорционально толщине слоя покрытия. Но так как включаемые инертные частицы второй фазы уменьшают активную поверхность, на которой происходит основной процесс- автокаталитическое восстановление металла, то в результате количество осаждаемого никеля снижается, поэтому при дальнейшем повышении концентрации суспензии скорость осаждения постепенно уменьшается.
т,мг/см2
Рис. 1. Зависимость скорости осаждения КХП от концентрации в суспензии. Дисперсная фаза: 1 - Л1203 (Р); 2 - Л1203 (В);
3 - стеклянные сферы (СФ). Время осаждения КХП-1.5 ч.
Содержание дисперсной фазы в КХП в значительной мере зависит от концентрации суспензии. Обычно с возрастанием концентрации получаются зависимости, проходящие через максимум. Такая характерная зависимость наблюдалась при осаждении КХП N1 - Л1203. Аналогичные результаты получены и в работах [5, 8]. Надо отметить, что, Л1203(В) с округлой формой частиц включается в никелевую матрицу значительно больше (до 30 %), чем Л1203 отечественного производства, имеющих форму частиц в виде многоугольников (до 12 %).
При введении в раствор стеклянные сферы на кривой зависимости содержания дисперсной фазы в КХП от концентрации суспензии максимум отсутствовал (рис. 2). Вероятно, это вызвано тем, что мы просто не исследовали область концентраций, соответствующую максимуму содержанию частиц в покрытии.
Шероховатость профиля покрываемой поверхности после нанесения КХП несколько больше, чем шероховатость никелевого покрытия без включения неметаллических частиц (табл. 1 и 2).
с, г/л
Рис. 2. Влияние концентрации суспензии на содержание стеклянных сфер в покрытии. Время осаждения КХП - 1,5 ч.
Таблица 1.
Влияние концентрации суспензии на шероховатость поверхности КХП Ы1-СФ.
с, г/л 0 7,5 12,5 20,0 27,5 35,0
мкм 0,2 2,3 7,1 3,1 3,5 1,3
Иа, мкм 0,5 1,3 4,0 1,8 1,7 1,2
Таблица 2.
Влияние концентрации суспензии на шероховатость поверхности КХП Ы1-А1203 (В).
с, г/л 0 7,5 12,1 20,0 45,0 80,0
мкм 0,2 3 2,1 1,2 1,0 0,8
мкм 0,5 1,5 1,6 1,2 1,1 0,9
Независимо от природы твёрдых частиц при увеличении до определённого значения концентрации твёрдой фазы в суспензии происходят отдельные включения частиц в покрытие и поэтому наблюдается сильное увеличение среднеарифметического отклонения профиля и высоты неровностей по сравнению с чистым никелевым покрытием, увеличивается также и истинная поверхность образцов. Дальнейшее увеличение содержания дисперсных частиц в растворе способствует росту количества включений в покрытие и более равномерному распределению их по поверхности образца, что в свою очередь приводит к выравниванию поверхности покрытия. Микрофотографии и профилограммы поверхности осадков подтверждают это (рис. 3).
А
Рис. 3. Профилограммы поверхности КХП №-СФ. Толщина покрытия 8 мкм. Концентрация суспензии, г/л: А - 7,5; Б -12,5; В - 20; Г - 27,5; Д - 35. Вертикальное увеличение 2000.
Анализ микрофотографий и профилограмм поверхности КХП N1 - А1203 показал, что при различной концентрации суспензии в осадок внедряются частицы А1203 разных размеров. Так, например, при содержании глинозёма 7,5 г/л никелем зарастают мелкие, средние и даже крупные частицы, а при 20 - 47,5 г/л поверхность заполняется лишь мелкими частицами, крупные частицы не закрепляются на поверхности осадка.
Введение дисперсной фазы в раствор никелирования не ухудшило прочность сцепления покрытия с подложкой, так как сила сцепления покрытия, как композиционного, так и чисто металлического, определяется в основном предварительной подготовкой образца перед нанесением покрытия.
Одной из главных задач, разрешаемых путём создания композиционных покрытий, является улучшение механических свойств металлических покрытий. Включение в никелевый осадок дисперсной фазы приводит в той или иной мере к повышению микротвёрдости покрытия. Полученные результаты представлены на рис. 4.
Н, кгс/мм2
1000 800 600 400 200 Н 0
—»1 2 ■ 3
1-—• * * *
с, г/л
0
10
20
30
40
50
Рис.4. Влияние концентрации суспензии на микротвёрдость КХП (до термообработки). Дисперсная фаза: 1 - А1203 (О); 2- А1203 (В); 3 - стеклянные сферы.
Величина микротвёрдости КХП определяется в первую очередь природой и структурой дисперсной фазы. Использование порошка А1203(Р) повышает микротвёрдость покрытия до 1000 - 1040 кгс/мм2 , а стеклянных сфер - до 450 кгс/мм2. Покрытия, содержащие А1203 венгерского производства, имеют практически такую же микротвёрдость как и покрытие из «чистого» никеля « 350 кгс/мм2.
При термообработке образцов в печи при 4000С в течение 1 часа твёрдость покрытия во всех случаях увеличивается (рис. 5). Наибольшее влияние на твёрдость оказывает термообработка покрытия из никеля и стеклянных сфер. Микротвёрдость такого КХП возрастает до 1080 кгс/мм2. Менее значительное увеличение твёрдости, по сравнению с аналогичным покрытием без термообработки, наблюдается на образцах с включением в никелевую матрицу А1203(Р) до 1360 кгс/мм2.
Термообработка увеличивает также твёрдость покрытия с Л120з(В) до 650 кгс/мм2.
Н, кгс/мм2 1400 1200 -1000 -800 -600 400 -200 0
Рис. 5. Влияние концентрации суспензии на микрошероховатость КХП (после термообработки). Дисперсная фаза: 1 - Л1203 (Р); 2 - Л1203 (В); 3 - стеклянные сферы.
Таким образом, введение дисперсной фазы из стеклянных сфер наравне с введением Л1203 в покрытие с матрицей из химически осаждённого сплава никель-фосфор позволяет существенно улучшить свойства покрытий, в частности обеспечить повышение твёрдости и, соответственно, износостойкости. Такие покрытия могут увеличить срок службы различных деталей и изделий, в том числе и имеющих сложную конфигурацию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сайфуллин Р.С. Комбинированные электрохимические покрытия и материалы. М.: Химия. 1972. 168 с.
2. Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. М.: Химия. 1977. 272 с.
3. Сайфуллин Р.С. Физико-химия неорганических полимерных и композиционных материалов. М.: Химия. 1990. 240 с.
4. Сайфуллин Р.С., Абдулин И.А. // Российский химический журнал. 1999.№ 3-4. С. 63-66.
5. Борисенко А.И., Гусев И.В. Получение композиционных покрытий методом химического осаждения. Л.: Наука. 1979. 56 с.
6. Валеева А.М., Сайфуллин Р.С., Маннапова В.К. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1983. Т. 26. Вып. 4. С. 464-468.
7. Gawrilov G. Owtscharova Ую Вшу chemische Ab-scheidungn von Dispersionsschiechten mit Ni-P und Ni- b-Matrix. Einlagen von Oxiden: Titanoxid. Gal-wanotechnik. 1973. Bd. 64. H. 1. S. 23-28.
8. Dipl. - Ing. Gawrilov G. Chemische (stromlose) Ver-nicklung. 1974. 239 s.
9. Юдина Т.Ф., Строгая Г.М., Мишкаевский В.В. Химическое никелирование сложнопрофильных деталей //Сб. Современные проблемы коррозии и защиты металлов от коррозии. Тезисы зонал. н/т конф. Уфа. 1991. С. 48-49.
УДК 661.047
А.И.СОКОЛЬСКИЙ, С.В. ФЕДОСОВ, С.А СОКОЛЬСКИЙ., Е.П.БАРУЛИН
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОРАЗЛОЖЕНИЯ ДЕКАГИДРАТА ТЕТРАБОРАТА НАТРИЯ
(Ивановская государственная архитектурно-строительная академия,
Ивановский государственный химико-технологический университет)
Представлены экспериментальные данные по термообработке декагидрата тет-рабората натрия в вихревом аппарате с верхней выгрузкой твердой фазы. Получен пен-тагидрат тетрабората натрия в неслеживаемой форме. Определены режимные параметры ведения процесса.
В качестве объекта экспериментальных исследований нами был выбран продукт, нашедший применение в технологии производства искусственной кожи ВИК-Т тентовой, придающий термостойкость лицевому покрытию, используемому также в электротехнической и стекольной промышленности, это техническая бура. При проведении опытов подача твердой фазы в вихревую камеру [1] варьировалась в пределах от 1 до 2,9 кг/час, расход теплоносителя - от 15,18 до 20,57 кг/час, расход пара от 20 до 90
г/час. Температура теплоносителя составляла 150 и 2000С.
На первом этапе лабораторных исследований изучалось влияние расхода теплоносителя и числа оборотов измельчающей секции на содержание основного вещества в получаемом продукте.
На рис.1 представлены экспериментальные данные, полученные в результате опытов с различными расходами теплоносителя и числами оборотов измельчающей секции без добавления
