CC BY
0
14. Легирование молибденом электролитического железа/ Серебровский В.И., Саф-ронов Р.И., Калуцкий Е.С., Крюков А.Г.// Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 45.
15. Использование электроосажденных сплавов на основе железа для упрочнения и восстановления деталей машин/ Серебровский В.И., Серебровский В.В., Блинков Б.С., Калуцкий Е.С.// Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 41-43.
Serebrovsky Vladimir Isaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor
(e-mail: svi.doc@yandex.ru)
Kalutsky Evgeny Sergeevich, Ph.D.
(e-mail: kalutsky1990@mail.ru)
Sernikova Olga Sergeevna, post-graduate student
(e-mail: olga.sernikova@mail.ru)
Kursk State Agricultural Academy
DETERMINATION OF RATIONAL MODES OF ELECTRODEPOSITION OF IRON-BASED COATINGS USED FOR RECOVERY OF MACHINE PARTS
The article discusses the process ofjoint electrodeposition of iron with molybdenum, the optimal electrolysis conditions that make it possible to obtain wear-resistant alloyed coatings, as well as the physical and mechanical properties that determine the performance of the restored parts. Recommendations are given for the production of restoration and hardening of agricultural machinery parts with electrodeposited iron-based binary coatings. Keywords: electrodeposition, current density, recovery, hardening
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ЖЕЛЕЗО-ВОЛЬФРАМ Серебровский Владимир Исаевич, д.т.н., профессор (e-mail: svi.doc@yandex.ru) Калуцкий Евгений Сергеевич, к.т.н.
(e-mail: kalutsky1990@mail.ru) Серникова Ольга Сергеевна, аспирант (e-mail: olga.sernikova@mail.ru) Курская государственная сельскохозяйственная академия
В статье рассматривается процесс совместного электроосаждения железа с вольфрамом, оптимальные условия электролиза, позволяющие получить износостойкие легированные покрытия, а также физико-механические свойства, определяющие работоспособность восстановленных деталей. Даны рекомендации производству по восстановлению и упрочнению деталей сельскохозяйственной техники электроосажденными бинарными покрытиями на основе железа.
Ключевые слова: электроосаждение, плотность тока, восстановление, упрочнение.
Для повышения износостойкости поверхности деталей применяют элек-троосажденные покрытия хрома, никеля, железа, а также сплавов на их основе. Качество износостойких покрытий определяется сопротивлением их
механическому износу и запасом металла покрытия, подвергаемого износу [1,2,3].
Истирание поверхности металлов в условиях эксплуатации зависит от такого количества разнообразных факторов и определяется столь различными свойствами их, что в настоящее время не представляется еще возможным разобраться в механизме явлений, имеющих место в каждом отдельном случае. При сугубо ориентировочном рассмотрении явлений, происходящих при износе металлов при эксплуатации, можно считать доказанным, что имеем дело с изменением и разрушением поверхности, подобными, имеющими место при шлифовании. Изменение поверхности обусловливается пластической деформацией, которая появляется в результате действия сил трения. Таким образом, износостойкость поверхности металлического покрытия в первом приближении зависит от таких характеристик, как твердость, определяемая как работа, затрачиваемая на образование единицы новой поверхности, и пластичность его. Однако, ряду исследователей не удалось обнаружить для многих металлов прямой зависимости между износостойкостью и вышеуказанными характеристиками [4,5,6].
Твердость и износостойкость покрытий зависят от природы металла и его структуры. Получение той или иной структуры зависит от режима технологического процесса, и поэтому при строгом соблюдении последнего, твердость и износостойкость покрытий будут постоянными. Контроль механических свойств износостойких покрытий должен производиться эпизодически для наблюдения за технологическим процессом и только в особо ответственных случаях может быть включен в число обязательных приемо-сдаточных испытаний.
В целях совершенствования технологии, повышения качества ремонта сельскохозяйственной техники имеют значение исследование процесса получения легированных железных покрытий и разработка надежной технологии восстановления деталей [7,8,9]. Для применения в ремонтном производстве легированных железных покрытий для восстановления изношенных ответственных деталей двигателей необходимо разработать стабильную технологию получения высококачественных, прочносцепленных гальванопокрытий; исследовать физико-механические свойства покрытий; проверить работоспособность восстановленных деталей. При решении этих задач перспективными для восстановления деталей могут быть гальванопокрытия на основе железа, содержащие легирующие элементы, способствующие повышению физико-механических свойств материала покрытия, придающие ему определенные свойства, при которых обеспечивается высокая работоспособность и детали, и сопряжения [8,9,10].
При определении оптимального состава электролита и режима электролиза необходимо располагать информацией о степени влияния каждого из факторов на качество получаемых осадков. Для исследований были вы-
браны покрытий железо-вольфрам, получаемые из электролита, следующего состава, кг/м3:
- хлорид железа • 4Н20 - 300...400;
- натрий вольфрамовокислый •2Я20 - 2.10;
- лимонная кислота - 5.15;
- соляная кислота - 0,5.1,5.
Данное покрытие осаждается при высокой плотности тока, что позволяет говорить о достаточно высокой скорости осаждения покрытия. Покрытия обладают достаточно высокой микротвердостью, а также износостойкостью, что позволяет рекомендовать данный способ на ремонтных предприятиях для восстановления и упрочнения изношенных деталей сельскохозяйственной техники.
Структура процесса при этом представляется в виде информационной модели, входными факторами которой являются состав электролита и режим электролиза, а выходными - показатели качества покрытия. Для износостойких покрытий, эксплуатируемых в условиях значительных механических нагрузок, большое значение имеет прочность сцепления покрытий с основным металлом.
Таблица - Условия планирования опытов
Наименование показателя
Основной уровень 350 10 35 1000 1,5 40
Интервалы варьирования 100 5 15 500 0,5 20
Верхний уровень 450 15 50 1500 2,0 60
Нижний уровень 250 5 20 500 1,0 20
Входными факторами планирования являются: Х± - содержание в растворе • 4Н20кг/м ;
Х2 - содержание в растворе • 2Н20кг/м ;
Х3 - содержание в растворе С5Я307 • Я2Окг/м ; Х4 - плотность тока, А/дм ; Х5 - кислотность электролита, рН; Х6 - температура электролита, °С.
Параметрами оптимизации в данных опытах выступали: У± - микротвердость покрытия, МПа; У2 - сцепляемость покрытия с основой, МПа; Уз - выход сплава по току, %.
Матрица планирования экспериментов представлена в таблице 2.
Таблица 2 - Матрица планирования экспе
риментов
№ опыта х* X* X*
1
2 + - + - - +
3 + - - + + -
4 - + + - + -
5 - + - + - +
6 + + + + - -
7 + + - - + +
8 - - + + + +
Численные значения выходных показателей получены путем реализации матрицы плана 1/8 реплики от полного факторного эксперимента 26 с генерирующими соотношениями:
х4 = х1 • х2 • х3
= _• х3 Х6 = —Х2 • Х3
Результаты дисперсионного анализа приведены в таблице 3, из которой следует, что на уровне значимости 95%, однородность дисперсией подтверждается для всех параметров оптимизации
Таблица 3 - Результаты дисперсионного анализа
Параметры оптимизации Максимальная дисперсия Сумма дисперсий Критерий Кохрена (расчетн) Критерий Кохрена (таблич)
Ул 61609 249972 0,2468 0,5157
У2 109 603,5 0,1807 0,5157
у. 52 186,82 0,2780 0,5157
На основании коэффициентов регрессии составляются уравнения регрессии:
У± = 6740 - 513,7*! + 1137х2 + 155х3 + 655,2х4 - 104,5х5 + 295,5х6 У2 = 165 + 21,7хх - 14,27х2 + 3,75х3 - 7,25х4 - 6,25х5 + 10,7х6 У3 = 60 + 12хх - 9х2 + 0,5х3 + 10,5х4 + 2,5х5 + 7,5х6
Анализ уравнений регрессии показывает, что наибольшее влияние на твердость сплава оказывают содержание в электролите натрия вольфрамо-вокислого и плотности тока, с повышением которых твердость покрытий увеличивается. Увеличение в электролите хлорида железа и рост рН приводят к снижению твердости покрытий.
Сцепляемость покрытий с основным металлом повышается с ростом содержания в электролите натрия вольфрамовокислого и его температуры.
Увеличение плотности тока и рН электролита ведет к снижению сцепляе-мости.
Выход сплава по току повышается с ростом содержания в растворе хлорида железа, увеличением плотности тока и температуры электролита.
Расчет и результаты крутого восхождения по первому параметру оптимизации показывают, что наилучшим является опыт серии, при котором при большой твердости (8806 МПа) сплав имеет высокую сцепляемость с основным металлом (188 МПа) и выход по току 78%.
Данный опыт производился при следующем составе электролита, кг/м3: хлорид железа - 300; натрий вольфрамовокислый - 15; лимонная кислота -40. Режим электролиза: плотность тока - 1500 А/дм ; температура электролита - 45 °С и кислотность 1,0 рН.
Таким образом, планирование эксперимента дало возможность определить влияние каждого фактора на показатели качества покрытия и выбрать оптимальный состав электролита и режим электролиза при минимальном количестве поставленных опытов.
Список литературы
1. Серебровский В.И., Сафронов Р.И., Калуцкий Е.С. Электроосаждение легированных железных покрытий // В сборнике: Достижения научно-технического прогресса агропромышленному комплексу. материалы Всероссийской (Национальной) научно-практической конференции. Курская государственная сельскохозяйственная академия имени ИИ. Иванова. 2017. С. 69-77.
2. Серебровский В.И., Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Калуцкий Е.С. К вопросу об усталостной прочности деталей, восстановленных электроосажденным железом // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 2. С. 4850.
3. К вопросу о сцепляемости электроосажденных покрытий с основным металлом / Серебровский В.И., Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С., Бабичев А.С. // В сборнике: Актуальные проблемы и инновационная деятельность в агропромышленном производстве. материалы Международной научно-практической конференции. Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И. И. Иванова. 2015. С. 216-218.
4. Серебровский В.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С., Левина Е.В. Планирование эксперимента при исследовании износостойкости электроосажденных покрытий // Региональный вестник. 2016. № 2 (3). С. 38-39.
5. Серебровская Л.Н., Калуцкий Е.С., Блинков Б.С., Серебровский А.В. Упрочнение восстановленных деталей машин электроосажденными бинарными покрытиями на основе железа // В сборнике: Научное обеспечение агропромышленного производства. Материалы Международной научно-практической конференции. 2018. С. 301-308.
6. Блинков Б.С., Серебровский В.В., Калуцкий Е.С. Электроосаждение сплавов на основе железа // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2016. № 2. С. 67-70.
7. Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Афанасьев Е.А., Калуцкий Е.С., Григоров И.Ю. Применение дисульфида молибдена для повышения качества электроосажденных композиционных покрытий // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 8. С. 197-200.
8. Калуцкий Е.С., Иванов Е.А., Петрухин М.В., Петрусенко Е.А. Исследование факторов, влияющих на качество электролитических покрытий // В сборнике: Молодежная наука - гарант инновационного развития АПК. материалы X Всероссийской (нацио-
нальной) научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 2019. С. 300-306.
9. Серебровский В.И., Богомолов С.А., Калуцкий Е.С. О возможности электроосаждения двухкомпонентных износостойких железомолибденовых и железовольфрамовых сплавов из хлористого железного электролита // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 5. С. 77-78.
10. Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П. Влияние параметров нестационарных режимов на структуру электроосажденного железа // В сборнике: Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ - 2020). сборник статей XII Международнойнаучно-технической конференции, посвященной 25-летию кафедры технологии материалов и транспорта. Курск, 2020. С. 335-338.
11. Упрочняющее легирование электроосажденного железа/ Серебровский В.И., Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П.// вестник курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 4. с. 68-71.
12. Синтез нечетких решающих правил для прогнозирования и ранней диагностики по прогностическим таблицам с использованием методов рефлексодиагностики/ Се-ребровский В.И., Коптева Н.А., Крупчатников Р.А., Стародубцева Л.В.// Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2008. Т. 7. № 3. С. 643-648.
13. Упрочнение электроосажденных покрытий цианированием/ Серебровский В.В., Серебровский В.И., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С.// Электрика. 2015. № 11. С. 31-33.
14. Легирование молибденом электролитического железа/ Серебровский В.И., Саф-ронов Р.И., Калуцкий Е.С., Крюков А.Г.// Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 45.
15. Использование электроосажденных сплавов на основе железа для упрочнения и восстановления деталей машин/ Серебровский В.И., Серебровский В.В., Блинков Б.С., Калуцкий Е.С.// Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 41-43.
Serebrovsky Vladimir Isaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor
Kalutsky Evgeny Sergeevich, Ph.D.
Sernikova Olga Sergeevna, post-graduate student
(e-mail: olga.sernikova@mail.ru)
Kursk State Agricultural Academy
OPTIMIZATION OF THE PROCESS OF ELECTRODEPOSITION OF IRON-TUNGSTEN COATING
The article discusses the process of joint electrodeposition of iron with tungsten, the optimal electrolysis conditions that make it possible to obtain wear-resistant alloyed coatings, as well as the physical and mechanical properties that determine the performance of the restored parts. Recommendations are given for the production of restoration and hardening of agricultural machinery parts with electrodeposited iron-based binary coatings. Key words: electrodeposition, current density, recovery, hardening.
