CC BY
69
УДК 669.268.7
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ И ПОЛИКОМПОНЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
В.Н. Цюрюпа, к. т.н., Е.А. Сатановский, к.т.н.,
ГП «Завод имени Малышева», г. Харьков
Аннотация. Представлен опыт использования в серийном производстве функциональных легированных электрохимических и композиционных покрытий.
Ключевые слова: твердость, хром, сплав, прочность, износостойкость.
РОЗРОБКА I ВПРОВАДЖЕННЯ ФУНКЩОНАЛЬНИХ М1КРОЛЕГОВАНИХ ТА ПОЛ1КОМПОНЕНТНИХ ЕЛЕКТРОХ1МТЧНИХ ПОКРИТТ1В
В.М. Цюрюпа, к.т.н., С.А. Сатановський, к.т.н.,
ДП «Завод ÍMern Малишева», м. Харкчв
Анотаця. Представлено досв1д використання в сер1йному виробництв1 функцюнальних лего-ваних електрох1м1чних та композицтних покритт1в.
Ключев1 слова: твердкть, хром, сплав, мщтсть, знососттюсть.
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF FUNCTIONAL MICROALLOYED AND MULTICOMPONENT ELECTROCHEMICAL DEPOSITS
V. Tsyuryupa, Candidate of Technical Science, E. Satanovsky, Candidate of Technical Science, State Enterprise «Malyshev Plant», Kharkiv
Abstract. The experience of using the funcional alloyed electrochemical and composite deposits is represented.
Key words: hardness, chrome, alloy, strength, wear-resistance.
Введение
В арсенале материаловедения имеется высокотехнологичный способ изменения свойств поверхности - нанесение покрытий, обеспечивающих требуемые эксплуатационные свойства и характеристики материалов. Использование для этой цели сплавов и поликомпозиций, состоящих из двух и более компонентов, расширяет возможности решения новых технических задач, а метод электроосаждения позволяет получать материалы регулируемого состава и толщины непосредственно на изделии.
Анализ публикаций
Борьба с износом трущихся деталей машин и механизмов является одной из актуальных проблем, связанных с экономией металла, повышением надежности и срока службы машин, снижением себестоимости эксплуатации и ремонта.
Наиболее существенным и перспективным способом решения этой проблемы можно считать создание на поверхности трения тонких пленок, износостойких и приработочных покрытий [1].
Одним из наиболее эффективных средств повышения работоспособности трущихся
деталей является нанесение на их поверхности хромовых покрытий. Область применения хромового покрытия ограничивается некоторыми его отрицательными свойствами [2] - повышенной хрупкостью, высокими внутренними напряжениями, снижением усталостной прочности стали и плохой смачиваемостью.
Микролегирование хрома - один из эффективных методов создания покрытий с улучшенными физико-механическими свойствами [2, 3].
Для улучшения приработки трущихся хромированных деталей на их поверхность наносят специальные приработочные покрытия. Наиболее эффективны в контакте скольжения [4, 5] антифрикционные покрытия, в состав которых входят твердые слоистые смазочные материалы, такие как графит, дисульфид молибдена, диоксид кремния.
Цель и постановка задачи
Цель настоящей работы состояла в:
1. Разработке электрохимического сплава хрома, позволяющего увеличить твердость, износо- и жаростойкость, снизить напряжения в покрытии и уменьшить отрицательное влияние на усталостную прочность стали.
2. Создании самосмазываемого композици-оного электрохимического покрытия, расширяющего возможность применения антифрикционного покрытия при работе в условиях повышенных температур.
Результаты исследований
В последнее время в лаборатории металлопокрытий ЦЛ ГП «Завод имени Малышева» ведется работа по легированию покрытий различными элементами с целью получения сплавов или поликомпонентных систем с заданными служебными характеристиками.
Электролитический хром обладает рядом ценных эксплуатационных свойств: высокой твердостью, износостойкостью и т.д. Тем не менее, эти свойства можно улучшить, легируя хром молибденом, ванадием, вольфрамом, титаном и другими элементами.
Лабораторией металлопокрытий были разработаны электролиты для осаждения сплавов
на основе хрома: Сг-Мо (0,2-0,7 % Мо), Сг-Мо-У (Мо - 1 %, V - 0,02 %), Сг^ ^ -1 %).
Исследованиями были установлены оптимальные параметры электролиза, позволяющие получать светлые, мелкопористые покрытия, имеющие удовлетворительное сцепление с основой. Структура хрома характерна наличием микросфероидов. Введение легирующих элементов не изменяет элементов структуры, однако приводит к ее измельчению.
Анализ радиоавтографов, полученный методом контактной радиоавтографии с помощью радиоактивных изотопов, свидетельствует о том, что легирующие элементы распределяются в хроме равномерно, независимо от их содержания в сплаве.
При совместном осаждении хрома и молибдена, хрома и вольфрама образуется электролитический сплав, представляющий собой однофазный твердый раствор, обладающий решеткой основного металла.
Твердость электролитических хромовых сплавов изменяется в зависимости от легирующего элемента (табл. 1).
Таблица 1
Твердость, МПа
Сг-Мо Сг-Мо-У Сг^
8000 - 11000 8000 - 10000 9500 - 12000
Известно [2], что повышение температуры нагрева уже до 400 °С приводит к резкому снижению микротвердости хромовых покрытий. Так, микротвердость хромового покрытия, подвергнутого нагреву на 650 °С в течение 5 часов, составляет 4500 МПа, в то время как покрытие легированное 0,2 % W после такой же термообработки имеет микротвердость 8000 МПа, а легированное 0,5 % W - 9100 МПа, т.е. сохраняет достаточно высокое значение микротвердости.
Известно [2], что в процессе хромирования снижается временное сопротивление стали. Как показали испытания, усталостная прочность стали при нанесении сплавов снижается в меньшей степени.
Полученный комплекс свойств сплавов на основе хрома позволил использовать их для
упрочнения тяжелонагруженных деталей, а также для деталей, эксплуатирующихся в условиях высоких температур. Твердое, износостойкое, пластичное хром-вольфрамовое покрытие успешно применяется для упрочнения поршневых колец и других деталей двигателя 5ТДФ.
Хром-молибденовое покрытие внедрено в производство и используется для повышения износостойкости различных деталей бронетехники.
Композиционные электрохимические покрытия (КЭП) совмещают в себе свойства металлов (электро- и теплопроводность, пластичность и др.) и неметаллов (жаропрочность, химическую стойкость, высокую твердость, смазывающие свойства). КЭП осаждаются из суспензий, представляющих собой электролиты с добавкой определенного количества высокодисперсного порошка. На поверхности покрываемого изделия осаждается металл (первая фаза, или матрица) и частицы порошка (вторая фаза), которая цементируется матрицей.
Данный метод нашел применение для повышения антифрикционных свойств хромированных поршневых колец. Было разработано и внедрено композиционное покрытие на основе меди с включением ~ 5 масс.% природного дисульфида молибдена.
Длительная эксплуатация двигателей магистральных тепловозов, оборудованных такими кольцами, подтвердила их высокие антифрикционные свойства: по длительности
действия, эффективности, ускорению приработки и стойкости к задирообразованию.
Создание композиционных электрохимических покрытий предусматривает возможность легирования бинарных композиций (металл-дисперсное вещество) небольшим количеством других дисперсных веществ, вносящих дополнения в комплекс их свойств. Такая возможность была реализована в процессе получения композиций медь-молибденит-диоксид кремния, медь-молибденит-фталоцианин меди. Необходимость получения таких антифрикционных покрытий дик-
товалась требованиями расширения температур эксплуатации антифрикционного покрытия медь-дисульфид молибдена.
Исследования показали, что легирование композиции медь-молибденит небольшим количеством (1 масс.%) жаростойкого соединения диоксид кремния не снижает ее антифрикционных свойств. Минимальный износ покрытия и контртела отличает композицию медь-молибденит-диоксид кремния. Это покрытие успешно используется в производстве вкладышей изделия Д100.
Выводы
Перспективность выбранного направления -получение электролитических сплавов и по-ликомпонентных покрытий, их широкое использование - не вызывает сомнений. Это проверено временем.
Литература
1. Плетнев О.В. Основы технологии износостойких и антифрикционных покрытий / О.В. Плетнев, В.Н. Брусенцова. - М. : Машиностроение, 1988. - 271 с.
2. Шлугер М.А. Гальванические покрытия в машиностроении / М.А. Шлугер. - М. : Машиностроение, 1988. - Т. 1. - С. 278.
3. Шлугер М.А. Некоторые физико-механические свойства сплава хром-молибден / М.А. Шлугер, Н.В. Широкова // ЖПХ. -1971. - № 10. - С. 23-26.
4. Сайфуллин Р.С. Комбинированные электрохимические покрытия и материалы / Р.С. Сайфуллин. - М. : Химия, 1987.
5. Прибыш И.З. Микрораспределение фаз и субструктура электролитического композиционного покрытия медь-молибденит / И.З. Прибыш, Р.С. Сайфуллин // Тез. докл. научно-тех. конф. «Электрохимические методы обработки и упрочнения рабочих поверхностей деталей машин». -Тюмень, 1976. - С. 137-138.
Рецензент: С.С. Дяченко, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 20 августа 2010 г.
