CC BY
23
УДК 621.359.3/.4
УПРОЧНЕНИЕ ЭЛЕКТРООСАЖДЁННОГО ЖЕЛЕЗА БОРОМ
КАЛУЦКИЙ Е.С.,
аспирант ФГБОУ ВО Курская ГСХА. СЕРЕБРОВСКИЙ В.В.,
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой программной инженерии ЮЗГУ. БЛИНКОВ Б.С.,
аспирант ФГБОУ ВО Курская ГСХА.
Реферат. Наиболее основной эксплуатационной характеристикой работающих деталей является их износостойкость. Эта характеристика зависит от ряда показателей: конструкции детали, свойств материала, из которого изготовлена деталь, и условий её эксплуатации. Износ детали в процессе эксплуатации приводит к снижению качеств изделий и потере их ценности. Увеличению износостойкости изделий способствует применение материалов с высокой прочностью, а также конструктивные решения, обеспечивающие общее улучшение условий эксплуатации (применение высококачественных смазочных материалов, защиты от абразивного воздействия). Одним из методов защиты металлических деталей от износа является электроосаждение сплавов - метод модификации свойств поверхности изделия путем нанесения на его поверхность слоя металлического сплава. В данной статье рассматривается в качестве легирующего компонента - бор. Выбор данного элемента определяется, тем, что он обладает свойствами обеспечивающими повышение прочностных характеристик электроосажденного железа. Рассмотрены экспериментальные данные по исследованию микротвёрдости электроосажденных железо-боридных покрытий, применительно к восстановлению и улучшению изношенных деталей машин. Таким образом с увеличением концентрации борной кислоты в электролите микротвёрдость образцов плавно растёт, но содержание борной кислоты более 50 кг/м приводит к снижению микротвёрдости, что, по-видимому, связано с появлением окислов в структуре сплава и снижением плотности покрытия. Применение бора в качестве легирующего элемента позволяет увеличить микротвёрдость сплавов с 6000 до 9000 МПа.
Ключевые слова: упрочнение, железо, бор, борная кислота, соляная кислота, микротвёрдость покрытия, легирование.
HARDENING OF ELECTRODEPOSITED IRON BORON
KALUTSKY E.S.,
graduate student FGBOU IN Kursk State Agricultural Academy. SEREBROVSKY V.V.,
Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Software Engineering SWSU. BLINKOV B.S.,
graduate student FGBOU IN Kursk State Agricultural Academy.
Essay. The most basic operational characteristics of operating parts is their durability. This characteristic depends on several parameters: part design properties of the material from which made the detail, and its operational conditions. The wear parts in the process of exploitation leads to lower qualities of products and loss of their values. Increase of wear resistance of products promotes the use of materials with high strength, as well as design decisions that ensure the overall improvement of operating conditions (the use of high quality lubricants, protection from the abrasive effects). One method of protecting metal parts from wear is the electrodeposition of alloys - a method of modifying the surface properties of the product by applying on its surface a layer of metal alloy. This article is considered as alloying element - boron. The choice of this element is determined by the fact that it has the properties of providing the increase of the strength characteristics of electrodeposited iron. Reviewed experimental data on the study of microhardness of electrodeposited iron-boride coatings, as applied to the recovery and improvement of worn machine parts. Thus with the increase of boric acid concentration in the electrolyte samples, the microhardness increases smoothly, but the content of boric acid of more than 50 kg/cubic metre leads to a decrease of microhardness, which appears to be associated with the appearance of oxides in the structure of the alloy and reduce the density of the coating. The use of boron as an alloying element can increase the microhardness of the alloys with 6000 to 9000 MPa.
Keywords: reinforcement, iron, boron, boric acid, hydrochloric acid, microhardness coating doping.
Введение. Одной из основных эксплуатационных характеристик работающих деталей является их износостойкость. Она зависит от конструкции детали, свойств материала, из которого изготовлена деталь, и условий её эксплуатации. Износ приводит к снижению качеств изделий и потере их ценности. Увеличению
износостойкости изделий способствует применение материалов с высокой прочностью, а также конструктивные решения, обеспечивающие общее улучшение условий эксплуатации (применение высококачественных смазочных материалов, защиты от абразивного воздействия) [1. - С. 9].
Одним из методов защиты металлических деталей от износа является электроосаждение сплавов - метод модификации свойств поверхности изделия путем нанесения на его поверхность слоя металлического сплава.
Результаты исследований и их обсуждение. Нами была проведена серия опытов по электроосаждению сплава железо-бор. Во время опытов покрытия осаждали на металлические пластинки из стали 45 размером 25x25.
Перед электроосаждением образцы обезжиривались в растворе кальцинированной соды, затем проводилось анодное травление в течение одной минуты. Благодаря анодному травлению удаляется поверхностный слой, с образовавшимися на нём оксидами, при этом улучшается сцепляемость покрытия с основой.
Для электроосаждения использовался хлоридный электролит следующего состава: борная кислота, хлорид железа (II), соляная кислота [2. - С. 4].
Количество борной кислоты в электролите находится в интервале 2,5 - 60 кг/м3. Нижний предел обусловлен тем, что при содержании менее 2,5 кг/м3 борной кислоты не происходит заметного изменения физико-механических свойств покрытия. Верхний предел ограничивается содержанием борной кислоты 60 кг/м3. При большем содержании происходит интенсивное образование окислов бора, что резко снижает физико-механические свойства электролитического покрытия, а именно уменьшается прочность сцепления покрытия с основой, снижается микротвёрдость, возрастает пористость и шероховатость покрытия. Наиболее оптимальным является содержание борной кислоты 50 кг/м3. Получаемое покрытие имеет микротвёрдость порядка 9000 МПа.
Концентрация хлорида железа (II) находится в пределах 300-450 кг/м3.
Содержание соляной кислоты в электролите находится в пределах 0,5-1,5 кг/м3. Верхний предел установлен из экономических соображений, электроосаждение железа на катоде происходит с одновременным разрежением водорода. С повышением содержания соляной кислоты резко увеличивается количество разрежающегося водорода и падает выход по току. Нижний предел выбран по качественным характеристикам структур электролитического железа. При содержании соляной кислоты меньше 0,5 кг/м3 происходит сильное защелачивание прикатодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытие, чем ухудшает его структуру [2. - С. 3].
Электроосаждение производилось на асимметричном токе, при плотности тока 15-60 А/дм2. Ниже 15 А/дм2 плотность тока использовать нецелесообразно, т.к. процесс электролиза имеет низкую скорость осаждения покрытия. При катодной плотности тока выше 60
А/дм2 происходит сильное дендритообразование и резко снижается выход по току [3. - С. 74].
Начало осаждения покрытия происходит при коэффициенте асимметрии в=1,2, который характеризуется высокой сцепляемостью покрытия с основой. Если коэффициент асимметрии ниже 1,2, процесс осаждения не происходит. В процессе электроосаждения коэффициент асимметрии постепенно повышают до в=6, что обеспечивает высокую и стабильную скорость осаждения покрытия. Дальнейшее повышение коэффициента асимметрии не рекомендуется, т.к. с дальнейшим снижением анодной составляющей процесс переходит на режим, близкий к постоянному току. Благодаря разным значениям в можно получать покрытия с различными физико - механическими свойствами [4. - С.75, 5.- С. 188].
У получившихся образцов измерялась микротвёрдость как одно из основных свойств, определяющих износостойкость [6. - С. 217]. Результаты измерения показаны на рисунке 1.
9500
1
7500
6500
О
ю
20
30
Ш
50
60
Содержание ¿крной кислот Су, кг/п
Рисунок 1 - Зависимость микротвёрдости покрытия от содержания борной кислоты в электролите
Как видно из рисунка, с увеличением концентрации борной кислоты в электролите микротвёрдость образцов плавно растёт, но содержание борной кислоты более 50 кг/м приводит к снижению микротвёрдости, что, по-видимому, связано с появлением окислов в структуре сплава и снижением плотности покрытия.
Выводы.
1. Рассмотрен способ получения железо-боридных покрытий из хлоридных электролитов на асимметричном токе. Наиболее рациональное содержание борной кислоты в электролите - 50 кг/м3.
2. Легирование электроосаждённых железных покрытий бором позволяет увеличить микротвёрдость сплавов с 6000 до 9000 МПа.
Список использованных источников
1. Серебровский В.И., Гнездилова Ю.П. Электроосаждение бинарных сплавов на основе железа для упрочнения деталей машин // Вестник Орел ГАУ. - 2009. - № 1. - С. 9-12.
2. Патент 2250936 Российская федерация Способ электролитического осаждения сплава железо - бор . [Текст] / В.И. Серебровский, Л.Н. Серебровская, В.В. Серебровский и др. - опубликован 27.04.2005.- 5с.
3. Блинков Б.С., Серебровский В.И., Сафронов Р.И. Упрочнение электроосажденного железа кобальтом // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - № 6. - С.73-74.
4. Электроосаждение и упрочнение бинарных покрытий на основе железа / В.В. Серебровский, Л.Н. Серебровская, Р.И. Сафронов, Ю.П. Гнездилова // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. -2015. - № 3. - С.74-76.
5. Применение дисульфида молибдена для повышения износостойкости электролитического железа / В.И. Се-ребровский, В.В. Серебровский, Л.Н. Серебровская и др. / Материалы VI международной научно -практической конференции Фундаментальная наука и технологии - перспективные разработки.USA: Изд-во н.-и. ц. «Академический». - 2015. - С.187-189.
6. К вопросу о сцепляемости электроосажденных покрытий с основным металлом / В.И. Серебровский, В.В. Серебровский, Р.И. Сафронов и др. // Материалы Международной научно-практической конференции. - Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. ак., - 2015. - С. 216-218.
7. Использование электроосажденных сплавов на основе железа для упрочнения и восстановления деталей машин / В.И. Серебровский, В.В. Серебровский, Б.С. Блинков, Е.С. Калуцкий // Региональный вестник. - 2016. - № 1. - С. 41-43.
8. К вопросу о сцепляемости электроосажденных покрытий с основным металлом / В.В. Серебровский, Ю.П. Гнез-дилова, О.Н. Гукова, Е.М. Халин // Региональный вестник. - 2016. - № 1. - С. 43-44.
List of sources used
1. Serebrovsky V.I., Gnezdilova Y.P. Electrodeposition of binary alloys based on iron, for hardening of machine parts // Herald of Orel State Agrarian University. - 2009. - № 1. - S. 9-12.
2. Patent 2250936 Russian Federation electrodeposition method alloy iron - boron [Text] / V.I. Serebrovsky, L.N. Serebrovskaya, V.V. Serebrovsky etc. -. 27.04.2005.- published 5c.
3. Blinkov B.S., Serebrovsky V.I., Safronov R.I. Hardening of electrodeposited iron cobalt // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2015. - № 6. - S.73-74.
4. Electrodeposition coating and hardening binary iron-based / V.V. Serebrovsky, L.N. Serebrovskaya, R.I. Safronov, Y.P. Gnezdilova // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2015. - № 3. - S.74-76.
5. The use of molybdenum disulphide to enhance the wear resistance of electrolytic iron / VI Se-rebrovsky, VV Serebrovskii, L.N. Serebrovskaya etc / Proceedings of the VI International Scientific and Practical Conference of fundamental science and technology - advanced razrabotki.USA: Izd n.-i. c. "Academic". - 2015. - S. 187-189.
6. On the question of the adhesion of electrodeposited coatings with the base metal / V.I. Serebrovsky, V.V. Serebrovsky, R.I. Safronov et al. // Proceedings of the International scientific-practical conference. - Voronezh: Publishing house of Kursk. state. agricultural AK. - 2015. - P. 216-218.
7. The use of electrodeposited iron-based alloys for hardening and restoring of machine parts / V.I. Serebrovsky, V.V. Serebrovsky, B.S. Blinkov, E.S. Kalutsky // Regional Gazette. - 2016. - № 1. - S. 41-43.
8. On the question of the adhesion of electrodeposited coatings with the base metal / V.V. Serebrovsky, Y.P. Gnezdilova, O.N. Gukova, E.M. Hulin // Regional Gazette. - 2016. - № 1. - S. 43-44.
