CC BY
67
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ ЖЕЛЕЗНЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
А.Н. Пронин, Л.Х. Балдаев, А.А. Жосанов, Д.В. Колмыков, А.Ю. Молодкин
Аннотация. Представлены экспериментальные результаты по исследованию влияния плотности катодного тока, коэффициента асимметрии и температуры электролита на микротвердость железных осадков, полученных на переменном токе.
Ключевые слова: электроосаждение, микротвердость, гальванические покрытия.
Условия осаждения электролитического железа при восстановлении изношенных деталей оказывает заметное влияние на его свойства, от которых будет зависеть работоспособность и долговечность восстановленных деталей. Наиболее легко контролируемым свойством покрытий является их твердость, которая тем или иным 68
образом связана со всеми другими эксплуатационными свойствами, в частности с износостойкостью и пределом выносливости материала.
В наших экспериментах мы определяли микротвердость железных покрытий, полученных с использованием переменного асимметричного тока, обеспечивающего повышенную (по сравнению с постоянным током) производительность процесса. В опытах определяли зависимости микротвердости от таких параметров электролиза, как плотность катодного тока, коэффициент асимметрии и температура электролита. Электроосаждение производили из хлористого электролита, содержащего 400 кг/м3 ГеС12-4Ы20. Результаты эксперимента представлены на рисунках 1 и 2.
5 000
ей
3 4000
3000
£ 2000 о
^ 1000
5—6 1—1 }000 | ей - 4000 5 3000 о Щ Сц £ 2000 0 Си 6 1 1000 *—* ^—ш
■й И г* --
р = 6 > / = 40 30 в< А/д 7 ¿л м
1 = 30 1 (Г / / 1 =
г
10
20 30 40 50 60 70 1 Плотность катодното тока Б.., А/дм'
80
1
2 3 4 5 6 7 8 Коэффициент асимметрии р а) б)
Рисунок 1 - Зависимости микротвердости (Нц200) железных покрытий от режимов электролиза: а) - от плотности катодного тока; б) - от коэффициента асимметрии
Как видно из полученных результатов, повышение плотности катодного тока (рисунок 1-а) приводит к повышению микротвердости железных осадков до некоторого предела, после которого она стабилизируется на достаточно высоком уровне. В наших экспериментах максимальное значение микротвердости, равное ~ 4200 МПа, достигается при плотности катодного тока Бк > 40 А/дм2 (при коэффициенте асимметрии в = 6).
Коэффициент асимметрии переменного электролизного тока влияет на микротвердость железного осадка аналогичным образом (рисунок 1-б). Повышение коэффициента асимметрии до в ~ 6 (при Бк = 40 А/дм2) ведет к плавному увеличению микротвердости до максимального значения, при дальнейшем росте значения в микротвердость электроосажденного покрытия практически не увеличивается.
Асимметричный переменный ток, проходя через электролит, вызывает его нагрев. При высоких плотностях тока и при достаточно большой длительности процесса температура электролита может достигать 45.. .50 °С. При этом, очевидно, происходит уменьшение так называемой жесткости условий электролиза, что в свою очередь приводит к снижению микротвердости электролитического осадка (рисунок 2).
5000
2 4000
3000
Бк = 40 А/дм Р = 6
1000
20
70
30 40 50 60 Температура электролита °С Рисунок 2 - Зависимость микротвердости электро-осажденного железа от температуры электролита
Повышение температуры электролита до ~ 40 °С практически не влияет на микротвердость железных осадков. Дальнейшее повышение температуры, как показывают наши эксперименты, вызывает резкое падение твердости, и уже при температуре ~ 60 °С твердость снижается до неприемлемо малых значений.
Это явление обусловлено, по-видимому, значительным укрупнением зерна железного осадка (рисунок 3) и снижением эффекта зернограничного упрочнения, а также уменьшением внутренних напряжений в элек-троосажденном покрытии.
Здесь необходимо отметить, что электролитическое железо чрезвычайно чувствительно к кислотности электролита. Поддержание кислотности в определенном диапазоне является одним из основных условий ведения процесса осаждения электролитического железа. Уменьшение показателя рН электролита ниже 0,6 приводит к недопустимому снижению микротвердости железного осадка, увеличение же его выше рН=1,4 приводит к снижению прочности сцепления покрытия с основой вплоть до его отслоения в электролизной ванне.
Рисунок 3 - Микроструктуры (х 500) железных покрытий, осажденных при различных температурах: а) 1 = 20 °С (Нц=4200 МПа); б) 1 = 70 °С (Нц=1800 МПа). Плотность катодного тока Бк= 40 А/дм2; коэффициент асимметрии в = 6
Таким образом, на основании проведенных экспериментальных исследований можно заключить, что для получения железных осадков высокой твердости, сравнимой с твердостью закаленной стали (более 4000 МПа), необходимо проводить процесс электроосаждения с соблюдением следующих режимов:
- плотность катодного тока Бк= 40. 50 А/дм2;
- коэффициент асимметрии в = 6;
- температура электролита 1 = 20.40 °С;
- кислотность электролита рН = 0,8. 1,0.
Электролитическое железнение, особенно проводимое с использованием переменного асимметричного тока, благодаря высокой производительности процесса, технологической простоте и относительной дешевизне, может с успехом использоваться для восстановления самых различных деталей тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных и многих других машин. Железными покрытиями можно восстанавливать детали, имеющие износы от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. При этом высокая твердость железных покрытий обеспечит износостойкость восстановленных деталей на уровне новых изделий (подвергаемых в процессе изготовления упрочняющей обработке), а в некоторых случаях даже превзойти ее.
Информация об авторах
Пронин Андрей Николаевич, соискатель РГАЗУ, г. Балашиха Московской области.
Балдаев Лев Христофорович, доктор технических наук, директор ОАО «Технологические системы защитных покрытий», г. Щербинка Московской области.
Жосанов Алексей Александрович, аспирант ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет».
Колмыков Денис Валерьевич, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Молодкин Артем Юрьевич, аспирант ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
