Научная статья на тему 'Восстановление сельскохозяйственной техники и оборудования гальваническими покрытиями на основе железа'

Восстановление сельскохозяйственной техники и оборудования гальваническими покрытиями на основе железа Текст научной статьи по специальности «Сельскохозяйственные науки»

CC BY
14
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник НГИЭИ
ВАК
Ключевые слова
асимметричный переменный ток / гальванические покрытия / железнение / ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования / сульфатный электролит с органическими добавками / asymmetric alternating current / electroplating / iron plating / repair / agricultural machinery and equipment / sulfate electrolyte with organic additives

Аннотация научной статьи по Сельскохозяйственные науки, автор научной работы — Астанин В. К., Емцев В. В., Титова И. В., Стекольников Ю. А.

Введение. В процессе ремонта изношенных деталей сельскохозяйственных машин необходимо обеспечить требуемый комплекс физико-механических и эксплуатационных характеристик восстановленных поверхностных слоев. Электролитические покрытия на основе железа получили широкое распространение в ремонтном производстве при восстановлении и упрочнении изношенных деталей. Износ деталей можно значительно уменьшить, используя для восстановления геометрических размеров гальванические покрытия, легированные металлами или неметаллами. Такие покрытия имеют большую износостойкость, коррозионную стойкость и высокие антифрикционные свойства. Материалы и методы. Электролитические покрытия наносили из сульфатного электролита в стационарных и нестационарных условиях. Микрофотографии и элементный состав покрытий изучали на растровом электронном микроскопе. Фазовый состав изучали с помощью установки Дрон-4М. Микротвердость определялась на приборе ПМТ-3. Результаты. В нашем случае покрытия Fe-Ni-Cr, полученные при β = 1,3–2, имеют твердость, которая возрастает от 850 до 890 МПа, а при β = 8–10 от 1240 до 1320 МПа. Размеры блоков мозаики кристаллитов находятся в пределах 20–50 нм. Эксплуатационные свойства покрытий Fe-Ni-Cr были исследованы при упрочнении поверхностей рабочих органов почвообрабатывающих машин при нанесении на носовые части серийно выпускаемых лемехов. Нанесение покрытий Fe-Ni-Cr позволяет рассматривать их в виде эффективных покрытий повышения долговечности лемехов почвообрабатывающих машин как вследствие появления эффекта самозатачивания, так и более высокой износостойкости, поскольку угол заостренности составил 20–27°, а у эталонных 42–45°. Абразивно-механический износ и коррозионная стойкость восстановленных зернопроводов, покрытых изнутри Fe-Ni и Fe-Ni-Cr, в 2,5–3 раза меньше, чем у аналогичных изготовленных из листовой стали. Заключение. Покрытия Fe-Ni-Cr оказались эффективными при повышении долговечности восстановленных лемехов почвообрабатывающих машин и самотечных зернопроводов, поскольку обладают более высокой абразивно-механической, коррозионной стойкостью в сравнении с серийными лемехами, упрочненными сормайтом, и зернопроводов, изготовленных из листовой стали.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по Сельскохозяйственные науки , автор научной работы — Астанин В. К., Емцев В. В., Титова И. В., Стекольников Ю. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Restoration of agricultural machinery and equipment electroplated on the basis of iron

Introduction. In the process of repairing worn parts of agricultural machinery, it is necessary to provide the required set of physical, mechanical and operational characteristics of the restored surface layers. Electrolytic coatings based on iron are widely used in the repair industry for the restoration and strengthening of worn parts. The wear of parts can be significantly reduced by using electroplating coatings alloyed with metals or non-metals to restore geometric dimensions. Such coatings have high wear resistance, corrosion resistance and high antifriction properties. Materials and methods. Electrolytic coatings were applied from sulfate electrolyte under stationary and non-stationary conditions. Micrographs and the elemental composition of coatings were studied using a scanning electron microscope. The phase composition was studied using the Dron-4M installation. The microhardness was determined on the PMT-3 device. Results and discussion. In our case, Fe-Ni-Cr coatings obtained at β = 1,3–2 have a hardness that increases from 850 to 890 MPa, and at β = 8–10 from 1240 to 1320 MPa. The sizes of the crystallite mosaic blocks are in the range of 20–50 nm. The performance properties of Fe-Ni-Cr coatings were investigated when hardening the surfaces of the working bodies of tillage machines when applied to the fore parts of mass-produced ploughshares. The application of Fe-Ni-Cr coatings allows us to consider them as effective coatings to increase the durability of ploughshares of tillage machines both as a result of the appearance of the self-sharpening effect and higher wear resistance, since the angle of sharpness was 20–27°, and the reference 42–45°. The abrasive and mechanical wear and corrosion resistance of the restored grain pipelines coated with Fe-Ni and Fe-Ni-Cr from the inside is 2.5–3 times less than that of similar ones made of sheet steel. Conclusion. Fe-Ni-Cr coatings proved to be effective in increasing the durability of restored ploughshares of tillage machines and gravity grain pipelines because they have higher abrasive, mechanical, and corrosion resistance compared with serial ploughshares reinforced with sormite and grain pipelines made of sheet steel.

Текст научной работы на тему «Восстановление сельскохозяйственной техники и оборудования гальваническими покрытиями на основе железа»

технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса

4.3.1 ТЕХНОЛОГИИ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ _ДЛЯ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА_

Научная статья УДК 621.8:621.357.7 DOI: 10.24412/2227-9407-2024-8-7-16 EDN: TXVNXB

Восстановление сельскохозяйственной техники и оборудования гальваническими покрытиями на основе железа

Владимир Константинович Астанин1, Виталий Валерьевич Емцев2^, Титова Ирина Вячеславовна3, Юрий Александрович Стекольников4

12 3 Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I, Воронеж, Россия 2ВУНЦВВС ВВА им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина, Воронеж, Россия 4 Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина, Елец, Россия

1 astanin_vk@mail. ги

2 Ьесоо192@таИ гия

3 titovair@yandex.ru

4 сЬт^57@таИ ги

Аннотация

Введение. В процессе ремонта изношенных деталей сельскохозяйственных машин необходимо обеспечить требуемый комплекс физико-механических и эксплуатационных характеристик восстановленных поверхностных слоев. Электролитические покрытия на основе железа получили широкое распространение в ремонтном производстве при восстановлении и упрочнении изношенных деталей. Износ деталей можно значительно уменьшить, используя для восстановления геометрических размеров гальванические покрытия, легированные металлами или неметаллами. Такие покрытия имеют большую износостойкость, коррозионную стойкость и высокие антифрикционные свойства.

Материалы и методы. Электролитические покрытия наносили из сульфатного электролита в стационарных и нестационарных условиях. Микрофотографии и элементный состав покрытий изучали на растровом электронном микроскопе. Фазовый состав изучали с помощью установки Дрон-4М. Микротвердость определялась на приборе ПМТ-3.

Результаты. В нашем случае покрытия Fe-Ni-Cr, полученные при в = 1,3-2, имеют твердость, которая возрастает от 850 до 890 МПа, а при в = 8-10 от 1240 до 1320 МПа. Размеры блоков мозаики кристаллитов находятся в пределах 20-50 нм. Эксплуатационные свойства покрытий Fe-Ni-Cr были исследованы при упрочнении поверхностей рабочих органов почвообрабатывающих машин при нанесении на носовые части серийно выпускаемых лемехов. Нанесение покрытий Fe-Ni-Cr позволяет рассматривать их в виде эффективных покрытий повышения долговечности лемехов почвообрабатывающих машин как вследствие появления эффекта самозатачивания, так и более высокой износостойкости, поскольку угол заостренности составил 20-27°, а у эталонных 42-45°. Абразивно-механический износ и коррозионная стойкость восстановленных зернопроводов, покрытых изнутри Fe-Ni и Fe-Ni-Cr, в 2,5-3 раза меньше, чем у аналогичных изготовленных из листовой стали. Заключение. Покрытия Fe-Ni-Cr оказались эффективными при повышении долговечности восстановленных лемехов почвообрабатывающих машин и самотечных зернопроводов, поскольку обладают более высокой аб-

© Астанин В. К., Емцев В. В., Титова И. В., Стекольников Ю. А., 2024

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.

Вестник НГИЭИ. 2024. № 8 (159). C. 7-16. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 8 (159). P. 7-16. ISSN 2227-9407 (Print)

V^W^VWW^V ТРГНМП! nniFS МЛГШМРЯ ЛМП FflIIIPMFNT WWW^^WW

WVW^^WWV^^ FnR TUP AiZRn.INnilSTItlA I ГПМР1 rvV^^VWW^^WW

run inn lwuujinirtl, ^итгьсл

разивно-механической, коррозионной стойкостью в сравнении с серийными лемехами, упрочненными сор-майтом, и зернопроводов, изготовленных из листовой стали.

Ключевые слова: асимметричный переменный ток, гальванические покрытия, железнение, ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования, сульфатный электролит с органическими добавками

Для цитирования: Астанин В. К., Емцев В. В., Титова И. В., Стекольников Ю. А. Восстановление сельскохозяйственной техники и оборудования гальваническими покрытиями на основе железа // Вестник НГИЭИ. 2024. № 8 (159). С. 7-16. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-8-7-16. EDN: TXVNXB

Restoration of agricultural machinery and equipment electroplated on the basis of iron

Vladimir K. Astanin1, Vitaly V. Emtsev2B, Irina V. Titova3, Yury A. Stekolnikov4

12 3 Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great, Voronezh, Russia

2 VUNTS of the Air Force of the VVA named after Prof. N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin, Voronezh, Russia

3 Yelets state university of I. A. Bunin, Yelets, Russia

1 astanin_vk@mail.ru

2 becool92@mail.ruя

3 titovair@yandex.ru

4 chimic57@mail.ru

Abstract

Introduction. In the process of repairing worn parts of agricultural machinery, it is necessary to provide the required set of physical, mechanical and operational characteristics of the restored surface layers. Electrolytic coatings based on iron are widely used in the repair industry for the restoration and strengthening of worn parts. The wear of parts can be significantly reduced by using electroplating coatings alloyed with metals or non-metals to restore geometric dimensions. Such coatings have high wear resistance, corrosion resistance and high antifriction properties. Materials and methods. Electrolytic coatings were applied from sulfate electrolyte under stationary and non-stationary conditions. Micrographs and the elemental composition of coatings were studied using a scanning electron microscope. The phase composition was studied using the Dron-4M installation. The microhardness was determined on the PMT-3 device.

Results and discussion. In our case, Fe-Ni-Cr coatings obtained at P = 1,3-2 have a hardness that increases from 850 to 890 MPa, and at P = 8-10 from 1240 to 1320 MPa. The sizes of the crystallite mosaic blocks are in the range of 20-50 nm. The performance properties of Fe-Ni-Cr coatings were investigated when hardening the surfaces of the working bodies of tillage machines when applied to the fore parts of mass-produced ploughshares. The application of Fe-Ni-Cr coatings allows us to consider them as effective coatings to increase the durability of ploughshares of tillage machines both as a result of the appearance of the self-sharpening effect and higher wear resistance, since the angle of sharpness was 20-27°, and the reference 42-45°. The abrasive and mechanical wear and corrosion resistance of the restored grain pipelines coated with Fe-Ni and Fe-Ni-Cr from the inside is 2.5-3 times less than that of similar ones made of sheet steel.

Conclusion. Fe-Ni-Cr coatings proved to be effective in increasing the durability of restored ploughshares of tillage machines and gravity grain pipelines because they have higher abrasive, mechanical, and corrosion resistance compared with serial ploughshares reinforced with sormite and grain pipelines made of sheet steel.

Keywords: asymmetric alternating current, electroplating, iron plating, repair, agricultural machinery and equipment, sulfate electrolyte with organic additives

For citation: Astanin V. K., Emtsev V. V., Titova I. V., Stekolnikov Yu. A. Restoration of agricultural machinery and equipment electroplated on the basis of iron // Bulletin NGIEI. 2024. № 8 (159). P. 7-16. DOI: 10.24412/2227-94072024-8-7-16. EDN: TXVNXB

технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]

Введение

В процессе ремонта изношенных деталей сельскохозяйственных машин необходимо обеспечить требуемый комплекс физико-механических и эксплуатационных характеристик восстановленных поверхностных слоев. Электролитические покрытия на основе железа получили широкое распространение в ремонтном производстве при восстановлении и упрочнении изношенных деталей. Износ деталей можно значительно уменьшить, используя для восстановления геометрических размеров гальванические покрытия, легированные металлами или неметаллами. Такие покрытия имеют большую износостойкость, коррозионную стойкость и высокие антифрикционные свойства. К недостаткам всех электролитов железнения можно отнести их нестабильность, недостаточно высокую твердость и износостойкость покрытий, наличие слоисто-блочных структур, микротрещин и трещин, которые служат коллекторами водорода и впоследствии могут стать причиной водородного охрупчивания, что при высоких удельных нагрузках не позволяет обеспечить надежность работы восстановленных деталей. К преимуществам гальванопокрытий можно отнести возможность регулирования физико-механических свойств за счет изменения режимов электролиза, небольшие припуски на последующую механическую обработку, отсутствие коробления деталей, меньшая металло- и трудоемкость в сравнении со сварочно-наплавочными способами ремонта, газотермическим напылением [1; 8; 9; 20]. Однако покрытия железом и его сплавами, полученные с помощью постоянного электрического тока, имеют малую толщину, недостаточную адгезию, повышенную температуру электролитов, низкую износостойкость [3; 7; 12; 14; 15; 16; 17; 18]. Физико-механические свойства покрытий железом можно значительно улучшить легированием, а также используя нестационарные токовые режимы осаждения, а именно импульсный и реверсивный переменный ток [2; 4; 10; 11; 13; 19]. Использование асимметричного переменного тока позволяет повысить скорость осаждения, увеличить твердость железных покрытий с легирующими компонентами (М и &) и применить их для восстановления деталей с высокими износами, эксплуатируемыми в жестких условиях. Правильно подобранные параметры асимметричного переменного тока могут позволить управлять режимами нанесения, а также свойствами наносимого гальванического покрытия. На асим-

метричном переменном токе значительно повышается производительность, технологичность, экономичность технологического процесса восстановления деталей, в частности, гальваническими покрытиями. Для исследования были выбраны покрытия Fe-Ni, полученные из сернокислого электролита, легированные хромом. Легирование хромом позволит повысить комплекс технологических, механических и эксплуатационных характеристик, необходимых для обеспечения надежности отремонтированных сельскохозяйственных машин. Цель работы состояла в изучении физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий Fe-Ni-Cr, полученных в условиях нестационарных токовых режимов осаждения.

Материалы и методы Электролитические покрытия (толщиной 20200 мкм) наносили из сульфатного электролита (H2SO4 - 350-400 г/л, сернокислое железо (FeSO4•7H2O) - 150-350 г/л, никель сернокислый (NiSO4) - 35-75 г/л, NaBr - 3-5 г/л, аскорбиновую кислоту (C6H8O6) - 3-7 г/л), Na2CrO4 - 8-20 г/л в присутствии кристаллического фиолетового (1-2 г/л) в стационарных и нестационарных условиях. Микрофотографии и элементный состав покрытий изучали на растровом электронном микроскопе, принадлежащем ЦКПНО Воронежского государственного университета, JEOL-JSM-6380LV с приставкой для энергодисперсионного элементного анализа с пределом обнаружения 0,1-1 ат. %. Фазовый состав изучали с помощью установки Дрон-4М, используя Со-Ка - излучение и Fe - фильтры на отражение с фокусировкой по Брэггу-Брентано. Результаты фазового анализа сопоставлялись с картотекой ASTM. Микротвердость определялась на приборе ПМТ-3 с нагрузкой на индентор 100-200 г при погрешности в 5 %. Скорость осаждения оценивали по приросту массы покрытия (толщины) в мкм/час при погрешности 3-5 %. Реверсивные токовые режимы (асимметричный переменный ток) задавали на специальной установке. Коэффициенты асимметрии (в) изменяли от 1,3 до 10, токи катодного полупериода от 5 до 100 А/дм2, частоту от 60 до 500 Гц. Величина износа образцов с покрытиями на основе железа определялась на машине трения СМЦ-2 при трении без смазки. Контробразцы колодки из стали 45, серого чугуна СЧ18, бронзы Брс30, которые прирабатывались до стабилизации момента трения и температуры. Толщина покрытий 0,4-0,5 мм. Испытания проводили при нагрузках 2,5-10 МПа.

[ technologies, machines and equipment ; for the agro-industrial complex

Результаты и их обсуждение

Технологический процесс получения покрытий Fe-Ni и Fe-Ni-Cr одинаков и сводится к выполнению следующих операций: механической обработке изношенных деталей, анодному пассивированию в 30 % серной кислоте, покрытию металлом до заданного размера с помощью асимметричного переменного тока, сопряженными со стадийной промывкой, шлифованию или расточке деталей под ремонтный размер. Механическая обработка перед покрытием сводится к шлифованию или расточке для снятия старой выработки и восстановления геометрической формы. Детали обезжириваются в любом органическом растворителе. Если нужно предохранить отдельные места от покрытия, то они изолируются различными изоляционными материалами (пластиком, полиэтиленом, резиной, парафи-но-канифольной смесью). Анодное пассивирование необходимо как для очищения деталей от окислов,

Таблица 1. Оптимальные режимы пассивирования Table 1. Optimal passivation modes

так и для создания на поверхности деталей тонкой пассивной кислородной пленки для предохранения поверхности деталей от его дальнейшего неконтролируемого окисления при переносе деталей из ванны в ванну. В таблице 1 указаны оптимальные режимы пассивирования для различных марок сталей и чугуна. Для получения качественного покрытия и хорошего сцепления осажденного металла с основой необходимо произвести вывод процесса на рабочий режим. Вывод на рабочий режим осуществляли при помощи преобразователя асимметричного переменного тока путем постепенного уменьшения амплитуды тока анодного полупериода. Вывод процесса электролиза на рабочий режим осуществляется с установления величины катодно-анодного отношения (в), равного 1,3, с выдержкой 1 минута, затем постепенного ввода этой величины до значения 8-10 или до значения в, которое обеспечивает требуемую твердость детали.

Марка стали / Steel grade

Термообработка / Heat treatment

Анодная плотность тока, А/дм2 / Anode current density, A/dm2

Время пассивирования, сек / Passivation time, sec

Сталь - 20 / Steel - 20 Сталь - 20 / Steel - 20 Сталь - 40 / Steel - 40 Сталь - 45 / Steel - 45 Сталь - 40Х / Steel - 40H Сталь - 65Г / Steel - 65G Сталь - 12ХН3А / Steel -12HN3A

Сталь - 18Х1Т / Steel - 18H1T Чугун / Cast iron -

Источник: составлено авторами на основе собственных исследований

цементированная / cemented нормализованная / normalized закаленная / hardened закаленная / hardened закаленная / hardened цементированная / cemented

цементированная / cemented

50 70 60 70 90 75 60

60 15-20

40 35 30 30 25 40 35

35 20-30

Твердость Fe-Ni сплава зависит от величины в (т. е. условий электролиза). Из рисунка 1 следует, что твердость сплава достигает максимального значения 545 кгс/мм2 по шкале Виккерса, что соответствует 52 единицам по шкале НЯС. Анализ рисунка 2 показывает, что состав Fe-Ni сплава можно регулировать изменением условий электролиза. Повышение плотности тока катодного полупериода с 3 до 30 А/дм2 приводит к резкому увеличению процентного содержания никеля в сплаве (от 8,9 % при 5 А/дм2 до 24,7 % при 30 А/дм2).

Постепенный выход на рабочий режим дает возможность получать твердые осадки Fe-Ni сплава

на мягком подслое, который образуется при электролизе на малой асимметрии переменного тока (в = 1,3...2), когда твердость осадка не превышает 15-20 НЯС. Постепенное наращивание твердости обеспечивает не резкое, а постепенное развитие внутренних напряжений и, как следствие, удовлетворительное сцепление осадка с основным металлом. Последующая механическая обработка восстановленных деталей проводится на шлифовальных, токарных станках или ином оборудовании, исходя из твердости получаемого покрытия.

Отметим, что при этом покрытия Fe-Ni получаются равномерными по поверхности слоисто-

технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]

блочной структуры с варьируемым содержанием № и толщины покрытия в широких пределах. Во всех случаях сплав покрытия Fe-Ni содержит более

высокий процент железа в покрытии. Выход по току сплава составляет 85-97 %, начиная с в = 6 и выше.

<U 2 i

I ^

^ ü ®

U Я ж

О ж

.5

<u Ш ^

sa !-

s * s

2 « 'S

600

is

| 500 -i

400

S

Z

j, 300

200

8

12

16

20

Катодно-анодное отношение, ß / Cathode-anode ratio, ß

Рис. 1. Влияние катодно-анодного отношения и плотности тока катодного полупериода на микротвердость

железоникелевого сплава: 1 - Дк = 30 А/дм2; 2 - Дк = 20 А/дм2; 3 - Дк = 10 А/дм2 Fig. 1. The effect of the cathode-anode ratio and the current density of the cathode half-life on the microhardness of an iron-nickel alloy: 1 - Дк = 30 А/dm2; 2 - Дк = 20 А/dm2; 3 - Дк = 10 А/dm2 Источник: составлено авторами на основе собственных исследований

Рис. 2. Зависимость содержания никеля в сплаве от катодно-анодного отношения и плотности тока катодного полупериода Fig. 2. Dependence of the nickel content in the alloy on the cathode-anode ratio and the current density of the cathode half-life Источник: составлено авторами на основе собственных исследований

Введение в состав электролита железнения хромата натрия позволяет получать сплавы Fe-Ni-Cr с регулируемым переменным содержанием № и Сг. Причем введение хромата натрия уменьшает содержание № в сплаве, увеличивая содержание хрома, по сравнению со сплавом Fe-Ni. С увеличением в содержание № и Сг в покрытии Fe-Ni-Cr возрастает. Так, при в = 2 состав сплава в %: 5,4 % - №, 13,3 % - Сг и 81 % - Fe; при в = 5: 11,8 % - №,

16,8 % - Сг и 72,2 % - Fe; при повышении в до 8 содержание хрома увеличивается до 18-20 %, а содержание никеля уменьшается до 8,5-6,3 % (в зависимости от плотности тока).

Отметим, исходя из анализа элементного состава, что осаждение покрытия Fe-Ni (зарождение кристаллов) вначале происходит на участках, содержащих карбид железа ^е3С). Так же отметим незначительную количественную разность элемент-

0

4

[ technologies, machines and equipment ; for the agro-industrial complex

ного состава в центрах кристаллизации и плоскости кристаллизации. Как видно, в зависимости от условий электрокристаллизации образуются сплавы железа с никелем, железа с никелем и хромом, особенности микроструктуры которых зависят от условий электроосаждения (плотности тока в анодный и катодный период, коэффициента асимметрии, состава электролита, режима нанесения). Изменение этих условий приводит к разным физико-механическим свойствам поверхности Fe-Ni или Fe-Ni-Cr сплава и его количественного состава. Увеличение поляри-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

зации, частоты, плотности катодного импульса тока, коэффициента асимметрии способствует получению мелкозернистых структур.

Структура покрытий Fe-Ni и Fe-Ni-Cr совершенная, слоисто-блочная, плотная. Основными фазами в сплаве Fe-Ni-Cr является a-Fe и P-Ni и [Cr(OH)3-H2O]-2H2O в стационарном режиме электролиза (рисунок 3, а и б), как и в [6]. Элементный состав Fe-Ni и Fe-Ni-Cr покрытий представлен в таблице 2.

а б

Рис. 3. Морфология (микроструктура) поверхности железо-никелевого (а) и железо-никель-хромового (б) покрытий; Fe-Ni покрытие получали на асимметричном переменном токе Бк = 40 А/дм2, в = 2, частотой V = 60 Гц, t = 30 мин; Fe-Ni-Cr - на асимметричном переменном токе Бк = 40 А/дм2, в = 10,

частотой V = 60 Гц, t = 30 мин. Fig. 3. Morphology (microstructure) of the surface of iron-nickel (a) and iron-nickel-chromium (b) coatings; Fe-Ni coating was obtained on an asymmetric alternating current Dc = 40 A/dm2, в = 2, frequency v = 60 Hz, t = 30 min; Fe-Ni-Cr - on asymmetric alternating current Dc = 40 A/dm2, в = 10, frequency v = 60 Hz, t = 30 min Источник: составлено авторами на основе собственных исследований

Таблица 2. Элементный состав Fe-Ni и Fe-Ni-Cr покрытия Table 2. Elemental composition of Fe-Ni and Fe-Ni-Cr coatings

Fe-Ni Fe-Ni-Cr

Элемент / Element Весовой % / Weight % Элемент / Element Весовой % / Weight %

O K

Fe K Ni K

12,б7 78.29 9.04

Cr K O K Fe K Ni K

10.б7 11.50 б3.24 14.59

Источник: составлено авторами на основе собственных исследований

В работе [6] в сернокислых средах с органическими добавками при использовании переменно-токового режима высокой частоты нанесения Fe-Ni-Cr обнаружено также появление фазы железа s-Fe с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой, состоящей из параллельно расположенных пластин толщиной 10-20 нм, что придает

повышенную микротвердость покрытию, что возможно и в наших условиях. В нашем случае покрытия Fe-Ni-Cr, полученные при в = 1,3-2, имеют твердость, которая возрастает от 850 до 890 МПа, а при в = 8-10 от 1240 до 1320 МПа. Размеры блоков мозаики кристаллитов находятся в пределах 20-50 нм. Эксплуатационные свойства покрытий Fe-Ni-Cr бы-

технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]

ли исследованы при упрочнении поверхностей рабочих органов почвообрабатывающих машин (лемехов) при нанесении на носовые части серийно выпускаемых лемехов, которые сравнивались с лемехами, упрочненными сормайтом. При наработке 50 Га в полевых условиях износ экспериментальных лемехов в условиях одинаковой эксплуатации оказался на 50-70 % меньше серийных лемехов. Нанесение покрытий Fe-Ni-Cr позволяет рассматривать их в виде эффективных покрытий повышения долговечности лемехов почвообрабатывающих машин как вследствие появления эффекта самозатачивания, так и более высокой износостойкости, поскольку угол заостренности составил 20-27°, а у эталонных 42-45°. Абразивно-механический износ и коррозионная стойкость восстановленных зернопроводов, покрытых изнутри Fe-Ni и Fe-Ni-Cr, в 2,5-3 раза меньше, чем у аналогичных, изготовленных из листовой стали. Близкие результаты по физико-механическим и эксплуатационным свойствам получены для Fe-Co-Al2O3 покрытий в работе [5].

Заключение

Преимущество использования асимметричного переменного тока при железнении состоит: в меньшей энергоемкости процесса, т. к. используются холодные электролиты; возможности получения покрытий на основе железа с высокой скоростью, что позволяет проводить последующую механическую обработку, а также в ряде случаев отпадает необходимость в термической обработке деталей сельскохозяйственных машин и оборудования. Нанесение сплавов Fe-Ni и Fe-Ni-Cr можно прово-

дить на широкую гамму сталей (вплоть до высоколегированных), а также чугунов, что невозможно на постоянном токе при железнении из «горячих» электролитов ввиду малой сцепляемости покрытий со стальной основой.

Электрохимические покрытия Fe-Ni-Cr обладают более высокой износостойкостью, твердостью поверхности в сравнении с покрытиями Fe-Ni и могут применяться для восстановления рабочих органов почвообрабатывающих машин, самотечных зернопроводов. Структура покрытия равномерная сплошная, мелкозернистая, слоисто-блочная с размерами мозаики кластеров кристаллитов порядка 300-400 нм с возможными включениями e-Fe 10-20 нм, что придает покрытиям высокую износостойкость и твердость и позволяет использовать в практике ремонтного производства. Скорость электроосаждения покрытия Fe-Ni-Cr составляет 0,25-0,35 мм/ч. Содержние Ni и Cr зависит от частоты, величины в и плотности тока катодного импульса при преимущественном содержании железа (приблизительно 75 % железа, остальное Ni+Cr). Причиной образования слоистой структуры Fe-Ni-Cr является периодическая кристаллизация Fe(OH)3 и Сг(ОН)3 из-за защелачивания прикатод-ного пространства. Износостойкость Fe-Ni-Cr покрытий в 1,68-1,89 раз выше износостойкости железных покрытий в паре с чугуном СЧ18 и бронзы Брс30 при трении без смазки по результатам сравнительных испытаний. Предложены новые способы электроосаждения покрытий Fe-Ni-Cr с применением асимметричного переменного тока.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Астанин В. К., Емцев В. В., Санников Э. М., Кравченко А. А. Анализ применения различных режимов осаждения гальванических покрытий при восстановительном ремонте деталей машин // Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе 2019. С. 269-273. EDN: NCNBQN.

2. Астанин В. К., Стекольников Ю. А., Емцев В. В., Чурилов Д. Г. Композиционные покрытия на основе сплавов железа с никелем // Проблемы совершенствования машин, оборудования и технологий в агропромышленном комплексе. 2019. С. 74-77. EDN: TUURUL.

3. Блинков Б. С., Серебровский В. И., Сафонов Р. И. Упрочнение электроосажденного железа кобальтом // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 6. С. 73-74. EDN: ШНУ^.

4. Богомолов С. А., Афанасьев Е. А., Серебровский В. В., Степашов Р. В. Особенности использования легирующих элементов при нанесении гальванопокрытий // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 4. С. 79-81. EDN: MUFSMR.

5. Гузин М. В., Бобанова Ж. И., Вида-Симити И., Жумате Н. Структура, физико-механические и эксплуатационные свойства композиционных покрытий на основе железа и его сплавов // Электронная обработка материалов. 2006. № 5. С. 20-27. EDN: ZVTDVW.

6. Жихарева И. Г., Смердов С. В., Шмидт В. В. Особенности макро- и микроструктуры электрохимического сплава Fe-Ni-Cr // Вестник Тюменского государственного университета. 2014. № 5. С. 161-169. EDN: SIYJZZ.

Вестник НГИЭИ. 2024. № 8 (159). C. 7-16. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 8 (159). P. 7-16. ISSN 2227-9407 (Print)

V^W^VWW^V ТРГНМП1 nniFS МЛГШМРЯ ANIÏ FHIIIPMFNT WWW^^WW

WVW^^WWV^^ FnQ THF АПРП.1МПНЯТР1А I ГПМР1 rvV^^VWW^^WW

7. Полищук С. Д., Стекольников Ю. А., Чурилов Д. Г. Восстановление сельскохозяйственной техники и оборудования гальваническими покрытиями на основе железа // Вестник Рязанского государственного агро-технологического университета им. П. А. Костычева. 2019. № 3 (43). С. 130-135. EDN: QFSUHZ.

8. Серебровский В. В. Влияние нестационарных режимов электролиза на электроосаждение железных покрытий // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2008. № 1. С. 42-44. EDN: KZVFAN.

9. Серебровский В. В. Особенности осаждения железных гальванических покрытий на переменном асимметричном токе // Аграрная наука. 2008. № 2. С. 29-30. EDN PUQHUV.

10. Серебровский В. В. Повышение эксплуатационных свойств железных гальванических покрытий путем легирования вольфрамом и молибденом // Аграрная наука. 2008. № 3. С. 34-35. EDN: PVRVAZ.

11. Серебровский В. В., Серебровский В. И., Павлова Е. В., Богомолов С. А. Повышение прочности электролитического железа легирующими добавками молибдена // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2012. № 2-2. С. 143-145. EDN: RDGWKB.

12. Серебровский В. И., Гнездилова Ю. П. Электроосаждение бинарных сплавов на основе железа для упрочнения деталей машин // Вестник Орел ГАУ. 2009. №1. С. 9-12. EDN: KVPCIN.

13. Серебровский В. И., Сафронов Р. И., Калуцкий Е. С., Крюков А. Г. Легирование молибденом электролитического железа // Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 45. EDN: VPVEXP.

14. Серебровский В. И., Серебровская Л. Н., Сафонов Р. И., Гнездилова Ю. П. Электроосаждение и упрочнение бинарных покрытий на основе железа // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 3. С. 74-76. EDN: TTYMFP.

15. Серебровский В. И., Серебровский В. В., Сафонов Р. И., Гнездилова Ю. П. Упрочнение многофункциональных электроосажденных покрытий для восстановления крупногабаритных деталей // Электрика. 2015. № 4. С. 31-34. EDN: TQCHXR.

16. Серебровский В. И., Серебровский В. В., Сафонов Р. И., Гнездилова Ю. П. Упрочняющее легирование электроосажденного железа // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 4. С. 68-71. EDN: UBMCIB.

17. Серебровский В. И., Серебровский В. В., Сафонов Р. И., Калуцкий Е. С. Электроосаждение сплавов на основе железа из хлоридных электролитов // Наука в современном информационном обществе. 2015. С. 157. EDN: TOTJLR.

18. Серебровский В. И., Серебровский В. В., Сафонов Р. И., Калуцкий Е. С. Электроосаждение универсальных беспористых покрытий из хлоридных электролитов // Электрика. 2015. № 4. С. 27-31. EDN: TQCHXH.

19. Бережной Ю. М., Попова Н. В. Формирования структуры и свойств порошкового материала на основе железа // Уральский научный вестник. 2023. Т. 5. № 9. С. 189-193. EDN QFJRZC.

20. Стекольникова Н. Ю., Мамонтова Ю. Е., Стекольников Ю. А. Осаждение покрытий железом на переменном токе // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2013. Т. 19. № 3. С. 659-661. EDN: RDCZOD.

Дата поступления статьи в редакцию 23.05.2024; одобрена после рецензирования 25.06.2024;

принята к публикации 26.06.2024.

Информация об авторах:

В. К. Астанин - д.т.н., доцент, профессор кафедры «Транспортные и технологические машины», Spin-код: 5631-6270;

В. В. Емцев - к.т.н., доцент кафедры «Транспортные и технологические машины» ВГАУ, преподаватель кафедры «Эксплуатация и ремонт САТОП» ВУНЦ ВВС ВВА, Spin-код: 7994-5165;

И. В. Титова - к.т.н., доцент, доцент кафедры «Транспортные и технологические машины», Spin-код: 6306-0503; Ю. А. Стекольников - к.х.н., доцент, профессор кафедры «Химия и биология», Spin-код: 2318-4641.

ХХХХХХХХХХХ технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ ХХХХХХХХХХХ для агропромышленного комплекса ХХХХХХХХХХХ

Заявленный вклад авторов: Астанин В. К. - общее руководство, анализ и дополнение текста статьи. Емцев В. В. - сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста. Титова И. В. - обработка данных, участие в планировании исследований. Стекольников Ю. А. - обработка данных и анализ результатов исследований.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Astanin V. K., Yemtsev V. V., Sannikov E. M., Kravchenko A. A. Analiz primeneniya razlichny'x rezhimov osazhdeniya gal'vanicheskix pokry'tij pri vosstanovitel'nom remonte detalej mashin [Analysis of the application of various modes of deposition of electroplating coatings in the restoration repair of machine parts], E'nergoeffektivnosf i e 'nergosberezhenie v sovremennom proizvodstve i obshhestve [Energy efficiency and energy saving in modern production and society], 2019, pp. 269-273. EDN: NCNBQN.

2. Astanin V. K., Stekolnikov Yu. A., Yemtsev V. V., Churilov D. G. Kompozicionny'e pokry'tiya na osnove splavov zheleza s nikelem [Composite coatings based on iron and nickel alloys], Problemy' sovershenstvovaniya mashin, oborudovaniya i texnologij v agropromy 'shlennom komplekse [Problems of improving machinery, equipment and technologies in the agro-industrial complex], 2019, pp. 74-77. EDN: TUURUL.

3. Blinkov B. S., Serebrovsky V. I., Safonov R. I. Uprochnenie elektroosazhdennogo zheleza kobal'tom [Hardening of electrodeposited iron with cobalt], Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy], 2015, No. 6, pp. 73-74. EDN: UIHVOJ.

4. Bogomolov S. A., Afanasyev E. A., Serebrovsky V. V., Stepashov R. V. Osobennosti ispol'zovaniya legiruyushhix e'lementov pri nanesenii gal'vanopokry'tij [Features of the use of alloying elements when applying electroplating coatings], Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj seFskoxozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy], 2010, No. 4, pp. 79-81. EDN: MUFSMR.

5. Guzin M. V., Bobanova Zh. I., Vida-Simiti I., Zhumate N. Struktura, fiziko-mexanicheskie i e'kspluatacionny'e svojstva kompozicionny'x pokry'tij na osnove zheleza i ego splavov [Structure, physico-mechanical and operational properties of composite coatings based on iron and its alloys], Elektronnaya obrabotka materialov [Electronic processing of materials], 2006, No. 5, pp. 20-27. EDN: ZVTDVW.

6. Zhikhareva I. G., Smerdov S. V., Schmidt V. V. Osobennosti makro- i mikrostruktury' e'lektroximicheskogo splava Fe-Ni-Cr [Features of macro- and microstructure of electrochemical alloy Fe-Ni-Cr], Vestnik Tyumenskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of Tyumen State University], 2014, No. 5, pp. 161-169. EDN: SIYJZZ.

7. Polishchuk S. D., Stekolnikov Yu. A., Churilov D. G. Vosstanovlenie sel'skoxozyajstvennoj texniki i oborudovaniya gal'vanicheskimi pokry'tiyami na osnove zheleza [Restoration of agricultural machinery and equipment with galvanic coatings based on iron], Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotexnologicheskogo universiteta im. P. A. Kosty cheva [Bulletin of the Ryazan State Agrotechnological University named after P. A. Kostychev], 2019, No. 3 (43), pp. 130-135. EDN: QFSUHZ.

8. Serebrovsky V. V. Vliyanie nestacionarny'x rezhimov e'lektroliza na e'lektroosazhdenie zhelezny'x pokry'tij [The influence of nonstationary electrolysis modes on the electrodeposition of iron coatings], Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj sel'skoxozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy], 2008, No. 1, pp. 42-44. EDN: KZVFAN.

9. Serebrovsky V. V. Osobennosti osazhdeniya zhelezny'x gal'vanicheskix pokry'tij na peremennom asimmet-richnom toke [Features of deposition of iron electroplating coatings on alternating asymmetric current], Agrarnaya nauka [Agrarian science], 2008, No. 2, pp. 29-30. EDN PUQHUV.

10. Serebrovsky V. V. Povy'shenie e'kspluatacionny'x svojstv zhelezny'x gal'vanicheskix pokry'tij putem legirovaniya vol' framom i molibdenom [Improving the operational properties of iron electroplating coatings by alloying with tungsten and molybdenum], Agrarnaya nauka [Agrarian Science], 2008, No. 3, pp. 34-35. EDN: PVRVAZ.

11. Serebrovsky V. V., Serebrovsky V. I., Pavlova E. V. Povy'shenie prochnosti e'lektroliticheskogo zheleza legiruyushhimi dobavkami molibdena [Increasing the strength of electrolytic iron with molybdenum alloying additives], Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vy'chisliteFnaya texnika, informatika.

Вестник НГИЭИ. 2024. № 8 (159). C. 7-16. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 8 (159). P. 7-16. ISSN 2227-9407 (Print)

V^W^VWW^V ТРГНМП! nniFS МДГШМРЯ ДМП FHIIIPMFNT WWW^^WW

КПП TUP ДПЛП-1ЫП11ЯТШД I ГПМР1 rvV^^VWW^^WW run inn íwuujinirtl, ^итгьсл

Medicinskoe priborostroenie [Proceedings of the Southwestern State University. Series: Management, Computer engineering, computer science. Medical instrumentation], 2012, No. 2-2, pp. 143-145. EDN: RDGWKB.

12. Serebrovsky V. I., Gnezdilova Yu. P. E lektroosazhdenie binarnyx splavov na osnove zheleza dlya up-rochneniya detalej mashin [Electrodeposition of binary iron-based alloys for hardening machine parts], Vestnik Orel GAU [Vestnik Orel GAU], 2009, No. 1, pp. 9-12. EDN: KVPCIN.

13. Serebrovsky V. I., Safronov R. I., Kaluzky E. S., Kryukov A. G. Legirovanie molibdenom e'lektroliticheskogo zheleza [Molybdenum alloying of electrolytic iron], Regionally j vestnik [Regional Bulletin], 2016, No. 1 (2), pp. 45. EDN: VPVEXP.

14. Serebrovsky V. I., Serebrovskaya L. N., Safonov R. I., Gnezdilova Yu. P. E'lektroosazhdenie i up-rochnenie binarnyx pokrytij na osnove zheleza [Electrodeposition and hardening of binary coatings based on iron], Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj seFskoxozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy], 2015, No. 3, pp. 74-76. EDN: TTYMFP.

15. Serebrovsky V. I., Serebrovsky V. V., Safonov R. I., Gnezdilova Yu. P. Uprochnenie mnogofunkcionafnyx elektroosazhdennyx pokrytij dlya vosstanovleniya krupnogabaritnyx detalej [Hardening of multifunctional electrode-posited coatings for the restoration of large-sized parts], Elektrika [Electrica], 2015, No. 4, pp. 31-34. EDN: TQCHXR.

16. Serebrovsky V. I., Serebrovsky V. V., Safonov R. I. Uprochnyayushhee legirovanie e'lektroosazhdennogo zheleza [Hardening alloying of electrodeposited iron], Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj seFskoxozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy], 2015, No. 4, pp. 68-71. EDN: UBMCIB.

17. Serebrovsky V. I., Serebrovsky V. V., Safonov R. I., Kalutsky E. S. E'lektroosazhdenie splavov na osnove zheleza iz xloridnyx e'lektrolitov [Electrodeposition of iron-based alloys from chloride electrolytes], Nauka v sov-remennom informacionnom obshhestve [Science in modern information society], 2015, pp. 157. EDN: TOTJLR.

18. Serebrovsky V. I., Serebrovsky V. V., Safonov R. I., Kalutsky E. S. E'lektroosazhdenie universafny'x be-sporisty'x pokrytij iz xloridnyx e'lektrolitov [Electrodeposition of universal nonporous coatings from chloride electrolytes], Elektrika [Electrica], 2015, No. 4, pp. 27-31. EDN: TQCHXH.

19. Berezhnoj Yu. M., Popova N. V. Formirovaniya struktury i svojstv poroshkovogo materiala na osnove zheleza [Formation of the structure and properties of iron-based powder material] Ural'skij nauchnyj vestnik [Ural Scientific Bulletin], 2023, Vol. 5, No. 9, pp. 189-193, EDN QFJRZC.

20. Stekolnikova N. Yu., Mamontova Yu. E., Stekolnikov Yu. A. Osazhdenie pokrytij zhelezom na peremen-nom toke [Deposition of iron coatings on alternating current], Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo texnicheskogo universiteta [Bulletin of the Tambov State Technical University], 2013, Vol. 19. No. 3, pp. 659-661. EDN: RDCZOD.

The article was submitted 23.05.2024; approved after reviewing 25.06.2024; accepted for publication 26.06.2024.

Information about the authors: V. K. Astanin - Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor of the Department of «Transport and Technological Machines», Spin-code: 5631-6270;

V. V. Yemtsev - Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department of «Transport and Technological Machines» of the VGAU, lecturer of the Department of «Operation and repair of SATOP» of the VUNTS of the Air Force of the VVA, Spin-code: 7994-5165;

I. V. Titova - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Transport and Technological Machines, Spin-code: 6306-0503;

Yu. A. Stekolnikov - Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Professor of the Department of Chemistry and Biology, Spin-code: 2318-4641.

The stated contribution of the authors: Astanin V. K. - general guidance, analysis and addition of the text of the article. Yemtsev V. V. - collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Titova I. V. - data processing, participation in research planning. Stekolnikov Yu. A. - data processing and analysis of research results.

The authors declare that there is no conflict of interest.

16

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.