РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ТА ОБЛАДНАННЯ
2.1. Вибір матеріалів для створення КЕП
Як вже зазначалось в першому розділі, в якості матриці для КЕП використовують хром, нікель, залізо, мідь, кобальт та інші метали. Серед цих матеріалів перспективним є композиційні покриття на основі нікелю. Нікель широко використовується в якості матриці для КЕП, тому що він має спорідненість до більшості частинок, що застосовуються як друга фаза, і легко утворює з ними покриття. Широке використання нікелевих КЕП також пояснюється гарними механічними властивостями (табл. 1.1) [63,64], високою корозійною стійкістю. Тому покриття на його основі з включеннями частинок наповнювачів, заданого хімічного складу, повинні мати високі механічні властивості, жаро- і корозійну стійкість. Крім того, катодний вихід по струму і продуктивність процесу осадження покриттів з електролітів нікелювання мають найбільш високі значення, а електроліти для осадження нікелевих осадів прості і надійні.
Таблиця 2.1
Фізико-механічні властивості Ni
Густина, г/см38,9Температура плавлення, ?С1453Мікротвердість, ГПа1,7-2,1Модуль пружності ГПа180Межа міцності, ув, МПа330Межа міцності при розтягуванні, у, МПа72Кристалічна граткакубічна
Вибір наповнювача для КЕП визначається вимогами, що висуваються до зміцнюючих фаз, а саме: зміцнююча фаза повинна мати високу зносостійкість, твердість, міцність як при низьких, так і при підвищених температурах, корозійну стійкість в хімічно активних середовищах, достатню жаростійкість, інертність до матеріалу матриці при підвищених температурах. Важливу роль має модуль пружності, оскільки в шарах, близьких до поверхні тертя, можливе втомне руйнування матеріалу
Певною мірою задовольняють даним вимогам порошки карбідів, серед яких перспективним є використання в якості наповнювача карбіду кремнію SiC. Даний матеріал рекомендується для створення композицій з метою підвищення твердості та зносостійкості (також в умовах тертя без мащення та підвищених температур), жаростійкості, корозійної стійкості та міцності. При цьому відзначаються висока термостійкість і гарні механічні властивості цього матеріалу. Введення SiC в гальванічний нікель значно покращує властивості покриттів [63]: підвищується мікротвердість на 1-2,5 ГПа; зменшуються внутрішні напруження в 3-8 разів, підвищується корозійна стійкість в 1,5-2,5 раза. Зносостійкість цих покриттів при масовому вмісті 10-12% підвищується в 4-50 разів. Міцність на розрив таких КЕП підвищується в 2,5-4,5 ризи у порівнянні з чистим нікелем. Також відмічається [65], що покриття з SiC мають вищу міцність зчеплення зі сталлю у порівнянні з використанням інших наповнювачів, кгс/см2: SiC-487, ТіС-213, Cr7C3-216, Cr2O3-440, Al2O3-265. Такі покриття при товщині 200 мкм міцно зчеплюється зі сталлю і зберігають твердість до 260?С. Шар кермету товщиною 25 мкм на сталі деформується без зламу при ударі спеціальним сталевим шаром. При багаторазових зануреннях виробу з покриттям Nі-SіС у воду після нагрівання його до 650°С тріщин не утворюється (хромове покриття при цьому розтріскується і розшаровується). Покриття, що містять SiC застосовують замість хромового покриття при виготовлення різних ножів, мітчиків і лез, термін служби виробів підвищується в кілька разів. При цьому значно підвищується твердість матриці до 515 кгс/мм2 (за Вікерсом). Зносостійкість така як і азотованої сталі [6].
Широке використання SiC в якості наповнювача та підвищенні механічні властивості таких КЕП пояснюються високими механічними властивостями SiC [85] (табл. 2.2.), стійкістю до високих температур (не дисоціює, плавиться при температурі 2150?С) [63] та низькою вартістю, ця хімічна сполука виробляється промисловістю у великій кількості у вигляді порошків різних фракцій.
Таблиця 2.2
Фізико-механічні властивості SiC
Густина, г/см33,21Температура плавлення, ?С2150Мікротвердість, ГПа (кгс/мм2)29-35Модуль пружності Е, ГПа394Межа міцності, МПапри розтягуванні180при згинанні173-225 при стисканні800 Кристалічна граткаГексагональна
Таким чином, в роботі застосовуються покриття на нікелевій основі з частинками SiC різних фракцій і для зручності будемо позначати покриття за розміром частинок наповнювача, наприклад, нікелеві КЕП з частинками SiC фракції 28/20 мкм позначимо як Ni+SiC28, а покриття з наночастинками розміром близько 50 нм - Ni+SiCнано.
2.2. Методика нанесення композиційних електролітичних покриттів
2.2.1 Зразки для нанесення КЕП.
Зразки для нанесення КЕП виготовляли із сталі 45 розміром 10х10х5мм. Попередня обробка зразків перед нанесенням покриття полягала в знежиренні віденським вапном та наступній анодній обробці протягом трьох хвилин у 20% розчині сірчаної кислоти при щільності струму 2 кА/м2 . Для запобігання осадження покриття на бічній і тильній стороні зразків їх покривали кислотостійким лаком АК-20.
Товщина покриттів на зразках складала 0,1-0,6 мм.
В якості анода для нікелювання використовувалися нікелеві пластини розміром 60 х 30 х 5 мм. Відстань між електродами встановлювали не менш 50 мм.
2.2.2. Вибір типу електроліту та його підготовка до роботи.
При утворенні КЕП, як правило, використовують сульфатні або сульфат-хлористі електроліти нікелювання. Недоліком зазначених електролітів є невисока швидкість осадження металу (20-40 мкм/год, при щільності струму 0,2-0,5 кА/м2). Застосування більших щільностей струму веде до різкого погіршення якості покриттів. Тому в даній роботі застосовуються хлористі електроліти нікелювання [69] (табл. 2.1), що дозволяють підвищити робочу щільність струму до 1 кА/м2, а, отже, збільшити швидкість осадження металу до 90-100 мкм/год.
Такі електроліти мають ще одну важливу особливість - дозволяють одержувати покриття, які мають велику кількість дефектів структури: вакансій, дислокацій, дефектів пакування тощо.
Таблиця 2.3
Характеристика нікель-хлористого електроліту
Склад електроліту, г/лРежим осадже
- Київ+380960830922