Formation features of composite electrochemical nickel and nanostructured zirconium boride coatings

Introduction. The electrodeposition of composite electrochemical coatings from electrolyte-colloid nickel plating containing ultradisperse zirconium boride powder is studied. The work objectives are as follows: to study mechanical-and-physical properties of the composites based on nickel and nanostructured zirconium boride, and to determine optimal conditions for the application of such electrochemical coatings.

Materials and Methods. Microhardness of composite electrochemical coatings was measured using PMT-3 microhardness tester on samples with the layer thickness of 30 μm under the indentation load of 100 g. A three-ball machine was used to determine wear resistance of the coatings. Sample tests were carried out under dry friction modes and with the use of 3% RV coolant. WSD values were measured by MIR-3 TU 3-3.1954-86 microscope. To determine the internal stresses in the coating, we used a flexible cathode method up to GOST 9.302-88.

Research Results. The electrolyte-colloid composition and modes of electrodeposition of composite nickel - nanostructured zirconium boride coatings are developed. Mechanicaland-physical properties (microhardness, wear resistance and internal stresses) of the obtained composite electrochemical coatings are analyzed. Recommendations for use of the developed electrolyte and the application of a composite coating on machine parts for their surface hardening are formulated.

Discussion and Conclusions. Ni–ZrB2 CEC (composite electrochemical coating) has high microhardness (10–11 hPa at the indentation load of 100 g), which exceeds the microhardness of pure nickel by 1.5–2 times. As the microhardness increases, the internal stresses of Ni–ZrB2 CEC decrease. The proposed coatings were compared to chromium ones deposited from the environmentally hazardous electrolytes. The wear resistance of Ni–ZrB2 CEC is 2–5 times higher than that of chromium coatings. Thus, instead of chromic coatings, it is recommended to use the proposed composition for surface hardening of parts of the specialty machinery and industrial equipment

1. Целуйкин, В. Н. Композиционные электрохимические покрытия: получение, структура, свойства / В. Н. Целуйкин // Физикохимия поверхности и защита материалов. — 2009. — Т. 45, № 3. — С. 287–301.

2. Композиционные электрохимические покрытия на основе никеля / Г. И. Десяткова [и др.] // Защита металлов. — 2002. — Т. 38, № 5. — С. 525–529.

3. Овчаренко, О. А. Электроосаждение и физико-механические свойства композиционных покрытий Ni–Al2O3 / О. А. Овчаренко, Н. Д. Сахненко, М. В. Ведь // Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии : тезисы докл. VII Междунар. науч. конф. — Иваново : Ин-т химии растворов им. Г. А. Крестова, 2015. — С. 159.

4. Дегтярь, Л. А. Физико-механические характеристики композиционных электрохимических покрытий на основе никеля / Л. А. Дегтярь // Инновационные пути развития АПК: проблемы и перспективы : мат-лы междунар. науч.-практ. конф. — Персиановский : ДГАУ, 2013. — Т. 1. — С. 13–14.

5. Fabrication and characterization of Ni-ZrO2 composite nano-coatings by pulse electrodeposition/W. Wang [et al.] // Scripta Materialia. — 2005. — P. 613–618.

6. Разработка технологии получения наномодифицированных гальванических покрытий / Ю. В. Литовка [и др.] // Покрытия и обработка поверхности : 7-я междунар. конф. — Москва : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2010. — С. 55.

7. Haghmoradi, N. The correlation among deposition parameters, structure and corrosion behaviour of ZnNi/nano-SiC composite coating deposited by pulsed and pulsed reverse current / N. Haghmoradi, C. Dehghanian, H. Khanlarkhani // Transactions of the IMF. — 2018. — Vol. 96. — P. 155–162.

8. Целуйкин, В. Н. Трибологические свойства композиционных электрохимических покрытий на основе никеля / В. Н. Целуйкин // Трение и износ. — 2010. — Т. 31, № 5. — С. 475–478.

9. Композиционное электрохимическое покрытие : патент 2048573 Рос. Федерация : МПК C22C 19/03А / Л. А. Дегтярь, И. Д. Кудрявцева, Г. Н. Сысоев ; Новочеркасский политехнический институт. — № 5020525/02 ; заявл. 01.03.1992 ; опубл. 20.11.1995, Бюл. № 21 (51). — 4 с.

10. Новоторцева, И. Г. О свойствах композиционных покрытий на основе никеля / И. Г. Новоторцева, Т. В. Гаевская // Журнал прикладной химии. — 1999. — Т. 72, № 5. — С. 789–791.

11. Композиционные покрытия с различной металлической матрицей / Г. Г. Мингазова [и др.] // Вестник Казан. технологич. ун-та. — 2012. — Т. 12, № 20. — С. 81–83.

12. Кудрявцева, И. Д. Электроосаждение металлов из электролитов-коллоидов / И. Д. Кудрявцева, Ф. И. Кукоз, В. И. Балакай // Итоги науки и техники. — (Электрохимия). — 1990. — Т. 33 — С. 50–85.

13. Electrodeposition from Colloid-electrolyte bath: Some new features [Электронный ресурс] / L. A. Degtyar [et al.] // 50 ISE Conference, Pavia (Italy), 5–10 September, 1999 // Russian Journal of Electrochemistry. — Режим доступа: https://link.springer.com/journal/11175 (дата обращения 06.02.19).

14. Композиционные электрохимические покрытия на основе никеля / Р. Е. Фомина [и др.] // Вестник Казан. технологич. ун-та. — 2018. — Т. 21, № 2. — С. 70–73.

15. Горелов, С. М. Получение и свойства композиционного покрытия на основе никеля с наноразмерным диоксидом циркония / С. М. Горелов, Т. Е. Цупак, О. В. Яровая // Гальванотехника и обработка поверхности. — 2014. — Т. 22, № 4. — С. 32–36.

16. Рогожин, В. В. Особенности катодного осаждения никель-борных покрытий из сернокислого электролита с добавками полиэдрических боратов / В. В. Рогожин // Журнал прикладной химии. — 2008. — Т. 84, № 5. — С. 757–760.

17. Шульга, Г. И. Влияние водорастворимых смазочных материалов на самоорганизацию трибосопряжений при ротационной вытяжке листовых сталей / Г. И. Шульга, А. Я. Гоголев, В. П. Афонин // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. — 1999. — № 4. — С. 28–32. — (Технические науки).

18. Мартин, Дж. Микромеханизмы дисперсионного твердения сплавов / Дж. Мартин. ― Москва : Металлургия, 1983. ― 167 с.

19. Восстановление изношенных изделий сельскохозяйственной техники гальваническим хромированием / Н. Ю. Стекольникова [и др.] // Вестник Тамбов. гос. техн. ун-та. — 2016. — Т. 22, № 4. — С. 679–686.