Особенности формирования композитных электрохимических покрытий на основе никеля и наноструктурного диборида циркония

Введение. Исследован процесс электроосаждения композитных электрохимических покрытий из электролитаколлоида никелирования, содержащего ультрадисперсный порошок диборида циркония. Цели работы: исследование физико-механических свойств композитов на основе никеля и наноструктурного диборида циркония, а также определение оптимальных условий нанесения такого электрохимического покрытия.

Материалы и методы. Микротвердость композитных электрохимических покрытий измеряли с помощью микротвердомера ПМТ-3 на образцах с толщиной слоя 30 мкм при нагрузке на индентор 100 г. Для определения износостойкости покрытий использовали трехшариковую машину трения. Испытания образцов проводили в режимах сухого трения и с применением 3 % смазочноохлаждающей жидкости РВ. Значения диаметра пятна износа измерили под микроскопом МИР-3 ТУ 3-3.1954-86.  Для определения внутренних напряжений в покрытии воспользовались методом гибкого катода в соответствии с ГОСТ 9.302-88.

Результаты исследования. Разработан состав электролита-коллоида и режимы электроосаждения композитных покрытий никель — наноструктурный диборид циркония. Проведен анализ физико-механических свойств (микротвердость, износостойкость и внутренние напряжения) полученных композитных электрохимических покрытий. Сформулированы рекомендации по использованию разработанного электролита и нанесению композитного покрытия на детали машин для их поверхностного упрочнения.

Обсуждение и заключение. КЭП Ni–ZrB2 имеет высокую микротвердость (10–11 гПа при нагрузке на индентор 100 г), что превышает микротвердость чистого никеля в 1,5–2 раза. При возрастании микротвердости снижаются внутренние напряжения КЭП Ni–ZrB2. Предлагаемые покрытия сравнивались с хромовыми, осаждаемыми из экологически опасных электролитов. Износостойкость КЭП Ni–ZrB2 в 2–5 раз больше, чем у хромовых покрытий. Таким образом, рекомендуется вместо хромовых покрытий использовать предлагаемый состав для поверхностного упрочнения деталей специальной техники и промышленного оборудования.

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.