Композиционные упрочняющие покрытия на основе никеля и хрома с твердыми наполнителями

• Автор: Коробейников, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Композиционные электрохимические покрытия
1.1.1. Наполнители
1.1.2. Покрытия на основе никеля
1.1.3. Покрытия на основе хрома
1.1.4. Покрытия на основе других металлов
1.2. Влияние термической обработки
на свойства покрытий
1.3. Влияние свойств материалов на их износостойкость
1.4. Задачи исследования
2. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Получение покрытий
2.1.1. Осаждение слоев на основе никеля
2.1.2. Осаждение слоев на основе хрома
2.2. Определение теплостойкости наполнителей
2.3. Термическая обработка покрытий
2.3.1. Отжиг покрытий на основе никеля
2.3.2. Лазерная обработка покрытий на основе хрома
2.4. Исследование свойств поверхностных слоев
2.5. Исследование процесса изнашивания
в условиях сухого трения
2.5.1. Испытания на износ
2.5.2. Моделирование процесса изнашивания
2.5.3. Оценка адекватности модели изнашивания
2.5.4. Анализ процесса изнашивания материалов
2.6. Выводы к главе
3. СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ
3.1. Композиционные электрохимические покрытия
на основе никеля
3.1.1. Концентрация наполнителей
3.1.2. Твердость
3.1.3. Трибологические свойства
3.2. Покрытия на основе хрома
3.3. Промышленное применение покрытий на основе хрома
3.3. Выводы к главе
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОКРЫТИЙ
4.1. Адгезия покрытий на основе никеля
4.2 Определение теплостойкости наполнителей
4.3 Расчет параметров лазерной обработки покрытий
на основе хрома
4.4. Свойства покрытий на основе хрома
после лазерной обработки
4.4.1. Шероховатость поверхности
4.4.2. Глубина зоны термического влияния
лазерного излучения
4.4.3. Структура и твердость зоны лазерного воздействия
4.4.4. фазовый состав зоны термического влияния
4.4.5. Распределение хрома по глубине зоны термического воздействия
4.4.6. Адгезия покрытий на основе хрома
4.4.7. Рекомендуемые параметры лазерной обработки
4.5. Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Основным требованием повышения срока службы деталей машин и инструмента, работающих в условиях многофакторного силового воздействия, является получение материалов с высокой поверхностной твердостью и вязкой сердцевиной. Обеспечение таких свойств возможно путем формирования износостойких слоев на поверхности изделий. Одним из перспективных методов повышения износостойкости является нанесение композиционных электрохимических покрытий (КЭП). Следует отметить, что процесс нанесения КЭП связан с влиянием многих факторов и вопрос нахождения оптимального состава для каждого конкретного случая является сложной исследовательской задачей.
Покрытия, представляющие собой композиции, состоящие из металла и дисперсных частиц различных веществ, дают возможность резко улучшить механические и коррозионные свойства изделий, на которые они наносятся, не изменяя их внешней формы. Эти свойства создают предпосылки для использования их в различных отраслях промышленности. С другой стороны, для большинства электрохимических покрытий существует проблема адгезии КЭП к металлическому изделию, что сужает область их применения. Основной путь повышения адгезии для металлических покрытий на металлах - создание переходных диффузионных слоев. Достичь этого можно двумя методами. Первый - за счет медленного нагрева и длительной выдержки при повышенных температурах. Второй метод - создание переходного слоя путем кратковременного нагрева поверхностного слоя металла с применением концентрированных потоков энергии (лазерного излучения, электронных пучков, плазменных струй и др.). При формировании переходного слоя протекают физико-химические процессы, основными из которых являются нагрев, диффузия компонентов и межфазные взаимодействия в системе “металлическая матрица - наполнитель - материал подложки”. Природа этих явлений и свя-

ГОСТ 9.047-75 и приведены в табл. 2.1. Отношение площадей катода и анода составляло от 1:2,0 до 1:2,5 (методика расчета площадей приведена в [80]).
Таблица 2.1.
Состав и режим работы использованных электролитов
Состав и режим Никелирование Хромирование
' [liSO4 7Н20, кг/м3 350
Н3ВО3, кг/м3 30
ИаИ 2
СЮз, кг/м3
И2804, кг/м3
Препарат “Хромин”, кг/м3
pH 2-3
Плотность тока, кА/м2 0,5-0,55 5,0-5
Катодный выход по току, %
Температура,°С
Для получения композиционных покрытий использовались следующие наполнители: электрокорунд нормальный марок ЭКР М40 и ЭКР 12, карбиды хрома и бора (размер частиц 10-60 мкм), оксид магния (10-50 мкм) и нитрид бора с кристаллической решеткой типа вюрцита (ВГГв, зернистость М7). Твердость использованных частиц составляла: корунд - 20-22 ГПа, карбиды хрома - 18-22 ГПа, карбид бора - 40-50 ГПа, В1чГв - 60-80 ГПа и магнезия ]УО - <0,1 ГПа [81]. По проводимости электрического тока использованные наполнители можно разделить на проводящие (карбиды хрома) и диэлектрики (карбид и нитрид бора, корунд, магнезия). Форма частицы может быть описана отношением её максимального размера к минимальному. Этот показатель для использованных частиц меняется от 1,1-1,3 (ВМв, магнезия) до 2-3 (остальные). Плотность наполнителей составляет: МО - 1,8; В4С - 2,2; ВПв -2,3; корунд - 4,0; карбиды хрома - 6,9 г/см3.
Осаждение производилось в специально изготовленной ванне. Покрытия осаждались на горизонтальных поверхностях катода при периодическом