Разработка композиционного никель-фосфорного покрытия, модифицированного нитридом бора и политетрафторэтиленом

• Автор: Щербаков, Игорь Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.06, 05.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Никельфосфорные покрытия как матрица композиционных покрытий

1.2. Композиционные никельфосфорные покрытия

1.3 Нитрид бора и политетрафторэтилен как

твердые смазочные материалы

1.4. Выводы, постановка цели и задач исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНОФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ НИКЕЛЬФОСФОРНОГО ПОКРЫТИЯ

И НИТРИДА ЮРА ВО ФРИКЦИОННОМ КОНТАКТЕ

2.1 Анализ возможных структурных состояний в поверхностных

слоях никельфосфорного покрытия
2.2 Анализ возможных структурных состояний нитрида бора в поверхностных слоях композиционного никель
фосфорного покрытия.
2.3 Прогнозирование появления боридныхфазв композиционном никельфосфорном покрытии
2.4. Выводы.
3. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО НИКЕЛЬФОСФОРНОГО ПОКРЫТИЯ
3.1.Выбор требований к составу и количеству реагентов покрытия
3.2. Технология нанесения покрытия
4. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ
ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 Машина трения и методика проведения
трибологических испытаний
4.2. Методика проведения реитгенофаэовых исследований
4.3. Методика проведения микросгруктурных исследований
4.4 Методика измерения толщины покрытия
4.5 Методика измерения микропвердости
4.6. Методика оценки адгезионных свойств
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ НИКЕЛЬФОСФОРНЫХ ПОКРЫТИЙ
5.1. Исследование поверхности композиционных никельфосфорных покрытий в зоне трибологического контакта
5.2. Исследование влияния температуры на скорость
нанесения покрытий
5.3 Исследование микротвсрдосги покрытий
5.4 Исследование адгезионных свойств
6. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
6.1.0 структурнофазовой разупорядоченности и самоорганизации композиционного никельфосфорного покрытия и роли его компонентов в трибологической системе
6.2 Промышленная реализация разработанного покрытия
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА


Существует большое количество покрытий и технологических методов их нанесения, с помощью которых можно повысить износостойкость металлических поверхностей трения (рис. Представленная на рисунке схема составлена после аналитического обзора таких методов, как обработка резанием [7-8], обработка поверхности пластическим деформированием [7-], термическая и химико-термическая обработка [7,9,], нанесение износостойких покрытий [7,8,-], электронно-ионная обработка [7,], наплавка на рабочую поверхность [7,,]. Учитывая поставленную научно-техническую задачу, а также объекты использования её решения, ниже приведен аналитический обзор литературных источников, отражающих исследования одних из наиболее распространенных в технике покрытий и способов их нанесения, - никель-фосфорных покрытий (НФП), а также композициоттных НФП (КНФП), наносимых методом химического восстановления. Дополнительно рассмотрены твердые смазочные материалы, которые использованы для модифицирования НФП и получения с их помощью КНФП, обладающего заданными харакгеристиками. В частности, рассмотрены нитрид бора (BN) и политетрафторэтилен (ПТФП) как модификаторы НФП, способные изменить их физико-механические характеристики, в том числе микротвердость и износостойкость. Рис. Впервые металлическое покрытие методом химического восстановления было получено Ю. Либихом в году. Он осуществил химическое серебрение стекла и впоследствии разработал технологию процесса серебрения []. Технология химического никелирования была разработана в г. США. В СССР данный процесс начал применяться приблизительно с г. Этому способствовал ряд технологических преимуществ процесса - способность никеля покрывать изделия любой конфигурации, изделия из нескольких материалов, одинаковая толщина покрытия на любом участке детали, высокие декоративные свойства, возможность одновременно обрабатывать в одной ванне-реакторе изделия разной формы и из разных материалов, отсутствие необходимости подведения электрического тока к изделиям [4,]. Технология осаждения НФП принципиально основана на восстановлении никеля из его солей с помощью солей фосфорноватистой кислоты -чаще всего гипофосфита натрия []. На практике кроме этих двух реагентов используют также специальные добавки - буферы, стабилизаторы и комплексообразователи [3,4,,-]. Классический” технологический процесс выглядит следующим образом: ванну, где растворены перечисленные выше реактивы, нагревают до температуры -°С, а затем погружают в нее предварительно обработанные детали. Продолжительность процесса зависит от необходимой толщины покрытия и обычно составляет 0,5-3 часа [3,4,-]. Однородность слоя по толщине обычно зависит от распределения температуры и состава по объему ванны, поэтому для изго-товления прецизионных изделий раствор в ванне дополнительно перемешивают во время никелирования []. Химическим восстановлением можно . НФП как из кислых, так и из щелочных растворов[3,4,-]. В растворе любого типа процесс восстановления никеля является каталитическим, то есть самопроизвольно никель восстанавливается лишь на некоторых металлах, например на никеле, кобальте, палладии, железе, алюминии [3]. Этот метод позволяет покрывать никелем неметаллы (стекло, пластмассу, керамику) [,]. Немаловажное значение для нормальной работы ванны имеет такой параметр, как отношение площади покрываемых деталей к объему раствора - плотность загрузки [3,]. В настоящее время считается, что наиболее оптимальная плотность загрузки - 1 дм2/литр. Одной из трудностей при промышленном осуществлении процесса является выбор материала ванны. К нему предъявляются следующие требования: каталитическая неакгивность, термостойкость до 0°С, химическая стойкость к кислой среде. Возможны три различных варианта: стеклянный реактор, стальной реактор с защитной обмазкой, стальной реактор с анодной защитой. Наиболее широко в наше время используются реакторы из нержавеющей стали [,]. Реакторы с анодной защитой и реакторы из химического стекла используются значительно реже. Метод защитной обмазки в настоящее время практически не применяется.