ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ХРОМОВЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМ ДИСПЕРГИРОВАНИЕМ (ЭЭД)
Звонарев Д.Ю., Кузнецова Л.П. (КурскГТУ, г. Курск, РФ)
The paper deals with a changes in the wear capability of composite electrochemical chrome coating under the influence of disperse powders made from hard alloys waste by means of electroeroding dispersion.
Известно, что износостойкость является комплексным свойством, характеризующим сложное взаимодействие различных факторов. Износостойкость хромовых гальванических покрытий определяется сцеплением кристаллов хрома между собой и с подложкой, микротвердостью, составом электролита и формой поляризующего тока.
Характер изменения износостойкости в ряде случаев удовлетворительно коррелирует с изменением твердости. Однако, при разработке хромовых покрытий следует учитывать, что максимальная твердость не всегда соответствует высокой износостойкости. С повышением твердости хромового покрытия износ хрома и сопрягаемого с ним контртела вначале уменьшается, а затем возрастает. Наименьший износ наблюдается при твердости 9 – 10,5 ГПа [1].
Такая зависимость между твердостью и износостойкостью объясняется тем, что с повышением твердости хромового покрытия уменьшается объем и интенсивность повреждений за счет микроконтактного схватывания и скалывания [2]. При увеличении твердости выше оптимальной износ вследствие повышения хрупкости и напряженности покрытия возрастает. Как правило, наиболее износостойкие покрытия получают при режимах электролиза, обеспечивающих получение покрытий на границе областей осаждения блестящих и молочных покрытий.
Нами проводились эксперименты по осаждению хромовых гальванических покрытий в присутствии дисперсных порошков, полученных при ЭЭД твердого сплава ВК8. Электроосаждение проводилось из стандартного электролита хромирования (CrO3 -250г/л, H2SO4 - 2,5 г/л).
Целью исследований являлось обоснование возможности повышения служебных характеристик хромовых композиционных гальванических покрытий (КГП) за счет использования дисперсных порошков, полученных ЭЭД.
Применение продуктов электрической эрозии в порошковой гальванотехнике обусловлено следующим комплексом их свойств:
1. агрегативной устойчивостью в состоянии суспензии;
2. высокой дисперсностью;
3. высокой смачиваемостью порошков;
4. высокой сорбционной способностью частиц;
5. возможностью вводить порошки в электролит без дополнительной очистки;
6. возможностью получать порошки непосредственно в гальванической ванне и совмещать процесс ЭЭД с процессом электроосаждения.
Последние два пункта определяют методы приготовления электролитов-суспензий, которые в значительной степени определяют свойства полученных покрытий:
1. электролит-суспензия готовился на основе суспензии, полученной в результате диспергирования металла в дистиллированной воде;
2. диспергирование дисперсной фазы проводилось непосредственно в гальванической ванне параллельно с процессом электроосаждения.
Проводился анализ покрытий, полученных из электролитов-суспензий предложенными способами и осажденных из электролитов без добавления дисперсной фазы. Для объективной оценки структурных изменений и свойств сравнивались покрытия, полученные при режимах обеспечивающих наибольшую износостойкость.
При получении хромовых КГП с использованием предложенных порошков твердых сплавов изменения структуры и свойств, вызванные наличием в покрытии частиц дисперсной фазы, отмечаются при плотности тока 60 А/дм2 и выше (следует отметить, что осаждение покрытий без введения в гальваническую ванну дисперсной фазы проводится при плотности тока 20 - 40 А/дм2, значительное же увеличение плотности тока вызывает образование пригаров на поверхности детали). Увеличение плотности тока вызывает рост поляризации катода, что в свою очередь вызывает рост количества адсорбирующихся в покрытие частиц упрочняющей фазы.
Анализ микроструктур полученных КГП показал значительное снижение внутренней пористости и отсутствие крупных микросфероидов. Для КГП характерно увеличение области осаждения блестящих осадков, т.е. создаются благоприятные условия для формирования стабильной фазы α-Cr.
Известно, что внешний вид хромовых покрытий может косвенно характеризовать ряд таких важных качественных показателей, как шероховатость поверхности, твердость, износостойкость и др. Это обусловлено тем, что внешний вид покрытий отражает характер как внешнего состояния поверхности, так и внутренней структуры покрытия.
Таким образом, очевидно, что присутствие дисперсной фазы оказывает непосредственное влияние на структуру покрытия и способствует формированию стабильной α-фазы.
Однако, непосредственное влияние дисперсных порошков на формирование структуры α-Cr маловероятно. По-видимому, структурные изменения обусловлены снижением наводораживания покрытий (снижается количество фазы внедрения водорода β-Cr), т.к. при увеличении плотности тока возрастает скорость роста покрытия и выход хрома по току, а выход водорода снижается. Самопроизвольный переход β-Cr в α-Cr сопровождается уменьшением объема осадка на 15 – 16 %, что приводит к росту внутренний напряжений и образованию пористости в виде сетки трещин.
Наличие в покрытии дисперсной фазы не оказывает существенного влияния на микротвердость КГП: микротвердость неупрочненных покрытий и КГП, полученных из электролитов-суспензий (способ 1), практически одинакова. Для наиболее износостойких покрытий значение микротвердости поверхности составляет соответственно 6 и 6,2 ГПа для покрытия, осажденного из электролитов без добавления дисперсной фазы, и КГП, полученного из суспензии.
Существенно отличаются свойства покрытий, полученных при совмещении процессов хромирования и диспергирования вещества дисперсной фазы в одной гальванической ванне (способ 2). Основными отличительными особенностями КГП, полученных при совмещении процессов хромирования и диспергирования вещества второй фазы, являются высокая скорость роста, высокая микротвердость поверхности (10 ГПа) и изменение микротвердости по толщине осадка. Несмотря на то, что формирование покрытий происходит под влиянием двух внешних факторов, которые способствуют образованию равномерной мелкокристаллической структуры, структура таких КГП занимает промежуточное положение между покрытиями, полученными из электролитов без добавления дисперсной фазы, и КГП, полученными из электролитов-суспензий.
Завершающим этапом исследований являлось нахождение оптимальных условий осаждения наиболее износостойких покрытий.
Рисунок 1 – Зависимость ширины вытертой лунки от пути трения, пройденного чугунным роликом в хромовом покрытии: Δ – хромовое покрытие без упрочняющей фазы; □ – хромовое КГП, осажденное из электролита- суспензии (способ 1); ◊ - хромовое КГП, осажденное при совмещении процессов хромирования и диспергирования упрочняющей фазы
Испытания на износостойкость покрытий проводились в соответствии с ГОСТ 23.204-78 «Метод испытаний на истирающую способность поверхностей». Износостойкость определяли по ширине вытертой лунки вращающимся диском из высокопрочного чугуна под нагрузкой 98 Н. Замер ширины вытертой лунки производили через 50, 100 и 150 м пути трения, пройденного диском.
Наибольшая износостойкость хромовых КГП получена при iK = 80 А/дм2, t = 55°С при осаждении из электролита-суспензии (способ 1); при iK = 90 А/дм2, t = 55°С - при совмещении процессов хромирования и диспергирования упрочняющей фазы.
Литература
1. Севастьянов Б.М., Седлов А.И., Бондаренко Л.И. и др. Хромирование на нестационарных токовых режимах. - К.: Техника, 1992.- 144с.
2. Трение, изнашивание и смазка. Справочник, кн. 2. Под ред. И.В. Крагельского. – М.: Машиностроение, 1979. – 260 с.