ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННЫХ ПОКРЫТИЙ NiP-SiO2
Гуцев Д.М. (ИММС НАН Беларуси, г.Гомель, ул. Кирова 32а. Республика Беларусь, Gucevd@mail.ru)
В работе представлено исследование влияния модифицирующей добавки SiO2 на триботехнические характеристики химически осажденных покрытий NiP. Экспериментально показана возможность получения таких покрытий.
In work research of influence of modifying additive SiO2 on tribotechnical characteristics of chemically besieged coverings NiP is presented. Possibility of reception of such coverings is experimentally shown.
Одной из важнейших задач машиностроения в области триботехники является разработка антифрикционных материалов способных эксплуатироваться в узлах трения с ограниченным подводом смазочного материала. Для узлов трения работающих в экстремальных условиях (агрессивные среды, повышенная температура, безвоздушное пространство и т.д.), актуальным является вопрос сохранения приемлемых триботехнических параметров при изменении параметров окружающей среды.
Возможность получения покрытий из растворов химическим путем обладает рядом достоинств: простота технологического процесса и оборудования, высокая производительность, возможность получения равномерных по толщине осадков на деталях любой конфигурации, точность воспроизводимого рельефа покрываемой поверхности, высокая твердость покрытия, возможность соосаждения с модифицирующими добавками с целью придания покрытию специальных свойств и др.
Цель. Целью данного исследования является исследование триботехнических характеристик покрытий NiP модифицированных мелкодисперсным SiO2.
Объект исследования. Исследовали образцы покрытий на подложке из электротехнической меди и углеродистой стали. Покрытия толщиной 3,5 мкм формировали химическим методом на образцах в виде плоского цилиндра диаметром 20 мм, высотой 3 мм. Исследовали чистые NiP покрытия, покрытия модифицированные SiO2.
Подготовка образцов. Перед покрытием образцы готовились стандартным методом [1], включающим: обезжиривание, промывку, травление. Для медных образцов также применялось сенсибилизирование и активацию.
Формирование покрытий. Для получения образцов использовался электролит следующего состава:
1. сульфат Ni – 30 г/л;
2. гипофосфит Na (NaH2PO4) – 30 г/л;
3. глицин (аминоуксусная кислота C2H5O2N) – 40 г/л;
4. ацетат натрия (CH3COONa) – 7.5 г/л;
5. NaOH – 4 г/л;
Дисперсия путем смешения 250 мл электролита с 2,5 г SiO2 . – 10 г/л (1%).
Процесс проводился в течении t = 60 мин. при Т = 85°С.
Образцы находились в ванне в подвешенном положении. Одновременно в емкость помещались четыре образца (2 медных и 2 стальных). Образцы располагались на некотором расстоянии таким образом, чтобы во время формирования не происходило взаимного соприкосновения.
Было получено четыре типа покрытий:
1. NiP покрытия сформированные на медной и стальной подложке (контрольные образцы);
2. NiP покрытия на медной и стальной модифицированные SiO2 путем введения в раствор для никелирования 1% SiO2 («Аэросил А300» ГОСТ 14922-77);
3. NiP покрытия сформированные на медной и стальной подложке термообработанные в течении 1 часа при температуре 350 и 400°С [2, 4] соответственно;
4. NiP покрытия сформированные на медной и стальной подложке модифицированные SiO2 термообработанные в течении 1 часа при температуре 350 и 400°С соответственно.
Оборудование. Формирование покрытий производилось на магнитной мешалке C-Mag HS7. Термическая обработка производилась в лабораторной печи СНОЛ 8,2/1100. Триботехнические исследования проводились на микротрибометре MTU-2K, ИММС НАН Беларуси, Гомель.
Триботехниические исследования. Трибологические исследования проводились при нагрузках 250, 500, 750 и 1000 мН. С режимами V=2.5 мм/с; длина прохода S=5мм; количество циклов 300. В качестве индентора использовался шарик из стали ШХ-15 диаметром 4,8 мм. Были получены следующие зависимости изменения коэффициента трения от пути.
|
|
|
|
a |
b |
Рисунок 1 – Зависимость коэффициента трения от пути для исходных подложек: a - Cu, b - Сталь45
|
|
|
|
a |
b |
Рисунок 2 – Зависимость коэффициента трения от пути для покрытий NiP на подложках: a - Cu, b - Сталь45
Как видно из приведенных зависимостей коэффициент трения достаточно высок даже при нагрузках в 250 мН. Под воздействием приложенных нагрузок покрытие разрушается и трение происходит по материалу подложки.
|
|
|
|
a |
b |
Рисунок 3 – Зависимость коэффициента трения от пути для покрытий NiP-SiO2 на подложках: a - Cu, b - Сталь45
|
|
|
|
a |
b |
Рисунок 4 – Зависимость коэффициента трения от пути для термообработанных покрытий NiP на подложках: a - Cu, b - Сталь45
|
|
|
|
a |
b |
Рисунок 5 – Зависимость коэффициента трения от пути для термообработанных покрытий NiP-SiO2 на подложках: a - Cu, b - Сталь45
Термообработка при выбранных режимах привела к общему снижению коэффициента трения за исключение образца с покрытием NiP-SiO2.
Частицы SiO2 обладая размерами, зачастую превышающими толщину покрытия, увеличивают шероховатость покрытия, но значительно повышают твердость и износостойкость покрытий.
Таким образом показано, что введение в NiP покрытие модифицирующих добавок существенно влияет на триботехнические характеристики. Экспериментально доказана возможность получения таких покрытий и возможность их применения в качестве антифрикционных в несмазанных узлах трения.
Литература
1. Гуцев Д.М. Методика формирования Ni-P базового слоя металлополимерного антифрикционного покрытия/МИ №003-2009 ИММС НАН Беларуси, Гомель, 2009. -12 с.
2. Вановская К.М. Металлические покрытия, нанесение химическим способом/ Под ред. П.М. Вячеславова – Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1985. – 103 с.
3. Рябченков А. В., Велемицина В.И. Упрочнение и защита от коррозии деталей методом химического никелирования. –М.: Машиностроение, 1965. -126 с.
4. Основы материаловедения. Учебник для вузов. Под ред. И. И. Сидорина. –М.: Машиностроение, 1976. -436 с.