Конференция посвящена 75-летнему юбилею


ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО-ХРОМ В.В Поветкин, Е.В. Корешкова (Тюменский государственный нефтегазовый университет)



жүктеу 1.19 Mb.
бет7/15
Дата03.04.2019
өлшемі1.19 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   15

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ
СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО-ХРОМ

В.В Поветкин, Е.В. Корешкова


(Тюменский государственный нефтегазовый университет)

Электролитические сплавы Fe-Cr используются для восстановления изношенных деталей машин и повышения износостойкости трущихся поверхностей. Однако электролиты для их получения, содержащие соединения шестивалентного хрома, хромовый ангидрид, высокотоксичны и относятся к промышленным ядам. Электролиты, содержащие сульфат хрома экологически и экономически более выгодны, поскольку обладают лучшими технологическими показателями (больший выход по току хрома, меньшие затраты энергии и расходы на очистку сточных вод, работа без местной вентиляции и др.). В настоящей работе приводятся результаты исследования процесса электроосаждения сплава Fe-Cr из сульфатно-трилонатного электролита, структуры и некоторых свойств получаемых покрытий.

Электроосаждение сплавов проводили на медные полированные катоды из электролита следующего состава [1] (моль/л): 0,4 Cr2(SO4)3 + 0,2 FeSO4 + 0,3 трилона Б + 0,2 Al2(SO4)3 + 0,02 аскорбиновой кислоты.

Электролиз осуществляли с анодами из железа – Армко, при температуре 25-30 0С, варьируя катодную плотность тока от 5,0 до 50 А/дм2. Толщина осадков составляла ~25 мкм. Содержание хрома в сплаве определяли объемным персульфатно-серебряным методом [2]. Фазовый состав и текстуру осадков получали на дифрактометре ДРОН-2,0, используя отфильтрованное кобальтовое излечение. Электронно-микроскопические исследования проводили на приборе ЭВМ-100БР при ускоряющем напряжении 100 кВ. Степень дисперсности покрытий оценивали по величине кристаллитов, определяемой по формуле Селякова-Шеррера [3]. Наличие примесных элементов в сплаве определяли на аналитическом спектрометре JАМР-10S. Ионная бомбардировка поверхности осадков осуществлялась с помощью нормально падающего пучка ионов аргона с энергией 0,5-4,0 кэВ и плотностью тока 100 мкА/см2. Скорость износа покрытий определялась на машине трения.

Предварительные опыты показали, что из указанного выше элетролита осадки наилучшего качества получаются при рН 2,5-3,0. При рН<2,0 резко снижается выход сплава по току и образуются матовые осадки с высокими внутренними напряжениями. При рН>3,0 осадки темнеют и становятся шероховатыми.

При содержании сульфата хрома свыше 0,4 моль/л покрытия становятся матовыми и шероховатыми. Увеличение концентрации трилона Б свыше 0,3 моль/л расширяет интервал плотностей тока осаждения качественных покрытий, однако выход по току сплава при этом снижается. Наиболее качественные осадки формируются в интервале плотностей тока 10-30 А/дм2 (рис. 1). Дальнейшее увеличение плотности тока приводит к подщелачиванию прикатодного слоя до рН образования гидроксидов металлов, включение которых в осадки ухудшает их качество и внешний вид.

Анализ химического состава осадков методом Оже-спектроскопии показал, что сплавы кроме основных компонентов содержат значительное количество неметаллических примесей. Причем наибольшая концентрация металлоидов, прежде всего кислорода (8,7 %), углерода (8,3 %), азота (2,8 %), обнаруживается в поверхностном слое (~40 нм) покрытий. После травления поверхности ионами аргона интенсивность линий, соответствующих примесным элементам, становится существенно меньше.

Это позволяет предположить, что на поверхности осадка находится тонкая пленка (толщина ~40 нм) переменного состава, которая образуется от взаимодействия сплава с электролитом и воздухом.

Как свидетельствует рентгеноструктурный анализ, осадки сплава, содержащие до 34 % хрома, кристаллизуются с ОЦК-решеткой и представляют собой твердые растворы замещения. Введение атомов хрома в кристаллическую решетку железа увеличивает дисперсность получаемых покрытий, сглаживает их поверхностный рельеф и снижает совершенство текстуры <111>. Осадки становятся более светлыми, гладкими и нетекстурированными. По данным электронной микродифракции, в них содержатся включения неметаллического характера. Частицы неметаллической природы – результат интенсивного протекания на катоде побочных процессов: выделение водорода, образование продуктов промежуточного восстановления хрома, гидроксидов осаждаемых металлов. Включения этих частиц в получаемые покрытия затрудняют кристаллизацию сплава и способствуют формированию нанокристаллической структуры (рис. 1). Отсюда легко объяснить увеличение дисперсности покрытий с ростом катодной плотности тока. Чем выше катодная плотность тока, тем интенсивнее протекание побочных процессов на катоде, тем больше примесных включений в осадке и тем измельченнее структура. Подобный характер изменения дисперсности покрытий аналогичен ранее известным [4,5] и связан с достижением для каждого сплава критически предельного размера зерен.

Рисунок 1. Зависимость: 1 () - выхода сплава по току,

2 (▲) - химического состава,

3 (●) - дисперсности осадков от катодной плотности тока


Для объяснения присутствия примесных элементов в сплаве рассмотрим возможные пути попадания металлоидов в катодный осадок. Появление углерода и азота в сплаве безусловно связано с адсорбцией и включением в формирующийся осадок этилендиаминтетраацетат-ионов или анионов ЭДТА, являющихся компонентами электролита. Поскольку содержание углерода и азота в осадках практически такое же, как и в трилоне Б, это указывает на включение в сплав ионов ЭДТА [6, 7]. Некоторое количество углерода может попадать в покрытие за счет адсорбции других углеродсодержащих анионов либо остаточных газов в камере спектрометра.

Рисунок 2. Зависимость: 1 (●)- микротвердости,

2 (■)- внутренних напряжений в осадках,

3 (♦) – скорости коррозии,

4 (▲) - скорости износа от катодной плотности тока

Рисунок 3. Гистограмма износа покрытий:

1 – электролитическое железо;

2 – сплав Fe-34%Cr;

3 – сплав Fe-4,6%Mn;

4 – электролитический хром

Полученные сплавы имеют более низкую микротвердость (3,0-4,0ГПа), чем сплавы, осажденные из электролита с мочевиной [4]. Причем характер изменения микротвердости от плотности тока не обнаруживает корреляции с процентным содержанием хрома в сплаве и, очевидно, обусловлен изменением дисперсности покрытий.

Уровень внутренних напряжений (ВН) определяется содержанием хрома в сплаве (рис. 2, 3). Наибольшая величина ВН наблюдается в осадках с максимальным содержанием хрома. Легирование железа хромом снижает скорость растворения покрытий в кислых средах.

Сравнительные испытания на износ показали (рис. 3), что покрытия сплавом Fe-Cr характеризуются более высокой износостойкостью, чем осадки чистого железа и сплава Fe-Mn [5] той же толщины (рис. 4). Лишь осадки хрома, полученные из стандартного электролита, обеспечивают меньший износ. Это, очевидно, объясняется более высокой твердостью электролитического хрома и особенностями его структуры.
Литература


  1. Поветкин В.В. Ковенский И.М., Корешкова Е.В. Патент РФ

    №2225127.



  2. Шарло Г.Н. Методы аналитической химии. Ч. 2. – М.: Химия, 1965. – С. 1204.

  3. Горелик С.С., Расторгуев Л.И., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронноскопический анализ. – М.: Металлургия, 1970. – С. 117.

  4. Поветкин В.В., Ковенский И.М., Устиновщиков Ю.И. Структура и свойства электролитических сплавов. – М.: Наука, 1992. – С. 255.

  5. Ревякин В.П. // Сб. Применение прогрессивных методов металлообработки. – Тюмень, 1976. – С. 153.

  6. Поветкин В.В., Рац Ю.В., Устиновщиков Ю.И. // Электрохимия. – 1994. – Т. 30. – № 1. – С. 26-29.

  7. Грицан Д.Н., Пепцов Г.В., Радченкова А.П., Правда А.А. // ЖПХ. – 1989. – Т. 62. – С. 33.






Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   15


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет