ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Перспективным методом восстановления и повышения износостойкости деталей сельскохозяйственной техники является нанесение композиционных электрохимических железных покрытий (КЭП), которые являются наиболее дешевыми, не требуют дефицитных материалов и сложного оборудования. Чтобы получить КЭП высокого качества необходимо сформировать электрокристаллизацией прочную и износостойкую основу и ввести в нее необходимое количество твердых дисперсных частиц, Износостойкость КЭП будет наибольшей в том случае, когда частиц будет достаточно для восприятия нагрузки, а матрица будет еще в состоянии удерживать частицы от выкрашивания. Поэтому необходимо определить оптимальный состав КЭП, при котором покрытия будут иметь непрерывный каркас, надежно удерживающий твердые частицы и хорошо распределять передаваемые усилия от внешней нагрузки. О свойствах матрицы сопротивляться абразивному износу можно судить по микротвердости и результатам испытаний в условиях, приближенных к реальным. Однако зависимость этих свойств от структуры покрытий нуждается в уточнении и экспериментальной проверке.

КЭП получали из железо-никелевого электролита-суспензии (ЭС) при механическом контролируемом перемешивании и следующих режимах электролиза: Т=35°С, Дк = 35А/дм² и рН = 1,0. При исследовании абразивной износостойкости КЭП использовали пластины длиной 30-50 мм, шириной 30 мм, толщиной 1 мм из стали Ст.З, на которые наносили покрытия толщиной 0,5±0,1 мм. Исследования относительной износостойкости проводились в соответствии с ГОСТ 23.208-79.

Было установлено, что частицы наполнителя включаются в покрытия в количестве, пропорциональном их содержанию в электролите. Осадки получаются качественные, плотные, светло-серого цвета.

Микроструктура основы КЭП претерпевала глубокие изменения, особенностью которых было:

- равномерное распределение дисперсной фазы;

- отсутствие частиц в начальных слоях покрытия вблизи границы раздела с подложкой, что согласуется с литературными данными и подтверждает незначительное влияние частиц на сцепление покрытия с основой;

- уменьшение и исчезновение сетки трещин с увеличением содержания частиц в покрытии;

- постепенное увеличение толщины слоев и исчезновение слоистости с ростом концентрации добавки в электролите и соответствующим увеличением ее содержания в осадке.

Структура КЭП железо-никель-электрокорунд приведена на рис.1.

Рис. 1. Структура КЭП железо-никель-электрокорунд М10

Согласно общим положениям о механизме электрокристаллизации железа и сплавов на основе железа в присутствии ДФ твердые частицы, находясь в перемешиваемом электролите, механически очищают катод от пузырьков водорода и пассивных пленок и тем самым облегчают условия электрокристаллизации железа. Одновременно частицы способствуют выносу из прикатодной зоны солей гидроксида железа и разрыхлению катодной гидроокисной пленки. Вследствие этого уменьшается включение гидрооксида в осадок и нарушается структура железных покрытий.

Микротвердость, измеряемая с помощью ПМТ-3, в действительности отражает изменение микротвердости матрицы, а не КЭП в целом. Поэтому микротвердость композиции необходимо рассчитывать по правилу смесей (рис. 2):

Рис. 2 Влияние содержания в электролите-суспензии электрокорунда белого на микротвердость КЭП, рассчитанную по правилу смесей: 1 - М2; 2 – М10; 3 – М14.

,

где  - микротвердость дисперсной фазы;  - микротвердость матрицы;

v - объемная доля ДФ.

Введение в покрытие дисперсных частиц сдерживает растрескивание осадка при сохранении высокой микротвердости, что должно способствовать повышению износостойкости как основы, так и композиции в целом.

В результате проведенных исследований получены КЭП на основе сплава железо-никель с износостойкостью при абразивном изнашивании в 4-5 раз большей по сравнению с обычными железными покрытиями и в 8-10 раз по сравнению с термообработанной сталью 65Г, используемой для изготовления серийных лемехов. Наивысшей износостойкостью обладают КЭП, полученные из растворов с содержанием микропорошка оксида алюминия марки М14 в растворе 75-100 г/л и его содержанием в покрытии 26-28% (по объему).

Была изготовлена партия лемехов, на режущую часть которых было нанесено КЭП на основе железо-никелевого сплава с электрокорундом. В результате полевых испытаний было установлено, что такие лемеха имеют износостойкость, повышенную в 2-2,5 раза по сравнению с лемехами без покрытия.

Железо-никелевые покрытия и КЭП на их основе показали высокую эффективность при восстановлении золотников гидрораспределителей, дисков фрикционов К-700, поршневых пальцев и корпусов толкателей тепловозного дизеля 10Д100, поршневых пальцев тепловозного дизеля Д50 и других деталей.