85 / 460
Актуальные проблемы в машиностроении. 2015. №2
Инновационные технологии
в машиностроении
____________________________________________________________________
85
при 1,0 кА/м
2
– 0,62 % масс. (рисунок 1 а). С ростом концентрации нанопорошка в суспензии
до 5 – 10 кг/м
3
содержание частиц в КЭП также увеличивается, а в дальнейшем практически
не меняется. В покрытиях с микропорошком диборида хрома полное насыщение
наблюдается лишь при концентрациях его в электролите 60 – 80 кг/м
3
, а включение частиц
CrB
2
в матрицу достигает при этом 2,87 %. В присутствии нанодисперсной фазы верхний
предел рабочей плотности тока электролита составляет 1,0 кА/м
2
, что выше, чем для
получения никелевых покрытий в данном электролите (0,5 кА/м
2
). При катодной плотности
тока более 1,0 кА/м
2
покрытия образуются темного цвета, хрупкие и шероховатые, легко
отслаивающиеся от основы. Это объясняется увеличением рН в прикатодном слое,
обусловленным выделением на катоде водорода и, как следствие этого, образованием и
соосаждением с никелем его гидроксидов. Как видно из рисунка 1 б микротвердость КЭП –
Ni НП CrB
2
определяется содержанием в нем наночастиц CrB
2
. Полученные при катодной
плотности тока 0,1, 0,5 и 1,0 кА/м
2
покрытия имеют соответственно микротвердость 2,86;
3,29 и 4,44 ГПа, что в 1,41; 1,62 и 2,19 раз выше, чем для никелевой матрицы, полученной
при катодной плотности тока 0,5 кА/м
2
. Такое увеличение твердости нельзя объяснить
только наличием в покрытии наночастиц CrB
2
, тем более, что содержание их
характеризуется весьма незначительной величиной. По-видимому, данный факт можно
объяснить эффектом дисперсионного упрочнения матрицы наноразмерными частицами, что
косвенно подтверждается более низкими значениями микротвердости КЭП Ni – МП CrB
2
,
несмотря на более высокое содержание в них борида (рисунок 1 б).
Выводы
Таким образом, представляется, что использование нанопорошка диборида хрома для
получения композиционных покрытий более целесообразно, чем микропорошков. Анализ
полученных данных показывает, что введение НП в электролит приводит к изменению таких
технологических параметров электроосаждения, как допустимая катодная плотность тока и
концентрация упрочняющей фазы в электролите.
Возрастание допустимой катодной плотности тока при введении в электролит второй
фазы обусловлено, по-видимому, ускорением катодного процесса, связанным со
стабилизацией значений рН в прикатодном слое, сдвигом потенциала выделения никеля в
положительную сторону. Так, для исследуемого электролита никелирования установлен
следующий характер изменения катодной плотности тока в зависимости от дисперсности
наполнителя: (Ni) 0,5 кА/м
2
→ (Ni + МП CrB
2
) 0,7 кА/м
2
→ (Ni + НП CrB
2
) 1,0 кА/м
2
.
Благодаря этому электролит с нанопорошком более производителен, что делает его
перспективным для получения композиционных покрытий, эксплуатируемых в условиях
повышенного износа, и восстановления изношенных поверхностей.
В присутствии нанопорошка насыщение покрытия частицами происходит при
меньшем их массовом содержании в покрытии и концентрации в электролите и не
сопровождается снижением микротвердости. Подобное явление обусловлено значительным
возрастанием числа наночастиц в единице объема и достижением в связи с этим
дисперсионного упрочнения металлической матрицы.
Высокая микротвердость покрытий Ni – НП CrB
2
при относительно низком
содержании упрочняющей фазы в покрытии обеспечивает значительно меньший ее расход
на 1 м
2
обрабатываемой поверхности и позволяет сохранить ценные свойства матрицы.
Низкая концентрация порошка в электролите упрощает эксплуатацию гальванических ванн и
снижает потери диборида хрома за счет выноса электролита с деталями. Присутствие
диборида хрома повышает производительность электролита за счет увеличения верхнего
предела катодной плотности тока. Оптимальными условиями осаждения КЭП никель – НП