www.mexanik.ru

ВВЕДЕНИЕ

Композиционные покрытия представляют собой металлические или неметаллические матрицы с заданным распределением в них разнообразных упрочнителей. В качестве упрочнителей применяют порошки, волокна, усы и материалы других видов с отличными от матрицы свойствами. В настоящей работе рассмотрены композиционные покрытия с металлическими матрицами, упрочненными порошками. Такие покрытия характеризуются границей раздела фаз; по характеру структуры они дисперсно-упрочненные. Покрытия можно получать различными способами. Рассмотрены композиционные порошковые покрытия, полученные из гальванической ванны. Такие покрытия называют композиционными электрохимическими (КЭП) или композиционными гальваническими (КГП), если требуется подчеркнуть их образование на катоде. КГП получают из электролита в присутствии дисперсной фазы одного вида (например, MoS2 или А12О3 и др.) или нескольких видов одновременно.

Композиционные покрытия сложного состава называют поликомпозиционными, точнее поликомпозиционными гальваническими (ПКГП) или поликомпозиционными электрохимическими (ПКЭП). КГП или ПКГП можно получить на основе меди, никеля, железа, хрома и других электролитических металлов и сплавов. Различные сочетания материалов матрицы и дисперсной фазы позволяют получить сотни типов композиционных гальванических покрытий. Это существенно расширяет возможности гальванотехники и дает основание называть ее порошковой.

КГП получают различными способами, но наиболее часто — из гальванической ванны. В простейшем варианте в ванну заливают электролит, засыпают порошок, перемешивают, устанавливают аноды, укрепляют на катоде деталь; дисперсную фазу поддерживают во взвешенном состоянии или транспортируют к катоду. При пропускании через суспензию электрического тока на детали образуется покрытие.

Несмотря на кажущуюся простоту осуществления этого процесса, внедрение КГП в производство происходит медленно.

Впервые, в двадцатых годах нашего столетия, на возможность осаждения металла с неметаллическими частицами обратил внимание Ю.В. Баймаков. Использование чугунных растворимых анодов при осаждении железа позволило ему получить до 1,5 % графита в покрытиях. В Англии К. Финк и Дж. Принке попытались реализовать эту идею для практических целей. Они добились улучшения антифрикционных свойств медных покрытий осаждением их с коллоидным графитом. Но вскоре эти работы были прекращены, видимо, из-за отсутствия практической необходимости в КГП, а получение устойчивых результатов требовало проведения длительных экспериментов.

Бурное развитие науки и техники в 50-х годах послужило новым мощным толчком к поиску различных путей повышения надежности деталей машин. Дисперсные материалы, подобные графиту, привлекали особое внимание ученых как надежный смазочный материал. Однако в чистом виде удавалось наносить только тонкие пленки таких материалов на трущиеся поверхности. В связи с этим были возобновлены работы по осаждению порошка и металла из гальванической ванны.

Д. Эдвардс сообщил о принципиальной возможности получения КГП из электролитов в присутствии различных порошков и назначении таких покрытий — повышении надежности узлов трения и коррозионной стойкости машиностроительных изделий.

С 1960 г. в нашей стране Р.С. Сайфуллин продолжил исследования по выяснению возможности осаждения металлов и сплавов с дисперсными материалами различной природы. Установлено, что КГП можно получить из многих известных электролитов в присутствии металлических порошков, диспергированных полимерных материалов, оксидов, боридов, сульфидов и др. Выявлено, что наиболее легко КГП образуются из электролитов меднения, серебрения, никелирования и железнения. Затруднено электроосаждение композиционных покрытий из хромовых электролитов. С увеличением доли порошков в гальванической ванне доля частиц в покрытиях может достигать 30 ... 40 %. Показано, что дисперсная фаза значительно повышает твердость покрытий и в десятки раз увеличивает их износостойкость.

Работы Р.С. Сайфуллина, Ш.Х. Яр-Мухамедова, В.Ф. Молчанова, Г.В. Гурьянова, Д.К. Раманаускене, И.З. Прибыш, И.Г. Хабибулина, Р.С. Курамшина, Л.И. Лозицкого и многих других исследователей являются значительным вкладом в теорию и практику электроосаждения КГП. Внимание и поддержку развитию нового направления в технологии оказывали Г.С. Воздвиженский, Ю.Н. Петров, Л. И. Антропов, Ю.Ю. Матулис. Результаты экспериментальных исследований предопределили использование КГП в различных устройствах. Такие покрытия стали использовать для защиты деталей от коррозии, изготовления режущего инструмента, упрочнения штампов и измерительного инструмента и др. В США, Англии, Франции, Японии, ФРГ и других странах также широко внедряют КГП в производство деталей машин.

Технология электроосаждения позволяет получать покрытия толщиной 100 мкм и более, а также изменять физико-механические свойства КГП. Процесс хорошо поддается регулированию и автоматизации, часто не требуется дополнительная механическая обработка покрытия, но, главное, низкотемпературный процесс осаждения частиц и ионов металла практически не изменяет структуру материала детали. При получении КГП можно использовать богатый опыт гальваностегии и значительную часть оборудования гальванических цехов.

В конце 60-х гг. автор совместно с И.В. Душевским обратил внимание на то, что одновременное осаждение металлов и высокодисперсных порошков позволяет стабилизировать процесс, повышать воспроизводимость результатов опытов, уменьшать долю порошка в ванне для достижения ранее полученных результатов. Было сделано предположение, что применение высокодисперсных порошков позволит обнаружить ряд качественно новых эффектов в области изучения кинетики процесса и физико-механических свойств покрытий. Показана принципиальная возможность повышения надежности узлов трения, работающих без смазочного материала.

В 70-е гг. получены десятки композиционных однослойных и многослойных (комбинированных) покрытий. Однако получить покрытия с требуемым составом без проведения предварительных экспериментов оказалось практически невозможным. Решение этой проблемы требовало серьезных теоретических разработок. Ряд советских и зарубежных ученых попытались количественно оценить некоторые механизмы образования КГП, создать физико-математические модели процесса. Однако эти попытки не увенчались успехом. Проблема оказалась достаточно сложна. Наконец многолетние поиски и теоретические исследования, выполненные совместно с Л.И. Лозицким, приблизили нас к желаемому результату. Оказались возможными приближенное определение состава КГП по заданным параметрам процесса и, наоборот, подбор технологического режима по заданному составу. Эти разработки являются основой для решения разнообразных технологических задач осаждения КГП.

Порошковая гальванотехника — это новое направление в технологии, фундаментом которого являются физическая химия, электрохимия, физико-химическая гидродинамика, механика сплошной среды, физика твердого тела. Порошковая гальванотехника охватывает круг задач, связанных с движением многофазных систем в электрическом поле, физико-химическими превращениями и кинетикой образования композиционного покрытия, взаимодействием разнородных материалов в твердой фазе, формированием физико-механических и эксплуатационных свойств КГП.

Назад, на страницу описания