CC BY
74
УДК 544.653.2
ОСАЖДЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ЖЕЛЕЗОМ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
Н.Ю. Стекольникова, Ю.Е. Мамонтова, Ю.А. Стекольников
Кафедра химии, ФГБОУ ВПО «Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина», г. Елец, Липецкая обл.; [email protected]
Ключевые слова и фразы: выход по току; износ; микротвердость; покрытия железом; сульфатно-хлоридный электролит.
Аннотация: Проведен анализ влияния асимметрического переменного тока на физико-химические свойства покрытий железом.
Разработано много способов восстановления изношенных деталей гальваническими покрытиями, например никелирование, хромирование, железнение. Никелирование применяют для восстановления деталей с износом в несколько микрон и где не нужна высокая твердость. Хромированием восстанавливают детали с износом до 0,3 мм на диаметр. До последнего времени процесс железнения осуществляли на постоянном токе с подогревом ванн, что требовало точного соблюдения технологической дисциплины, осложняя процесс осаждения. Кроме того, осаждение железа на постоянном токе не обеспечивает надежного сцепления осадка с основным металлом, особенно на высоколегированных сталях и чугуне. Осуществление процесса на асимметричном переменном токе позволяет избежать этих недостатков, а также появляется возможность регулирования твердости осадков, то есть их упрочнения. Детали изготавливаются из сырой стали низкой марки, затем подвергаются железнению твердым слоем и тем самым отпадает необходимость закалки, что существенно упрощает процесс, а в некоторых случаях это единственный процесс, например при ремонте шаровых пальцев рулевого управления автотранспорта, когда термообработка противопоказана. При осаждении на переменном асимметричном токе в катодный полупериод происходит осаждение металла, а в анодный - его частичное растворение, так как в анодный полупериод амплитуда тока всегда меньше тока катодного полупериода. Раздельное регулирование катодной и анодной составляющих тока позволяют для задания режима электролиза пользоваться катодно-анодным отношением в = ВкЮа, где Бк и Ба - плотности токов катодного и анодного полупериодов соответственно. При осаждении железа на постоянном токе на катоде ввиду защелачивания при-катодного пространства начинает появляться гидрат закиси железа Бе(ОИ)2, который осаждаясь совместно с железом, затрудняет его нормальную кристаллизацию, вызывая деформацию кристаллической решетки и способствуя возникновению в осадке больших внутренних напряжений, что значительно ослабляет сцепление осадка с восстанавливаемой деталью и приводит к его отслаиванию в процессе дальнейшей механической обработки. Картина электрокристаллизации на асимметричном переменном токе меняется: уменьшается количество гидрата закиси железа, маловероятна пассивация катода, что позволяет минимизировать внутренние напряжения на границе «осадок - металл» и обеспечить высокую сце-пляемость с деталью. Если повышать постепенно величину катодно-анодного отношения в процессе железнения, то внутренние напряжения осадка будут развиваться постепенно. Это даст возможность получать надежное сцепление осадка железа с любой маркой стали и даже с чугуном, что невозможно при электролизе
V, мм/ч H, кгс/мм2
Рис. 1. Зависимость скорости осаждения V (а) и микротвердости осадка Н (б) железа от величины катодно-анодного отношения и плотности тока катодного полупериода, А/дм2:
1 - 30; 2 - 20; 3 - 10. Микротвердость измерялась при нагрузке на индентор прибора 100 кгс на твердомере ПМТ-3
постоянным током. Для железнения использован электролит: FeCl2'4H2Ü (400 г/л); концентрированная H2SO4 (1 мл/л), KJ (4 г/л), HCl до рН = 0,8...1,0. Проведенные исследования позволили установить зависимости скорости осаждения от величины ß (рис. 1, а).
С увеличением показателя асимметрии скорость осаждения растет. Установлено, что твердость осадка железа, полученного на асимметричном переменном токе, изменяется в строгом диапазоне и зависит от величины ß (рис. 1, б)
Микротвердость изменяется от 225 до 630 кгс/мм2, что соответствует 22.62 HRC. Твердость вначале возрастает с повышением ß, а затем при ß > 8 ее рост прекращается и, достигнув максимального значения, остается постоянной. Отметим, что при различных величинах ß структура осадков железа различна: осадки при ß = 2 имеют гладкую матовую поверхность; при ß = 4 осадок начинает блестеть, а при ß = 6 поверхность осадка имеет выраженный блеск, получается безпористая столбчатая структура.
Важной характеристикой механических свойств гальванических осадков является износостойкость. Исследована зависимость износа образцов от величины ß при 100 и 150 кгс. Износ измерялся в микрометрах и миллиграммах. Измерения проводились в условиях смазки маслом ДС-11 (рис. 2).
Видно, что износостойкость сложным образом зависит от величины ß.
Исследован выход по току железа
S, мкм 30 25 20 15 10 5 0
0
S,
100
80
60 40 20
на асимметричном переменном токе (рис. 3). Как следует из рис. 3, с возрастанием р выход железа возрастает с 50 (в = 2) до 80 % и более при в > 4, после чего остается постоянным. /Г. "о 100
80
5
10
15
ß
Рис. 2. Зависимость износа S электролитического железа от катодно-анодного отношения р при нагрузке, кгс:
1, 2 - 150; 3, 4 - 100
60
40 -I—-1-г
0 5 10 р
Рис. 3. Зависимость выхода по току № железа от величины катодно-анодного отношения
мг
В работе использованы аноды из малоуглеродистой нелегированной стали.
Таким образом, применение асимметричного переменного тока позволяет получать электролитические осадки железа регулируемой толщины, твердости с высокой скоростью осаждения [1, 2].
Список литературы
1. Серебровский, В.В. Особенности осаждения железных гальванических покрытий на переменном асимметричном токе / В.В. Серебровский // Аграр. наука. -2011. - С. 29-31.
2. Пат. 2192509 Российская Федерация, МПК7 С 25 Б 3/56. Способ электролитического осаждения сплава железо-вольфрам / Серебровский В.И, Серебров-ская Л.Н., Серебровский В.В., Коняев Н.В., Батищев А.Н. ; заявитель и патентообладатель Курская с.-х. акад. им. проф. И.И. Иванова. - № 2001100264/02 ; заявл. 04.01.2001 ; опубл. 10.11.2002, Бюл. № 16. - 4 с.
Deposition of Iron Coatings on the Alternating Current N.Yu. Stekolnikova, Yu.E. Mamontova, Yu. A. Stekolnikov
Department of Chemistry, Yelets State University named after I.A. Bunin, Yelets, the Lipetsk region; [email protected]
Key words and phrases: current output; depreciation; iron coatings; micro-hardness; sulphate-chloride electrolyte.
Abstract: The analysis of asymmetric AC impact on physical-chemical properties of iron coatings has been conducted.
Fällung der Deckungen vom Eisen auf dem Wechselstrom
Zusammenfassung: Es ist die Analyse des Einflusses des asymmetrischen Wechselstromes auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Deckungen vom Eisen durchgeführt.
Précipitation des revêtements de fer sur un courant alternatif
Résumé: Est effectuée une analyse de l'influence du courant alternatif asymétrique sur les propriétés physiques et chimiques des revêtements de fer.
Авторы: Стекольникова Наталья Юрьевна - студентка; Мамонтова Юлия Евгеньевна - аспирант кафедры химии; Стекольников Юрий Александрович - кандидат химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии, ФГБОУ ВПО «Елецкий государственный университет имени И.А. Бунина», г. Елец, Липецкая обл.
Рецензент: Котов Владимир Васильевич - доктор химических наук, профессор кафедры химии, ФГБОУ ВПО «Воронежский аграрный университет имени Императора Петра I», г. Воронеж.
