Упрочнение поверхности металла композиционными электроосажденными покрытиями

агроинженерия

_______________________________________________________________________________

Размещено на http://www.allbest.ru/

_______________________________________________________________________________________

Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии.-2009.-№2.

76

Размещено на http://www.allbest.ru/

Упрочнение поверхности металла композиционными электроосажденными покрытиями

Дисперсные материалы, внедряясь в электрохимически осаждаемый металл или контактируя с его поверхностью, нарушают кристаллическую структуру и создают дефекты в кристаллической решетке. Таким образом, наличие дисперсных частиц в электролите и их контакт с катодом даже без включения в покрытие приводит к упрочнению металла, из-за нарушения правильной последовательности чередования атомных плоскостей [1,2,3]. Увеличение на 20% прочности на разрыв покрытий без включений наблюдается при соосаждении с крупнодисперсными частицами, имеющими высокую скорость контакта с катодом, в результате чего микротвердость осадка повышается в 1,5-2 раза.

Захваченные металлом покрытия дисперсные частицы являются барьерами для смещения дислокации. В целом упрочнение покрытия зависит от свойств и условий кристаллизации металла, содержания и размера частиц, их физико-механических свойств и силы удара о поверхность катода, приводящего к эффекту наклепа. Механизм упрочнения осажденного металла дисперсными частицами представлен на рисунке 1. В процессе осаждения металла происходит его кристаллизация (рисунок 1а), и чем более разупорядочено расположение кристаллов, тем выше прочность металла. При воздействии на него усилия Р происходит сдвиговая деформация кристаллов (рисунок 1б), вызываемая тангенциальными составляющими усилия и распространяющаяся по наименее искаженным направлениям кристаллической решетки. Сдвиговая деформация определяется силовыми линиями, показанными на рисунке 1б.

Взвешенные частицы, находящиеся в электролите, непрерывно контактируют с поверхностью катода, и упрочняющее их воздействие проявляется как в момент их заращивания металлом, так и при ударе о поверхность катода. В момент удара частица поверхностью контакта экранирует катод (рисунок 1б), искажая первоначальную структуру электрокристаллизованного металла. В этот же момент происходит наклеп поверхности. Как и при «захвате» частиц металлом, происходит усложнение структуры покрытия и его упрочнение. Степень упрочнения металла зависит от числа контактов частиц с катодом, их размеров, плотности и скорости. Чем больше концентрация частиц в электролите, тем выше прочность металла получаемого покрытия. Если на пути распространения силовых линий будет находиться частица (рисунок 1г), включившаяся в покрытие, она прервет первоначальное их распространение (рисунок 1д), воспринимая на себя усилие сдвига, и будет являться барьером для смещения микрослоев. При этом усилие сдвига передается на массу металла, окружающего частицу со стороны, противоположной приложенному усилию, что вызовет сдвиговую макроскопическую деформацию на данном участке. Для пластической деформации металла композиционных электролитических покрытий (КЭП) потребуется значительно большее усилие, что обусловлено внутренним усложнением структуры металла и увеличением межкристаллитной площади сдвига.

Соотношение усилий сдвига металла КЭП Р₁ и электрохимически чистого Р определит коэффициент его упрочнения:

металл электролитический дисперсный

К = Р₁/Р>1. (1)

Теоретическое определение степени упрочнения металла КЭП представляет большие трудности, так как не представляется возможным определить количество, характер дислокаций, направление и единовременность их смещения. Однако на основании обобщенных результатов исследований в области получения КЭП ориентировочный коэффициент, учитывающий упрочнение металла КЭП, может быть представлен следующей зависимостью:

, (2)

где 1,2 - коэффициент, учитывающий упрочнение металла за счет контактирования частиц с катодом;

d_ч - диаметр частицы, мкм;

д_к - толщина слоя металла, мкм;

х_ч - содержание частиц в объеме КЭП, %;

x?_ч - максимальное содержание частиц в объеме КЭП, принимаемое равным 60%.

Из формулы (2) следует, что К возрастает с увеличением размера (d_ч/д_к=1), содержания (х_ч/x?_ч = 1) частиц в КЭП и численное значение его может находиться в пределах 1,2…3,2. Коэффициент упрочнения электроосажденного металла можно определить из выражения:

у_мк = у_мэК, (3)

где у_мк - прочность металла в КЭП, МПа;

у_мэ - прочность электрохимически осажденного металла, МПа.

В рассматриваемом механизме упрочняющего действия дисперсных материалов учитывались их физико-механические свойства, которые могут оказывать дополнительное влияние как на увеличение прочности КЭП, так и на его разупрочнение, несмотря на повышение прочности металла. Однако, в работе не учитывалась возможность сдвига большого числа дислокаций в направлении, препятствующем взаимному смещению, которые приводят к их затуханию и дополнительному резкому упрочнению КЭП.

Выводы

1. Композиционные электроосажденные покрытия могут использоваться для упрочнения и восстановления рабочих поверхностей деталей машин.

2. Из вышеизложенного следует, что прочность металла в КЭП у_мк выше прочности электрохимически осажденного металла у_мэ пропорционально коэффициенту его упрочнения.

Список использованных источников

1 Бородин, И.Н. Упрочнение деталей композиционными покрытиями / И.Н. Бородин. - М.: Машиностроение, 1982.-142 с.

2 Батаев, А.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение / А.А. Батаев, В.А. Батаев. - М.: Логос, 2006. - 400 с.

3 Васильев, В.В. Композиционные материалы: справочник / В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др.; под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. - М.: Машиностроение, 1990. - 512 с.

Размещено на Allbest.ru