Композитни никелови покрития

Slide Slide 11

Композитни никелови покритияКомпозитни никелови покритияКвалификационна лекция

ПРОЕКТ

X-GEARX-GEARРазработване на зъбни предавки на базата на нови материали и нови Разработване на зъбни предавки на базата на нови материали и нови

системи зъбни колеласистеми зъбни колела(COLL-CT-2006 (COLL-CT-2006 договордоговор 030433)030433)

ст.н.с. Здравка Карагьозоваст.н.с. Здравка Карагьозова, , профпроф. . Ставри СтавревСтаври Ставрев

Slide Slide 22Съдържание на лекциятаСъдържание на лекцията

Композитни никелови покритияКомпозитни никелови покрития

Описание на методаОписание на метода

Ред на технологичните операции и параметриРед на технологичните операции и параметри::

1. 1. Процес на подготовкаПроцес на подготовка::

1.1. 1.1. Химическо почистванеХимическо почистване

- - Почистване с ултразвук в органичен разтворПочистване с ултразвук в органичен разтвор

- - Изсушаване в Изсушаване в сушилнясушилня

- - Алкално химическо почистванеАлкално химическо почистване

- - Промиване с топла вода за неутрализиране на водатаПромиване с топла вода за неутрализиране на водата

- - Промиване със студена вода за намаляване на температурата на Промиване със студена вода за намаляване на температурата на детайлитедетайлите

1.2. 1.2. Химическа активацияХимическа активация

- - Третиране с киселинаТретиране с киселина

- - Промиване със студена вода за неутрализиране на водатаПромиване със студена вода за неутрализиране на водата

- - Промиване с топла вода за повишаване на температурата на Промиване с топла вода за повишаване на температурата на детайлитедетайлите

Slide Slide 33Съдържание на лекциятаСъдържание на лекцията

2. 2. НикелиранеНикелиране

- - подготвително никелиранеподготвително никелиране

- - нанасяне на композитното наноструктурирано никелово покритиенанасяне на композитното наноструктурирано никелово покритие

3. 3. Промиване с топла вода за неутрализиране на водатаПромиване с топла вода за неутрализиране на водата

4. 4. Промиване със студена вода за понижаване на температурата Промиване със студена вода за понижаване на температурата на детайлитена детайлите

5. 5. Изсушаване в сушилняИзсушаване в сушилня

6. 6. ТермообработкаТермообработка припри 290о С, 6 290о С, 6 часа часа

Избор на подсилващиИзбор на подсилващи добавки за зъбни колеладобавки за зъбни колела

ЕкспериментиЕксперименти, , изследвания и анализизследвания и анализ

Експерименти и изследвания наЕксперименти и изследвания на покрити образципокрити образци

МеталографскиМеталографски наблюдениянаблюдения и измервания на твърдосттаи измервания на твърдостта

Измервания на за износоустойчивостИзмервания на за износоустойчивост

Измерване на адхезиятаИзмерване на адхезията

Измерване за корозионната устойчивостИзмерване за корозионната устойчивост

Анализ и заключения от експерименталния анализ на образцитеАнализ и заключения от експерименталния анализ на образците

Slide Slide 44Предимства на композитните Предимства на композитните никелови покритияникелови покрития

•Един добре известен метод за подобряване на свойствата на повърхностите е безтоковото Един добре известен метод за подобряване на свойствата на повърхностите е безтоковото отлагане на покрития върху повърхноститеотлагане на покрития върху повърхностите. . Основно предимство е възможността Основно предимство е възможността метални метални издекияиздекия, както и диелектрици, дори със сложна форма, да бъдат покривани с метални филми., както и диелектрици, дори със сложна форма, да бъдат покривани с метални филми. Други предимства на безтоковите отлагания са еднаквата дебелина на слоевете по цялата форма Други предимства на безтоковите отлагания са еднаквата дебелина на слоевете по цялата форма и размер на часттаи размер на частта, , наличието на по-малко пори и следователно по-добра корозионна устойчивост наличието на по-малко пори и следователно по-добра корозионна устойчивост на субстратите, защото те могат да бъдат покрити с нулево или ниско компресиращо налягане.на субстратите, защото те могат да бъдат покрити с нулево или ниско компресиращо налягане. Безтоковото отлагане е химичен процес на редукцияБезтоковото отлагане е химичен процес на редукция, , който зависи от каталитичната редукция на който зависи от каталитичната редукция на метални йони във воден разтвор, съдържащ химически редуциращ агент метални йони във воден разтвор, съдържащ химически редуциращ агент [1].[1].• Химическите никелови покрития са особено значими. Очаква се те да заменят токсичните Химическите никелови покрития са особено значими. Очаква се те да заменят токсичните покрития, съдържащи хром. Те са предпочитан метод за метализация, поради нарастващата покрития, съдържащи хром. Те са предпочитан метод за метализация, поради нарастващата защита на околната среда и работещитезащита на околната среда и работещите [2]. [2]. Никеловите покрития се използват широко като Никеловите покрития се използват широко като матрица за композитни покритияматрица за композитни покрития. . Композитното покритие е уникално покритие с диспергирани в Композитното покритие е уникално покритие с диспергирани в твърдата матрица свръх фини подсилващи частици като керамика, диамант, флуорополимери и твърдата матрица свръх фини подсилващи частици като керамика, диамант, флуорополимери и силициеви карбиди, волфрамсилициеви карбиди, волфрам и хром (Фиг.1). Размерът на диспергираните частици (микро или и хром (Фиг.1). Размерът на диспергираните частици (микро или нано) също оказва влияние върху свойствата на повърноститенано) също оказва влияние върху свойствата на повърностите[3, 4].[3, 4].

1. Libo Li, Maozhong An and Gaohui Wu, Surface and Coatings Technology,Volume 200, Issues 16-17, (2006), p. 51022. Michael D. Feldstein, Surface Technology, Inc.Trenton, NJ, http://www.pfonline.com/articles/080203.html3. N. Feldstein, T. Lancsek, D. Lindsay, L. Salerno, Met. Finish. Vol. 81, no. 8, p. 35, (1983)4. T. Doi, H. Furusawa, K. Mizumoto, I. Saitou, K. Yakita, Y. Watanabe, Electrochimica Acta, Volume 52, Issue 9, ( 2007), p. 3047

Фигура 1. Снимки на Ni–P (a) и Ni–P–ND (b) безтокови композитни покрития с AFM

http://www.sciencedirect.com/science/journal/02578972


http://www.sciencedirect.com/science?_ob=PublicationURL&_tockey=%23TOC%235544%232006%23997999983%23618867%23FLA%23&_cdi=5544&_pubType=J&_auth=y&_acct=C000045400&_version=1&_urlVersion=0&_userid=839858&md5=a20f503667ce7ba3e0d13526e5b7490b

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=PublicationURL&_tockey=%23TOC%235544%232006%23997999983%23618867%23FLA%23&_cdi=5544&_pubType=J&_auth=y&_acct=C000045400&_version=1&_urlVersion=0&_userid=839858&md5=a20f503667ce7ba3e0d13526e5b7490b




http://www.sciencedirect.com/science?_ob=PublicationURL&_tockey=%23TOC%235240%232007%23999479990%23643355%23FLA%23&_cdi=5240&_pubType=J&_auth=y&_acct=C000045400&_version=1&_urlVersion=0&_userid=839858&md5=8a51a0763a77d566dfdf04cac64a4d1b


•Безтоковият метод на отлагане осигурява равномерно диспергиране Безтоковият метод на отлагане осигурява равномерно диспергиране на частиците в композитното покритиена частиците в композитното покритие [5]. [5]. Това прави покритието Това прави покритието консистентно и с възможност за регенериране като същевременно консистентно и с възможност за регенериране като същевременно предлага практическа и икономическа възможност да предаде предлага практическа и икономическа възможност да предаде свойствата на свръх твърдите частици на повърхността на субстратасвойствата на свръх твърдите частици на повърхността на субстрата.. Синергията на матрицата и удивителните свойства на добавените Синергията на матрицата и удивителните свойства на добавените частици пораждат свойства, каквито природните материали не частици пораждат свойства, каквито природните материали не притежават притежават ((ТаблицаТаблица 1) [6]: 1) [6]:

•Изключителна износоустойчивостИзключителна износоустойчивост

•Отлична твърдостОтлична твърдост

•Повишена корозоустойчивостПовишена корозоустойчивост

•Пълно съответствие при сложни геометрични формиПълно съответствие при сложни геометрични форми

•Повишена дифузия на топлинаПовишена дифузия на топлина

•Приложимост към всичкиПриложимост към всички широко използвани метали и сплавишироко използвани метали и сплави

•Покриване на цели повърхности или на избрани критични зониПокриване на цели повърхности или на избрани критични зони

5. Hui Xua, b, Zhi Yanga, Meng-Ke Lia, Yan-Li Shia, Yi Huanga and Hu-Lin Li, , Surface and Coatings Technology, Volume 191, Issues 2-3, 21 February 2005, Pages 161-165 6.J.N.Balaraju, T.S.N.Sankara Narayanan and S.K.Seshadri , Journal of Applied Electrochemistry, Volume 33, Number 9, (2003), p. 80

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TVV-4DWVYJ9-3&_user=839858&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000045400&_version=1&_urlVersion=0&_userid=839858&md5=3b3223921d6f72d736388d681f8a1ea0#aff1%23aff1





Покритие Повишаване на износоустойчивостта n пъти, където n е

Микро твърдост kg/mm2

Снижаване на порозността m пъти, където m е

Повишаване на корозионната устойчивост p пъти, където p е

Cr + UDDP 2 – 10 1400 – 1500 Без пори 3 – 6

Ni + UDDP 3 – 8 680 – 780 Без пори 2 – 5

Cu + UDDP 9 – 10 200 Без пори Няма корозия

Zn + UDDP 3 - 6 – 8 2 – 4

Sn + UDDP 3 150 7 1,5

Al + UDDP 10 – 12 600 – 800 3 Няма корозия

Ni + B + UDDP 6 8000 - Няма корозия

Таблица 1: Свойства на някои композитни покрития

Slide Slide 77Ред на технологичните Ред на технологичните операции и параметриоперации и параметри

Химическо почистванеХимическо почистване

Първата стъпка при подготвителния процес е химическото почистване, Първата стъпка при подготвителния процес е химическото почистване, осигуряващо отстраняването на масла, нечистотии и други петна, които пречат осигуряващо отстраняването на масла, нечистотии и други петна, които пречат за получаването на висококачествено покритие с добра адхезия или причинят за получаването на висококачествено покритие с добра адхезия или причинят повърхностни дефекти на третираните образци. Почистващото вещество може повърхностни дефекти на третираните образци. Почистващото вещество може да бъде органично, алкално, неутрално, разтворител или емулсия. Изборът на да бъде органично, алкално, неутрално, разтворител или емулсия. Изборът на конкретен почистващ препарат зависи от петната, които трябва да бъдат конкретен почистващ препарат зависи от петната, които трябва да бъдат отстранени, от размера и вида на частта, от вида на прилаганото покритие и от отстранени, от размера и вида на частта, от вида на прилаганото покритие и от материала на субстрата. За пълна чистота на повърхността трябва да се материала на субстрата. За пълна чистота на повърхността трябва да се извърши почистване на два етапа извърши почистване на два етапа ((Фиг.Фиг. 2,3): 2,3):

-- Почистване с ултразвук в органичен разтвор Почистване с ултразвук в органичен разтвор

-- Алкално химическо почистване Алкално химическо почистване

Фигура 2: Почистване с ултразвук в органичен разтвор

Фигура 3: Алкално почистване

Slide Slide 88Ред на технологичните Ред на технологичните операции и параметриоперации и параметри

Химическа активизацияХимическа активизация

Втората стъпка от подготвителния процес е химическата активацияВтората стъпка от подготвителния процес е химическата активация ((Фиг.Фиг. 4). 4). Процесът на химическо активиране увеличава повърхностната Процесът на химическо активиране увеличава повърхностната енергия на третираната повърхностенергия на третираната повърхност и дава по-еднороден поток и и дава по-еднороден поток и образуван филм, както и по-добра адхезия. Процесът може да се образуван филм, както и по-добра адхезия. Процесът може да се реализира чрез излагане на повърхността на действието на киселинен реализира чрез излагане на повърхността на действието на киселинен разтвор, който отстранява остатъците от замърсяванеразтвор, който отстранява остатъците от замърсяване от повърхността от повърхността на субстратана субстрата..

Фигура 4: Химическа активация

Резултатът е активиране на Резултатът е активиране на загрубената повърхност чрез загрубената повърхност чрез отстраняване на отстраняване на замърсителите, увеличаване замърсителите, увеличаване на броя на свързващите на броя на свързващите участъциучастъци на повърхността на на повърхността на субстрата и образуването на субстрата и образуването на хидрофобен филм от хидрофобен филм от водоотблъскващ композитводоотблъскващ композит над над активираната повърхност.активираната повърхност.

Slide Slide 99Никелизация Никелизация – – химически химически метод за отлагане метод за отлагане

Процесът на никелизацияПроцесът на никелизация се осъществява на два етапа и позволява се осъществява на два етапа и позволява образуването на два слояобразуването на два слоя::

- - Никелов слойНикелов слой, , образуван при предварителната никелиранеобразуван при предварителната никелиране в безтоков в безтоков никелов разтвор по методаникелов разтвор по метода “EFTTOM-NICKEL” ( “EFTTOM-NICKEL” (Фиг.Фиг. 5). 5).

Работният режим еРаботният режим е::

pH = 4.6 ÷ 4.7pH = 4.6 ÷ 4.7

T = (92 ÷ 95) ºCT = (92 ÷ 95) ºC

Време на покриванеВреме на покриване = 10 min. = 10 min.

Оптимално използване на разтвораОптимално използване на разтвора 7 ÷ 8 7 ÷ 8 пъти на часпъти на час..

Химическият процес на никелиране еХимическият процес на никелиране е::

3NaH2PO2 + 3H2O + NiSO4 3NaH2PO2 + 3H2O + NiSO4 3NaH2PO3 + H2SO4 + 2H2 + Ni (6) 3NaH2PO3 + H2SO4 + 2H2 + Ni (6)

Този слой играе ролята на демфер между образеца и никеловото композитно Този слой играе ролята на демфер между образеца и никеловото композитно покритиепокритие. . Демферът повишава възможността полученото покритие да поеме Демферът повишава възможността полученото покритие да поеме контактен удар и подобрява адхезията между образеца и покритиетоконтактен удар и подобрява адхезията между образеца и покритието

Композитен наноструктуриран никелов слойКомпозитен наноструктуриран никелов слой ее основно покритие, основно покритие, образувано при никелизирането в безтоков никелов разтвор по методаобразувано при никелизирането в безтоков никелов разтвор по метода “EFTTOM-NICKEL” “EFTTOM-NICKEL” с прибавяне на свръх твърди частицис прибавяне на свръх твърди частици ( (Фиг.Фиг. 6). 6).

- - Време на покриванеВреме на покриване = 10 min. = 10 min.

- - Концентрация на сврът твърди частици:Концентрация на сврът твърди частици: 2 ÷ 5 g/l 2 ÷ 5 g/l

Резултатът е композитен материал, проявяващ свойства, непостижими за който Резултатът е композитен материал, проявяващ свойства, непостижими за който и да е материал, ако се използва самостоятелно.и да е материал, ако се използва самостоятелно.

Slide Slide 1010Никелизация Никелизация – – химически химически метод за отлагане метод за отлагане

ФигураФигура 5: 5: Оборудване за безтоково отлагане на никел

ФигураФигура 6: Оборудване за безтоково отлагане на никел

Slide Slide 1111ТермообработкаТермообработка

ТермообработкаТермообработка припри 290 290о С, 6 С, 6 часа часа

По-добра адхезия се По-добра адхезия се постига след постига след термообработка, която термообработка, която осигурява дифузионно осигурява дифузионно поле между покритието и поле между покритието и базовия металбазовия метал,, което което подобрява физичните подобрява физичните и механични свойстваи механични свойства на покритиетона покритието..Термообработката се Термообработката се извършва във фурна, извършва във фурна, показана на Фиг. 7.показана на Фиг. 7.

Фигура 7

Slide Slide 1212Избор на подсилващи добавки Избор на подсилващи добавки за употреба при зъбни колелаза употреба при зъбни колела

• Нанодиамант (ND) и ND + cBN са избрани като подсилващи свръх твърди частици за композитни никелови покрития.

•Два вида покрития са изследвани с два вида подсилващи свръх твърди частици (ND, ND + cBN):

Фигура 8

- Композитно никелово Композитно никелово покритие с нанодиамантипокритие с нанодиаманти;;- Композитно никелово Композитно никелово покритие с нанодиамантипокритие с нанодиаманти + cBN.

Образци от 17CrNiMo6 въглеродна стомана са покрити след механично полиране и последващо електро-полиране. Някои от покритите образци са термообработени за подобряване на адхезията (Фиг. 8).

Slide Slide 1313ЕкспериментиЕксперименти, , изследванияизследванияи анализи анализ

ЕкспериментиЕксперименти ии изследванияизследвания на покритите образцина покритите образци

В това изследване са използвани образци от В това изследване са използвани образци от 17CrNiMo6 17CrNiMo6 въглеродна стоманавъглеродна стомана след механично полиране и последващо след механично полиране и последващо електро-полиране.електро-полиране.

Проведени са следните изследвания на термо-химично Проведени са следните изследвания на термо-химично третираните и след това покрити по безтоков метод образцитретираните и след това покрити по безтоков метод образци ((изпитанията за износо-, корозоустойчивостизпитанията за износо-, корозоустойчивост ии пробите за пробите за надраскване са направени отнадраскване са направени от IMP): IMP):

• Металографски наблюдения и наносканМеталографски наблюдения и наноскан;;

• Измервания на твърдостИзмервания на твърдост;;

• Тестовете за устойчивост на триене са направени при четири Тестовете за устойчивост на триене са направени при четири различни условия на различни условия на натоварваненатоварване (50MPa, 100MPa, 200MPa, (50MPa, 100MPa, 200MPa, 400MPa) – 400MPa) – в съответствие с полския стандартв съответствие с полския стандарт PN-83/H-04302; PN-83/H-04302;

• Пробите за адхезия са по метода на надраскване в Пробите за адхезия са по метода на надраскване в съответствие с полския стандартсъответствие с полския стандарт PN- EN 1071-3; PN- EN 1071-3;

• Изследванията за корозионна устойчивост Изследванията за корозионна устойчивост – – в съответствие с в съответствие с полския стандартполския стандарт PN-EN ISO 9227; PN-EN ISO 9227;

• Най-подходящите варианти на покритие са избрани на базата Най-подходящите варианти на покритие са избрани на базата на проведена изследователска работана проведена изследователска работа..

Slide Slide 1414МеталографскиМеталографски наблюдениянаблюдения

Фигура 9: Металографски микроскоп NEOPHOT 32


Фигура 10: Сканиращ сондиращ микроскоп NANOSCAN


• Металографските наблюдения показват много гладки повърхности на образците, покрити с никелови композитни покрития по безтоков метод и наличие на фино диспергирани частици (Фиг. 11).

Фигура 11(a-d): Микроструктура на образците, покрити с (a) Ni+ND, (b) Ni+ND-TP, (c) Ni+cBN, (d) Ni+cBN-TP

a b


Фигура 11(a-d): Микроструктура на образците, покрити с (a) Ni+ND, (b) Ni+ND-TP, (c) Ni+cBN, (d) Ni+cBN-TP

c dПокритието се вижда като бяла ивица. В покритието на някои образци се наблюдават малки инклузии. Те имат неправилна форма. Вижда се запълване на микро цепнатини в базовия метал. The roughness е около 1-2 µm. Наблюдава се зависимост на roughness rate от първоначалната такава на образците (според степента на полиране).Резултатите за дебелината на слоя δ са както следва:Дебелината на покритията с Ni и Ni+ND на всички образци варират от 7, 3 до 9, 3 μm.Дебелината на покритията с Ni+cBN е по-малка, около 5 μm.


Фигура 12(a-d): Топография от наноскан на образците, покрити с (a) Ni+ND, (b) Ni+ND-TP, (c) Ni+cBN, (d) Ni+cBN-TP

a b

c d

Slide Slide 1919Анализ на резултатите от Анализ на резултатите от наносканнаноскан

№ Вид покритие Rms[nm]

Max h[nm]

P%

Без ТО TО

1 Ni + ND 30,49 176,53 1,4

2 Ni + ND 44,95 366,63 2

3 Ni + cBN 159,72 820,96 1,2

4 Ni + cBN 9,42 84,58 1,6

Фигура 13: Анализ от наноскан на образците, покрити с (a) Ni+ND, (b) Ni+ND-TP, (c) Ni+cBN, (d) Ni+cBN-TP

Slide Slide 2020Тест за износоустойчивостТест за износоустойчивост

•Изследването за износоустойчивост на различните варианти на метализиране показва намаляване на износоустойчивостта при високо натоварване. При пробите в условия на с ниско и средно натоварване с единични налягания ниска износоустойчивост показват покритията с Ni+cBN и Ni+cBN с термообработка. Най-добри резултати по отношение на износоустойчивостта е постигната при образците със слой от Ni+ND и термообработен такъв (Фиг. 14-17). Galling се явява след 80 минути изпитване на термообработено покритие с N+ND, докато при всички други варианти на покритие то се случва много по-скоро (50-60 минути след теста с триене) (Фиг. 18).

Фигура 14: Износоустойчивост на покритие с Ni+ND


Фигура 15: Износоустойчивост на покритие с Ni+ND(с последваща термообработка)


Фигура 16: Износоустойчивост на покритие Ni+cBN


Фигура 17: Износоустойчивост на покритие Ni+cBN (с последваща термообработка)

Slide Slide 2424Изследване на Изследване на износоустойчивостизносоустойчивост

Фигура 18: Средни стойности на износване на образците след карбонизация и покриване с химичен метод (след натоварване с 400 MPa всички образци претърпяха механично повреждане) (нанодиамантът е е обозначен като УДДП)

Slide Slide 2525Изследване на адхезияИзследване на адхезия

Оценка на адхезията по метода на изследване с надраскване (направено от IMP)

Определянето на адхезията и други видове механични поражения на изследваните повърностни слоеве бяха направени с помощта на прибора за анализиране чрез надраскване REVETEST, произведен от фирма CSEM.

Използваните за изследването образци бяха със следните размери: f 25 ± 0.1 / 7 mm.

Образците бяха химически обработени, за да се получат подходящи повърхностни слоеве.Със сила на натоварване, нарастваща от 1N до 100N бяха направени по 3 драскотини на всеки образец. Приложената скорост на натоварване беше 100 N/min, а линейната направляваща скорост на пенетратора беше 10mm/min. Използваният в изследването пенетратор беше диамантения пенетратор Rockwell тип C.След теста с надраскване образците бяха подложени на микроскопски наблюдения (бяха използвани два – оптичен микроскоп и сканиращ електронен микроскоп), за да се оцени характера на пораженията и да се определи критичното натоварване.

Изследванията бяха направени по действащия стандарт PN-EN 1071-3.

Резултатите от изследванията са показани графически във формата на диаграма и във форма на картини, направени от сканиращ електронен микроскоп (SEM).

За всички изследвани варианти са подбрани снимки, които да показват съответно началото, средата и края на хода на изследването с надраскване.


Фигура 20: Образец Ni+cBN. Начало на изследването с надраскване. Наблюдава се пластична деформация.

Фигура 19: Образец Ni+cBN. Тангенциална сила (Ft) спрямо нормално натоварване (Fn)


Фигура 22: Образец Ni+cBN. По средата на изследването с надраскване – нормална сила ~50N. Лом на границата на следата от надраскването.

Фигура 21: Образец Ni+cBN. Пукнатините се разпростират извън следата от надраскването – нормална сила Fn = 27N.


Фигура 23: Образец Ni+cBN. Край на изследването с надраскване – нормална сила Fn=100N. Наблюдава се перфорация на покритието.


Фигура 25: Образец Ni+cBN с термична обработка. Начало на изследването с надраскване. Наблюдава се пластична деформация.

Фигура 24: Образец Ni+cBN с термична обработка. Тангенциална сила (Ft) спрямо нормално натоварване (Fn)


Фигура 27: Образец Ni+cBN с термична обработка. Край на изследването с надраскване – нормална сила ~100N.

Фигура 26: Образец Ni+cBN с термична обработка. По средата на изследването с надраскване – нормална сила Fn = 60N. Пукнатини и ломове на границата на следата от надраскването.


Фигура 29: Образец Ni+ND. Начало на изследването с надраскване. Наблюдава се пластична деформация.

Фигура 28: Образец Ni+ND. Тангенциална сила (Ft) спрямо нормално натоварване (Fn)


Фигура 31: Образец Ni+ND. Край на изследването с надраскване – нормална сила ~100N. От нормална сила – Fn ~ 45N до Fn = 100N се наблюдава локална перфорация на покритието.

Фигура 30: Образец Ni+ND. По средата на изследването с надраскване – нормална сила Fn = 50N. Наблюдава се пластична деформация.


Фигура 33: Образец Ni+ND с термична обработка. Начало на изследването с надраскване. Наблюдава се пластична деформация и местни ломове вътре в следата от надраскване (нормална сила Fn = 0,67N).

Фигура 32: Образец Ni+ND с термична обработка. Тангенциална сила (Ft) спрямо нормално натоварване (Fn)


Фигура 35: Образец Ni+ND с термична обработка. По средата на изследването с надраскване – нормална сила Fn = 50N. Ломове на границите на следата от надраскването и пукнатини вътре в следата от надраскването.

Фигура 34: Образец Ni+ND с термична обработка. Пукнатини на Hertzian от Tensile тип вътре в следата от надраскване – нормална сила Fn = 7N.


Фигура 36: Образец Ni+ND с термична обработка. Край на изследването с надраскване – нормална сила Fn = 100N. Критичната сила (Lc), при която покритието беше отстранено (претърпя значителна перфорация), следва да се приема да е Lc = 85N.

Най-добра адхезия на повърхностния слой към субстрата беше получена при покритието Ni+ND с последваща термична обработка (Фиг, 36).

Slide Slide 3636Изследване на корозионна Изследване на корозионна устойчивостустойчивост

Фигура 38: Покрити образци след 168 часов тест в солена пулверизираща камера (ND е обозначен като UDDP)

Фигура 37: Покрити образци след 48 часов тест в солена пулверизираща камера (ND е обозначен като UDDP)

Slide Slide 3737Изследване на корозионна Изследване на корозионна устойчивостустойчивост

Фигура 40: Покрити с Ni+ND образци след 360 часов тест в солена пулверизираща камера

Фигура 39: Покрити с Ni+cBN образци след 360 часов тест в солена пулверизираща камера

• Най-висока корозионна устойчивост беше получена при образците, покрити със слой от Ni+cBN и термообработени в последствие (Фиг. 39).

• Покритието от Ni+ND (TP) показа корозионна устойчивост както следва: след 48 часа – беше наблюдавана основна корозия от около 0,25% от повърхността на образеца; след 360 часа - беше наблюдавана основна корозия от около 5% от повърхността на образеца и потъмняване на слоя.

• Покритието от Ni+cBN и Ni+cBN (TP) показа корозионна устойчивост както следва: след 48 часа – слой без изменения, след 360 часа – 1 точкова корозия на повърхността на образеца и съвсем леко потъмняване на слоя.

Slide Slide 3838МикротвърдостМикротвърдост

Фигура 41

Сред всички варианти на покрития най-високи стойности на микротвърдост показа слоя с Ni+ND с последваща термична обработка. При всички покрити образци беше установено значително увеличение на повърхностната твърдост след термична обработка (Фиг. 41).

Вид покритие

Slide Slide 3939ЗаключенияЗаключения

• Беше наблюдавано, че композитните покрития от Ni–P–ND, включващи наноразмерни диамантени частици, са с по-добри физични и механични свойства в сравнение с тези, включващи микронен cBN:

• Най-високи стойности на твърдост до HV0,02 =1245 бяха получени при покритията от Ni+ND с последваща термична обработка

• Най-добра износоустойчивост и най-добра адхезия на повърхностния слой със субстрата беше получена също при покритията от Ni+ND с последваща термична обработка

• Образците, покрити със слой от Ni+cBN и след това термообработени, показаха най-висока корозионна устойчивост. Причината би могло да бъде образуването на междинен слой от метални бориди или нитриди, улесняващи доброто захващане на частиците от матрицата.

• Сумарната степен на покриване изглежда се влияе от размера на частиците в разтвора за покриване - степен на покриване се увеличаваше в присъствието на нанодиамант.

Slide Slide 4040ЗаключенияЗаключения

•Отношението на дебелината на покритието към размера на частиците изглежда има значителен ефект върху някои физични и механични свойства на покритията •Във всички случаи, композитното покритие от Ni-P беше по-устойчиво след термична обработка, поради засилена дифузия на никела в субстрата •Повърхностите на всички образци бяха много гладки в присъствието на фино диспергирани частици и се наблюдаваше запълване на микро порите•Методът може да бъде използван за възстановяване на зъбни колела след изтичане на експлоатационния им срок, т.е. Могат да се спестят разходи за труд, енергия и материали•Методът позволява нанасяне на покрития върху сложни форми, каквито са зъбните колела•Методът дава възможност за механизация и автоматизация на работния процес, т.е. Приложим е в автомобилната индустрия•Методът е енергоспестяващ и опазващ околната среда

Slide Slide 4141Производствен процесПроизводствен процес

Фигура 42

Измиване със студена

вода

Почистване с ултразвук

Сушене

Измиване с топла вода

Химическо почистване


Композитно Ni покритие

Химическа активация


вода


Сушене

Първа никелизация

Термична обработка


вода

Documents

Композитни никелови покрития