Влияние элементов-аморфизаторов на структуру и свойства электролитических покрытий на основе железа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.01, кандидат технических наук Корешкова, Елена Владимировна

• Корешкова, Елена Владимировна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Корешкова, Елена Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Электролитическое железнение.

1.2 Особенности структуры электролитических сплавов на основе железа.

1.2.1 Структурная и концентрационная неоднородность.

1.2.2 Дисперсность.

1.2.3 Дефекты кристаллического строения.

1.2.4 Текстура покрытий.

1.3 Свойства электроосажденных сплавов на основе железа.

1.4 Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Получение электролитических сплавов железо-фосфор и железо-молибден.

2.2 Определение плотности покрытий.

2.3 Определение твердости.

2.4 Испытание на растяжение.

2.5 Определение вязкости разрушения.

2.6 Определение конструктивной прочности.

2.7 Измерение внутренних напряжений.

2.8 Определение износостойкости покрытий.

2.9 Оценка коррозионной стойкости.

2.10 Световая микроскопия.

2.11 Электронно-микроскопические исследования.

2.12 Рентгеноструктурный анализ.

2.13 Электронная спектроскопия.

2.14 Мессбауэровская спектроскопия.

2.15 Дифференциальный термический анализ.

2.16 Статистическая обработка результатов исследований.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ

ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО-ФОСФОР И ЖЕЛЕЗО-МОЛИБДЕН.

3.1 Фазовое состояние сплавов.

3.2 Элементный состав сплавов.

3.3 Формирование текстуры покрытий.

3.4 Структура покрытий.

3.5 Термическая стабильность структуры покрытий.

ГЛАВА 4 СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

ЖЕЛЕЗО-ФОСФОР И ЖЕЛЕЗО-МОЛИБДЕН.

4.1 Внутренние напряжения в электролитических покрытиях

4.2 Твердость покрытий.

4.3 Коррозионная стойкость покрытий.

4.4 Износостойкость покрытий.

4.5 Конструктивная прочность покрытий.

4.6 Реализация результатов работы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние элементов-аморфизаторов на структуру и свойства электролитических покрытий на основе железа»

В настоящее время решение вопросов экономии металла, связанных с коррозионными процессами и износом деталей машин и конструкций, часто реализуется за счет изменения свойств поверхностных слоев изделий путем нанесения функциональных металлических покрытий. Среди разнообразных способов нанесения покрытий наиболее распространен в промышленности метод электролитического осаждения металлов и сплавов. Гальванопокрытия широко используются для защиты от коррозии и износа деталей машин в машиностроении, нефтегазодобывающей промышленности, на транспорте и в приборостроении. Это обусловлено сравнительной простотой процесса осаждения, доступностью контроля и автоматизации, практически неограниченными возможностями варьирования свойствами осаждаемых покрытий.

Для упрочнения и восстановления изношенных поверхностей деталей оборудования могут эффективно использоваться электролитические сплавы на основе железа. Последнее время особый интерес вызывают сплавы, которые в процессе электроосаждения имеют тенденцию к аморфизации. Формирование аморфно-кристаллической и аморфной структуры, связанное с влиянием вводимых в сплав элементов-аморфизаторов, приводит к кардинальным изменениям физико-механических и эксплуатационных свойств.

Для практического использования таких покрытий необходимо иметь четкие представления о структуре электролитических легированных аморфных сплавов, которая является связующим звеном между задаваемыми условиями осаждения и свойствами покрытий.

Изучению этих вопросов посвящена настоящая работа, выполненная в рамках научно-технической программы Министерства образования и науки РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», Федерально-целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России» и при поддержке гранта Губернатора Тюменской области.

Автор благодарит научного руководителя д.т.н., профессора Ковенского И.М. научного консультанта по вопросам гальванотехники д.х.н., профессора Поветкина В.В. и коллег по кафедре за помощь в работе.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Корешкова, Елена Владимировна

выводы

1. С повышением содержания легирующего элемента-аморфизатора в электролитических сплавах на основе железа наблюдается одинаковая последовательность изменения фазового состояния образующихся покрытий: кристаллическое — аморфно-кристаллическое — аморфное.

2. Переход от кристаллического к аморфному состоянию в электролитических сплавах железо-фосфор и железо-молибден достигается в результате увеличения содержания легирующего компонента за счет диспергирования структуры базового металла (железа) и включения в покрытия в процессе электроосаждения примесных неметаллических элементов (кислорода и углерода).

3. В зависимости от фазового состояния покрытия железо-фосфор и железо-молибден имеют различную ориентацию структурных элементов относительно основы: кристаллические покрытия характеризуются столбчатой структурой, аморфные - слоистой, аморфно-кристаллические -неоднородной беспорядочно ориентированной структурой.

4. Кристаллические покрытия железо-фосфор и железо-молибден характеризуются наличием текстуры, причем увеличение содержания фосфора или молибдена в сплаве приводит к кристаллографической разориентировке зерен и снижению ее совершенства и характера.

5. Термическая стабильность покрытий железо-фосфор и железо-молибден повышается с ростом содержания легирующего элемента.

6. С ростом содержания легирующего элемента в кристаллических покрытиях происходит увеличение прочностных характеристик, обусловленное измельчением структуры, а в аморфных — повышение коррозионной стойкости из-за отсутствия структурных дефектов (активных центров коррозии) и возникновения внутренних напряжений сжатия, затрудняющих коррозионный процесс.

7. Построены диаграммы конструктивной прочности кристаллических и аморфных покрытий железо-фосфор и железо-молибден, позволяющие установить состав сплава, обеспечивающий оптимальное сочетание свойств для конкретных условий эксплуатации покрытий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Корешкова, Елена Владимировна, 2009 год

1. Мелков М.П. Твердое осталивание автотракторных деталей. -М.: Транспорт. 1971. - С. 224.

2. Мелков М.П., Швецов А.Н., Мелкова И.М. Восстановление автомобильных деталей твердым железом. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт. 1982. - 198 с.

3. Арзамасов Б.Н., Крашенинников А.И., Пастухова Ж.П., Рахштадт А.Г. Научные основы материаловедения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. - 1994. - 336 с.

4. Беленький М.А., Иванов А.Ф. Электроосаждение металлических покрытий: Справочник. М.: Металлургия. - 1985. - 228 с.

5. Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник: В 2-х т. /Под ред. М.А. Шлугера. М.: Машиностроение. - 1985. - 2 т.

6. Гальванотехника: Справочник / Под ред. А.М.Гринберга, А.Ф.Иванова, Л.Л.Кравченко. М.: Металлургия. - 1987. - 736 с.

7. Мельников П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. М.: Машиностроение. - 1991. - 384 с.

8. Прикладная электрохимия / Под ред. А.П. Томилова. М.: Химия. -1984.-520 с.

9. Садаков Г.А. Гальванопластика. М.: Машиностроение.-1987.-288 с.

10. Ю.Смитлз К.Д. Металлы: Справочник. -М.: Металлургия.-1980.-^147 с.

11. Пат. 2 237 756 Российская Федерация, МПК 7 C25D3/56.

12. Электролит для осаждения покрытий из сплава никель-железо Текст. / Милушкин А.С. — заявитель и патентообладатель Калининградский государственный университет № 2002120238/02, заявл. 25.07.02; опубл. 10.10.04.-Зс.: табл.

13. Пат. 863722 СССР, М. Кл3. C25D3/56. Электролит для осаждения покрытий из сплава никель-железо Текст. / Костюк-Кульгавчук Л.П. — заявитель и патентообладатель не назван № 885293/22-02, заявл. 21.02.64; опубл. 15.09.81, Бюл. № 34. - Зс.: табл.

14. Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Л.: Машиностроение. 1977. - С. 71-72.

15. Ямпольский A.M., Ильин В. А. Краткий справочник гальванотехника. Л.: Машиностроение. 1972.

16. Ефимов Е.А., Черных В.В. // Защита металлов. 1992. - Т. 28. № 3. -С. 481-485.

17. Ковенский И.М., Бенедиктова И.А., Венедиктов А.Н. Структурная, концентрационная и фазовая неравновесность электролитических сплавов // Известия вузов. Нефть и газ. 2008. - № 4. - С. 78-81.

18. Пат. 186824 СССР, Кл. 48а, 5/04. Способ электролитического железнения Текст. / Выстрелков И.Н., Лашас А.А.- заявитель и патентообладатель не указан № 913540/22-2, заявл. 21.07.64; опубл. 03.10.66, Бюл. № 19. - Зс.: табл.

19. Петров Ю.Н., Сидельников В.К., Ягубец А.Е. Исследование износостойкости электролитических сплавов железо с фосфором. // Тр. КСХИ. Т. 87. Кишинев. - 1972. - С. 60-67.

20. Поветкин В.В., Ковенский И.М. Структура электролитических покрытий. М.: Металлургия. - 1989. - 136 с.

21. Поветкин В.В., Ковенский И.М., Устиновщиков Ю.И. Структура и свойства электролитических сплавов. М: Наука. - 1992. - 256 с.

22. Прикладная электрохимия /под ред. Кудрявцева Н.Т./. М.: Химия. -1975.-С.166.

23. Федотьев Н.Н., Бибиков Н.Н., Вячеславов П.М., Грилихес С.Я. Электролитические сплавы. — М. — JL: Машгиз. 1962. — 312 с.

24. Вахидов Р.С., Старченко А.А. К вопросу о слоистой структуре электролитических осадков // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1969. -Т. 12.-№1.-С. 59-61.

25. Грилихес С .Я., Тихонов К.И. Электролитические^ и химические покрытия. Л.: Химия. - 1990. - 288 с.

26. Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов. М.: Металлургия. -1974. - 559 с.

27. Гинберг A.M. Повышение антикоррозионных свойств металлических покрытий. — М.: Металлургия. 1984. - 168 с.

28. Ваграмян А.Т., Петрова Ю.С. Физико-механические свойства электролитических осадков. М.: Изд. АН СССР. - 1960. - 206 с.

29. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. М.: Атомиздат. - 1977. - 264 с.

30. Ковенский ИМ., Поветкин В.В. Особенности структуры электролитических сплавов Fe-Ni // Известия АН СССР. Металлы. 1987. -№ 3. - С. 136-139.

31. Kovenskii I.M., Povetkin V.V. Mossbauer study of electrodeposited iron-based // J. Hyperfme Interations. 1990. - № 52. - P. 367-371.

32. Поветкин B.B., Установщиков Ю.И., Захаров M.C. Электронно-микроскопическое исследование структуры электроосажденных железо-никелевых сплавов // Физика и химия обраб. материалов. 1976. - № 6. -С. 116-119.

33. Поветкин В.В., Ковенский И.М. Структура электроосажденных сплавов металлов подгруппы железа // Изв. АН СССР. Металлы. 1983. -№ 3. - С. 108-111.

34. Поветкин В.В., Ковенский И.М. Структура и свойства никель-молибденовых гальванопокрытий // Защита металлов. 1984. - Т. 20. - № 3. -С. 479-481.

35. Поветкин В.В., Установщиков Ю.И. Электронно-микроскопическое исследование структуры электролитических никель-фосфорных покрытий // Изв. АН СССР. Металлы. 1985. - № 3. - С. 187-189.

36. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Формирование железо-никелевых покрытий в зависимости от условий электрокристаллизации // Известия АН СССР. Металлы. 1990. № 1. - С. 117-119.

37. Поветкин В.В., Установщиков Ю.И., Захаров М.С. Тонкая структура электроосажденных сплавов железо-никель // Проблемы электрохимии и коррозии металлов. Свердловск: УПИ. 1977. - С. 8-12.

38. Поветкин В.В., Захаров М.С. Структура электроосажденных сплавов железо-кобальт // Изв. АН СССР. Металлы. 1978. - № 6. - С. 154.

39. Поветкин В.В., Захаров М.С. Структура электроосажденных сплавов железо-марганец // Изв. вузов. Химия и хим. технология.-1979.-Т. 22.-№ 1.-С. 62-64.

40. Полукаров Ю.М. Дефектность кристаллической решетки металлов, определяемая условиями электролиза // Электродные процессы и методы их изучения. Киев: Наук. Думка. - 1979. - С. 116-119.

41. Ковенский И.М. Оценка концентрации точечных дефектов в электроосажденных металлах // Физика металлов и металловедение. 1993. -Т. 75-№5.-С. 157-158.

42. Ковенский И.М., Подборнов Н.В. Влияние вакансий на внутренние напряжения в электроосажденных металлах // Изв. АН СССР. Металлы. -1993.-№5.-С. 189-192.

43. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Методы исследования электролитических покрытий. — М.: Наука. 1994. — 234 с.

44. Ковенский И.М., Кузнецов П.В., Поветкин В.В., Махмудов Н.А. Исследование точечных дефектов в электролитических осадках методом аннигиляции позитронов // Электрохимия.-1991.-Т. 27.-№ 10. С. 1369-1371.

45. Ковенский И.М., Подборнов Н.В. Влияние межузельных атомов на внутренние напряжения в электроосажденных легкоплавких металлах // Известия АН СССР. Металлы. 1993. - № 6. - С. 153-156.

46. Ковенский И.М., Куксгаузен А.А. Особенности процессов старения электроосажденных металлов // Металлы. 1998. - № 5. - С. 74-76.

47. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Изменение некоторых свойств электролитических осадков цинка и свинца в процессе отжига // Защита металлов. 1987. - Т. 23. - № 4. - С. 682-683.

48. Поветкин В.В., Ковенский И.М. Образование дислокаций в электролитических осадках // Физика металлов и металловедение. 1981. -Т. 17.-№ 11.-С. 1680-1686.

49. Farr J.P., Мс Neil A.J.S//Faraday Samp.Chem.Soc.-1977. № 12. -P.145-162.

50. Мамонтов E.A., Козлов В.М., Курбатова JI.A. Образование тонкой структуры при электрокристаллизации металлов // Поверхность. Физика, химия, механика. 1982. - № 10. - С. 128-133.

51. Мамонтов Е.А., Козлов В.М., Курбатова JI.A. О механизме образования дефектов структуры электролитической меди, полученной при нестационарных условиях электролиза // Электрохимия. 1976. -Т. 12. -№4.- с. 508-512.

52. Козлов В.М. О роли выделяющегося водорода в образовании структурных несовершенств при электрокристаллизации никеля // Электрохимия. 1982. - Т. 18. - № Ю. - С. 1353-1358.

53. Кочергин С.М., Леонтьев А.В. Образование текстур при электрокристаллизации металлов. — М.: Металлургия. 1974. - 184 с.

54. Поветкин В.В., Жихарев А.И., Захаров М.С. О текстуре электроосажденного сплава железо-никель//Электрохимия.-1975.-Т.11.-№ 41-С. 1689-1691.

55. Поветкин В.В. Некоторые закономерности текстурообразования в электроосажденных сплавах металлов подгруппы железа. — М.: 1978. 10 с. Деп. в ВИНИТИ 5.10.78. - № 3168-78.

56. Поветкин В.В., Захаров М.С. К вопросу образования дефектов упаковки в электроосажденных железо-никелевых покрытиях // Электрохимия. 1978. - Т. 14.

57. Пангаров Н.А. Ориентация кристаллитов при электроосаждении металлов // Рост кристаллов. М.: Наука. - 1974. - Т. 10. - С. 71-97.

58. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Электролитические сплавы. — М.: Интермет Инжиниринг. 2003. - 288 е.: ил.

59. Ваграмян А.Т., Жамагорянц М.А. Электроосаждение металлов и ингибирующая адсорбция. -М.: Наука. 1969. - 19 с.

60. Горбунова К.М., Полукаров Ю.М. Электроосаждение сплавов // Итоги науки и техники. Электрохимия.-М.: ВИНИТИ.-1969.-Т. 11.-С. 59-113.

61. Барабошкин А.Н. Электрокристаллизация металлов из расплавленных солей. М.: Наука. - 1976. - 279 с.

62. Гамбург Ю.Д. Структура и свойства электрохимически осажденных металлов // Итоги науки и техники. Электрохимия. И.: ВИНИТИ. - 1989. -Т. 30.-С. 118-169.

63. Поветкин В.В., Ковенский И.М., Ермакова Н.А. Структура некоторых электроосажденных сплавов висмута и ее изменение при отжиге // Изв. АН СССР. Металлы. 1986. - № 2. - С. 176-178.

64. Поперека М.Я. Внутренние напряжения электролитически осаждаемых металлов. Новосибирск: Зап.-Сиб. книж. изд-во.-1966. - 335 с.

65. Ковенский И.М., Поветкин В.В. О природе внутренних напряжений в электролитических покрытиях // Журнал прикладной химии.-1989.-Т. 62 — №2.-С. 37-44.

66. Ильюшенко Л.Ф. Электролитически осажденные магнитные пленки.- Минск: Наука и техника. 1972. — 264 с.

67. Вячеславов П.М., Волянюк Г.А. Электролитическое формование. — Л.: Машиностроение. 1979. - 200 с.

68. Гологан В.Ф., Аждер В.В., Жавгуряну В.Н. Повышение долговечности деталей машин износостойкими покрытиями. Кишинев: Штиинца. - 1979. - 111 с.

69. Поветкин В.В. Структура и некоторые свойства электролитических никель-кобальтовых покрытий // Изв. АН СССЗ. Металлы. 1980. - № 4. -С. 213-217.

70. Райчевски Г.М. Коррозионно-электрохимическое поведение гальванических покрытий // Итоги науки и техники. Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ. 1989. - Т. 15. - С. 3-82.

71. Райчевски Г., Ганчева Ю. Аномальные явления при активном растворении электроосажденных сплавов кобальт-железо // Защита металлов.- 1982. Т. 18. - № 3. - С. 330-335.

72. Ильинский А.И., Лях Г.Е. Методы механических испытаний пленок и фольг. (Обзор) // Заводская лаборатория. 1978. - № 12. - С.1507-1511.

73. Ковенский И.М., Венедиктов Н.Л., Поветкин В.В. Вязкость разрушения гальванических покрытий // Гальванотехника и обработка поверхности. 1994. - Т. 3. - № 1. - С. 35-38.

74. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Металловедение покрытий: Учебник для вузов. М.: Интермет Инжиниринг. - 1999. - 296 с.

75. Силин И.Н. Стандартная программа для решения задач методом наименьших квадратов. Дубна. - 1967. - 45 с. (Препринт, Объед. ин-т ядер, исслед. № 11-33-62).

76. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Мессбауэровские исследования сплавов, полученных при разных условиях электрокристаллизации // Электрохимия. 1989. - Т. 25. - С. 1271-1273.

77. Vincze I., Cambell I.A. J. Phys. F.: Metall Phys. 1973. - V. 3. - P.645.

78. Степанов M.H. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. М.: Машиностроение. 1985. - 231 с.

79. Кубашевски О. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа. Справ, изд. /М.: Металлургия. 1985. - 184 с.

80. Избранные методы исследования в металлургии / Под ред. Г.Й. Хунгера. Пер. с нем. М.: Металлургия. - 1985. - 416 с.

81. Поветкин В.В., Ковенский И.М., Корешкова Е.В., Неупокоева А.А., Золотарева Е.В. Электролитическое легирование железа фосфором и молибденом // Известия вузов. Машиностроение. 2008. № 4. - С. 55-58.

82. Поветкин В.В., Подборнов Н.В., Иванова И.А. Влияние легирования на процесс текстурообразования в электроосажденных ГЦК-металлах // Металлы. 1996. - № 3. - С. 446.

83. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности /М.: Мир. 1989. - 564 с.

84. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Дефекты кристаллического строения и природа внутренних напряжений в металлических покрытиях // Роль дефектов кристаллического строения в процессе структурообразования сплавов. Тула: MB ССО РСФСР. 1989. - С. 30-33.

85. Поветкин В.В., Ковенский И.М., Венедиктов H.JI., Теребова Н.С., Соснов В.А., Ницуленко О.В. Электролитическое легирование железа и никеля молибденом // М.: Металлы. 1997. - № 4. - С. 41-43.

86. Ковенский И.М., Венедиктов H.JI., Корешкова Е.В., Неупокоева А.А., Венедиктов А.Н. Конструктивная прочность металлических покрытий // Известия вузов. Нефть и газ. № 6. - 2005. - С. 113-116.

87. Васеда И. Обзор существующей информации о структуре аморфных металлических сплавов // Быстрозакаленные металлы. — М.: Металлургия. 1983. - С. 399-407.

88. Мухин Г.Г. Метастабильные и неравновесные материалы и их устойчивость // Метастабильные и неравновесные сплавы. — М.: Металлургия. 1998. - С. 205-260.

89. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Испытания гальванических покрытий. М.: Интермет Инжиниринг. - 2001. - 136 с.