Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.034.202404.629-647

EDN: https://elibrary.ru/ppejxg

УДК 669.24-044.952:530.145.6

 

Износостойкость никелевых композиционных покрытий с микронными и субмикронными частицами SiC

 

Жачкин Сергей Юрьевич
доктор технических наук, профессор, преподаватель Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил Военно-воздушной академии имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина (394064, Российская Федерация, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54а), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1844-5011, Researcher ID: AAC-7580-2022, Scopus ID: 57210973083, SPIN-код: 9374-2996, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Трифонов Григорий Игоревич
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил Военно-воздушной академии имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина (394064, Российская Федерация, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54а), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7739-5587, SPIN-код: 9499-2510, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Сидоркин Олег Анатольевич
кандидат технических наук, доцент Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил Военно-воздушной академии имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина (394064, Российская Федерация, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54а), ORCID: https://orcid.org/0009-0009-1249-0776, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Пустоветов Алексей Владимирович
аспирант кафедры эксплуатации транспортных и технологических машин Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I (394087, Российская Федерация, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0009-0007-4114-6689, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Аннотация
Введение. Электролитическое осаждение наночастиц вызывает все больше интереса с увеличением их востребованности в сфере восстановления поверхностных слоев деталей машин и механизмов. Для создания композиционных покрытий необходимо решить две основные задачи: обеспечить достаточное количество частиц в покрытии и предотвратить их агломерацию в растворах для нанесения. При этом полученные покрытия с содержанием наночастиц являются износостойкими и применяются, например, в создании автомобильных и тракторных двигателей. В данном исследовании изучается процесс электролитического получения композиционных покрытий на основе никелевой матрицы с микронными и субмикронными частицами карбида кремния (SiC) из растворов никеля Уоттса, а также изучается сопротивление износу скольжения композиционных покрытий никеля.
Цель исследования. Провести детальное исследование влияния размера и количества частиц, находящихся в растворе для покрытия, на количество кодепонированных частиц. Изучить, как размер частиц влияет на процесс кодепонирования частиц неброуновского типа.
Материалы и методы Для нанесения композиционных покрытий на основе никеля с добавлением SiC использовался обычный электролит для никелирования. У каждого раствора, используемого для нанесения покрытия, была измерена численная плотность частиц. Предполагалось, что частицы имеют одинаковый размер и форму сферы. Концентрация частиц в растворах для нанесения покрытия варьировалась от 0,28 до 104 г/л. Электроосаждение проводилось на вертикальных электродах, а раствор для нанесения покрытия перемешивался магнитной мешалкой. Были измерены микротвердость по Виккерсу с нагрузкой 30 г и проведены испытания на износ при однонаправленном и двунаправленном скольжении.
Результаты исследования. Получены результаты исследования сопротивления износу композиционных покрытий никеля при скольжении. Представлены результаты кодепонирования и модель, основанная на плотности кодепонированных частиц. Дано заключение о влиянии кодепонированных частиц на сопротивление износу композиционных покрытий Ni-SiC.
Обсуждение и заключение. Определено, что наилучшая износостойкость при скольжении получена в случае использования композиционных покрытий Ni-SiC, содержащих 4–5 объемных процента субмикронных частиц SiC. Исследование показало, что размер и плотность частиц SiC в растворе для покрытия имеют важное значение при получении гальванически износостойких композиционных покрытий, так как основываются на связи между плотностью осажденных частиц и плотностью частиц в растворе.

Ключевые слова: электроосаждение, композиционные покрытия, износ, карбид кремния, никель, кодепонированные частицы

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Износостойкость никелевых композиционных покрытий с микронными и субмикронными частицами SiC / С. Ю. Жачкин [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2024. Т. 34, № 4. С. 629–647. https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202404.629-647

Заявленный вклад авторов:
С. Ю. Жачкин – научное руководство, формулирование основной концепции исследования, постановка цели и задач исследования, формирование частных и общих выводов.
Г. И. Трифонов – проведение исследования, подготовка текста, обработка экспериментальных данных и их контрфактуальный анализ.
О. А. Сидоркин – проведение анализа информационных источников, обработка изображений, корректировка общих и частных выводов.
А. В. Пустоветов – анализ и обработка итогового варианта текста, обработка экспериментальных данных.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 15.07.2024;
поступила после рецензирования 05.08.2024;
принята к публикации 12.08.2024

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Серникова О. С., Серебровский В. И., Калуцкий Е. С. Исследование износостойкости электроосажденных покрытий // Современные материалы, техника и технологии. 2022. № 6 (45). С. 77–82. URL: https://clck.ru/3DWw32 (дата обращения: 25.06.2024).

2. Новиков В. Ю. О механизме формирования микроструктуры при вторичной рекристаллизации в материале с дисперсными частицами второй фазы // Металловедение и термическая обработка металлов. 2022. № 1 (799). С. 9–15. EDN: EWUYVJ

3. Investigation on Corrosion Behavior and Mechanical Properties of an Extruded Mg-Zn-Al-Sn-Mn Alloy / Y. Bao [et al.] // Materials Characterization. 2021. Vol. 180. Article no. 111439. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111439

4. Electrochemical Deposition of Composite Nickel-Graphene Oxide Coatings in the Reverse Mode / V. N. Tseluykin [et al.] // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2022. Vol. 58. P. 321–324. https://doi.org/10.1134/S2070205122020198

5. Electrodeposition and Corrosion Properties of Nickel-Graphene Oxide Composite Coatings / V. Tseluikin [et al.] // Materials. 2021. Vol. 14, Issue 19. https://doi.org/10.3390/ma14195624

6. Dispersion and Agglomeration Behaviors of Submicron Ceria Particles in Concentrated Slurries / Q. Wei [et al.] // Colloid and Polymer Science. 2021. Vol. 299. P. 1683–1694. https://doi.org/10.1007/s00396-021-04894-7

7. Sun M., Pang M. Defect Formation Mechanism and Performance Study of Laser Cladding Ni/Mo Composite Coating // Coatings. 2021. Vol. 11, Issue 12. https://doi.org/10.3390/coatings11121460

8. Щербаков И. Н., Гасанов Б. Г. Кинетика формирования трехслойного функционального фосфорсодержащего композиционного покрытия // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18, № 4. С. 165–169. EDN: WBHVDM

9. Strong Hydrophobic and Ultraviolet Reflective Film from Fluorinated Polyisoprene with Microphase Separation via Thiol-Epoxy Click Chemistry / H. Liu [et al.] // Macromolecular Chemistry and Physics. 2022. Vol. 223, Issue 18. https://doi.org/10.1002/macp.202200100

10. Kanaev A. T., Sarsembaeva T. E., Gulyarenko A. A. Modernization of the Surface Layer Structure of Heavily Loaded Parts of Tillage Machines with Plasma Hardening // Steel in Translation. 2022. Vol. 52. P. 363–368. https://doi.org/10.3103/s0967091222030068

11. Electrochemical Deposition and Properties of Nickel-Chromium-Graphene Oxide Composite Coatings / V. N. Tseluikin [et al.] // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2021. Vol. 57. P. 1231–1234. https://doi.org/10.1134/S2070205121060198

12. Research Status of Graphene Oxide Composite Coatings on Magnesium Alloys / Y. N. Chen [et al.] // Materials Engineering. 2021. Vol. 49, Issue. 12. P. 1–13. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000291

13. Preparation of Nickel-Coated Graphene and Evaluation of Infrared Interference Performance / K. Li [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2022. Vol. 2194. Article no. 012043. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2194/1/012043

14. Preparation and Electrochemical Properties of Na3V2(PO4)3/C Cathode Materials from Spent Electroless Nickel Plating Bath / W. Xu [et al.] // Materials Research Express. 2022. Vol. 9, No. 6. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ac7a95

15. Electrochemical Characteristics of Various Ni-P Composite Coatings in 0.6 M NaCl Solution / M. Azadi [et al.] // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2021. Vol. 74. P. 137–147. https://doi.org/10.1007/s12666-020-02125-1

16. Триботехнические характеристики композиционных покрытий на никелевой основе, полученных гибридными технологиями / О. Г. Девойно [и др.] // Наука и техника. 2023. Т. 22, № 6. С. 450–459. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2023-22-6-450-459

17. Електроосадження нанокристалічного сплаву нікель-залізо з електроліту на основі нового типу йонних рідин – низькотемпературного евтектичного розчинника / В. Проценко [и др.] // Працi НТШ. Хiмiчнi науки. 2022. Vol. LXX. P. 119–127. https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2022.70.119

18. Microstructure, Composition and Formation Mechanism of Ultra-Black Surfaces on the Electrodeposited Nickel-Phosphorous Coatings / S. Perevoznikov [et al.] // Surfaces and Interfaces. 2022. Vol. 32. Article no. 102127. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102127

19. Enhancement of Mechanical and Corrosion Resistance Properties of Electrodeposited Ni-P-TiC Composite Coatings / O. Fayyaz [et al.] // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. Article no. 5327. https://doi.org/10.1038/s41598-021-84716-6

20. Investigating the Properties of Electrodeposited of Ni-P-ZrC Nanocomposite Coatings / O. Fayyaz [et al.] // ACS Omega. 2021. Vol. 6, Issue 49. P. 33310–33324. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03117

21. Volosova M. A., Okunkova A. A. Study of the Influence of Silicon-Containing Diamond-Like Carbon Coatings on the Wear Resistance of SiAlON Tool Ceramics // C (Journal of Carbon Research). 2023. Vol. 9, No. 2. P. 50. https://doi.org/10.3390/c9020050

22. Агеев Е. В., Серебровский В. И. Разработка и исследование технологии восстановления и упрочнения изношенных деталей машин композиционными гальваническими покрытиями с применением в качестве упрочняющей фазы вольфрамсодержащих электроэрозионных порошков микро- и нанофракций // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 2. С. 42–66. URL: https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/103 (дата обращения: 15.03.2024).

23. Массоперенос при гальваническом осаждении покрытий с выравнивающей добавкой / С. Ю. Жачкин [и др.] // Наука в центральной России. 2022. № 2 (56). С. 134–142. https://doi.org/10.35887/2305-2538-2022-2-134-142

24. Пластическая твердость композиционных покрытий на основе хрома / С. Ю. Жачкин [и др.] // Технический сервис машин. 2024. Т. 62, № 1. С. 94–100. EDN: SKKMBV

25. Оксидное волокно с покрытием карбида кремния для создания композиционных материалов / В. Г. Бабашов [и др.] // Авиационные материалы и технологии. 2021. № 3 (64). С. 94–104. EDN: ZGETNP

26. Слепцова Е. Р., Джумаев П. С., Исаев Р. Ш. Повышение коррозионной стойкости карбида кремния методом нанесения защитных покрытий // Физика конденсированных состояний : сб. тезисов III Междунар. конф., посвященной 60-летию ИФТТ РАН (29 мая – 2 июня 2023 г., г. Черноголовка) / под ред. Б. Б. Страумала. Черноголовка : Институт физики твердого тела РАН, 2023. С. 64. https://doi.org/10.26201/ISSP.2023/FKS-3.61"

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.