Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W

Розглянуто вплив режимів електроосадження на морфологію, топографію і структуру гальванічних сплавів заліза з молібденом і вольфрамом. Показано, що підвищення корозійного опору покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W у кислому та нейтральному хлоридвмісному середовищах обумовлено як зростанням схильності до пасива...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2015
Автори:	Ведь, М.В., Сахненко, М.Д., Каракуркчі, Г.В., Єрмоленко, І.Ю., Фоміна, Л.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України 2015
Назва видання:	Фізико-хімічна механіка матеріалів
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136028
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W / М.В. Ведь, М.Д. Сахненко, Г.В. Каракуркчі, І.Ю. Єрмоленко, Л.П. Фоміна // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 5. — С. 98-106. — Бібліогр.: 17 назв. — укp.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-136028
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1360282018-06-16T03:11:47Z Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W Ведь, М.В. Сахненко, М.Д. Каракуркчі, Г.В. Єрмоленко, І.Ю. Фоміна, Л.П. Розглянуто вплив режимів електроосадження на морфологію, топографію і структуру гальванічних сплавів заліза з молібденом і вольфрамом. Показано, що підвищення корозійного опору покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W у кислому та нейтральному хлоридвмісному середовищах обумовлено як зростанням схильності до пасивації завдяки легувальним компонентам, так і формуванням глобулярної та гомогенної за складом поверхні. Встановлено, що мікротвердість гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W у 2–3 рази перевищує показники підкладок з низьколегованої сталі, що пояснюється утворенням аморфної структури. Результати досліджень і трибологічних випробувань свідчать про доцільність використання покривів подвійними і потрійними сплавами заліза для зниження зношування у парах тертя та підвищення корозійного опору і механічної міцності поверхонь, що робить їх перспективними для ремонтних і відновлювальних технологій. Рассмотрено влияние режимов электроосаждения на морфологию, топографию и структуру гальванических сплавов железа с молибденом и вольфрамом. Показано, что повышение коррозионного сопротивления покрытий Fe–Mo и Fe–Mo–W в кислой и нейтральной хлоридсодержащей средах обусловлено как ростом склонности к пассивации благодаря легирующим компонентам, так и формированием глобулярной и гомогенной по составу поверхности. Установлено, что микротвердость гальванических сплавов Fe–Mo и Fe–Mo–W в 2–3 раза превышает показатели подложек из низколегированной стали, что объясняется образованием аморфной структуры. Результаты исследований и трибологических испытаний свидетельствуют о целесообразности использования покрытий двойными и тройными сплавами железа для снижения износа в парах трения и повышения коррозионного сопротивления и механической прочности поверхностей, что делает их перспективными для ремонтных и восстановительных технологий. The influence of the electrodeposition regimes on the morphology, topography and structure of electrolytic alloys of iron with molybdenum and tungsten is discussed. The increase in corrosion resistance of Fe–Mo and Fe–Mo–W coating in acidic and neutral chloridecontaining environments due to both rising inclination to passivity by alloying components and the formation of the surface of globular and homogeneous composition is shown. The microhardness of galvanic Fe–Mo and Fe–Mo–W alloys is established to be 2–3 times higher than one of the mild steel substrate that can be explained by the formation of amorphous structure. Results of research and tribological tests suggest the feasibility of using double and triple iron alloy coatings to reduce wear in the friction pairs and increase corrosion resistance and mechanical durability of surfaces, which makes them promising for repair and restoring technologies. 2015 2015 Article Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W / М.В. Ведь, М.Д. Сахненко, Г.В. Каракуркчі, І.Ю. Єрмоленко, Л.П. Фоміна // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 5. — С. 98-106. — Бібліогр.: 17 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136028 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Розглянуто вплив режимів електроосадження на морфологію, топографію і структуру гальванічних сплавів заліза з молібденом і вольфрамом. Показано, що підвищення корозійного опору покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W у кислому та нейтральному хлоридвмісному середовищах обумовлено як зростанням схильності до пасивації завдяки легувальним компонентам, так і формуванням глобулярної та гомогенної за складом поверхні. Встановлено, що мікротвердість гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W у 2–3 рази перевищує показники підкладок з низьколегованої сталі, що пояснюється утворенням аморфної структури. Результати досліджень і трибологічних випробувань свідчать про доцільність використання покривів подвійними і потрійними сплавами заліза для зниження зношування у парах тертя та підвищення корозійного опору і механічної міцності поверхонь, що робить їх перспективними для ремонтних і відновлювальних технологій.
format	Article
author	Ведь, М.В. Сахненко, М.Д. Каракуркчі, Г.В. Єрмоленко, І.Ю. Фоміна, Л.П.
spellingShingle	Ведь, М.В. Сахненко, М.Д. Каракуркчі, Г.В. Єрмоленко, І.Ю. Фоміна, Л.П. Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W Фізико-хімічна механіка матеріалів
author_facet	Ведь, М.В. Сахненко, М.Д. Каракуркчі, Г.В. Єрмоленко, І.Ю. Фоміна, Л.П.
author_sort	Ведь, М.В.
title	Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W
title_short	Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W
title_full	Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W
title_fullStr	Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W
title_full_unstemmed	Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W
title_sort	функціональні властивості гальванічних сплавів fe–mo і fe–mo–w
publisher	Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
publishDate	2015
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136028
citation_txt	Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W / М.В. Ведь, М.Д. Сахненко, Г.В. Каракуркчі, І.Ю. Єрмоленко, Л.П. Фоміна // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 5. — С. 98-106. — Бібліогр.: 17 назв. — укp.
series	Фізико-хімічна механіка матеріалів
work_keys_str_mv	AT vedʹmv funkcíonalʹnívlastivostígalʹvaníčnihsplavívfemoífemow AT sahnenkomd funkcíonalʹnívlastivostígalʹvaníčnihsplavívfemoífemow AT karakurkčígv funkcíonalʹnívlastivostígalʹvaníčnihsplavívfemoífemow AT êrmolenkoíû funkcíonalʹnívlastivostígalʹvaníčnihsplavívfemoífemow AT fomínalp funkcíonalʹnívlastivostígalʹvaníčnihsplavívfemoífemow
first_indexed	2025-07-10T00:32:06Z
last_indexed	2025-07-10T00:32:06Z
_version_	1837217905763155968
fulltext	98 Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 5. – Physicochemical Mechanics of Materials ФУНКЦІОНАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ГАЛЬВАНІЧНИХ СПЛАВІВ Fe–Mo і Fe–Mo–W М. В. ВЕДЬ, М. Д. САХНЕНКО, Г. В. КАРАКУРКЧІ, І. Ю. ЄРМОЛЕНКО, Л. П. ФОМІНА Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Розглянуто вплив режимів електроосадження на морфологію, топографію і структу- ру гальванічних сплавів заліза з молібденом і вольфрамом. Показано, що підвищен- ня корозійного опору покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W у кислому та нейтральному хло- ридвмісному середовищах обумовлено як зростанням схильності до пасивації завдя- ки легувальним компонентам, так і формуванням глобулярної та гомогенної за скла- дом поверхні. Встановлено, що мікротвердість гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W у 2–3 рази перевищує показники підкладок з низьколегованої сталі, що пояснюється утворенням аморфної структури. Результати досліджень і трибологічних випробу- вань свідчать про доцільність використання покривів подвійними і потрійними сплавами заліза для зниження зношування у парах тертя та підвищення корозійного опору і механічної міцності поверхонь, що робить їх перспективними для ремонт- них і відновлювальних технологій. Ключові слова: гальванічні сплави заліза, легувальні компоненти, вольфрам, моліб- ден, корозійна тривкість, мікротвердість, трибологічні характеристики. Ефективне функціонування багатьох галузей промисловості потребує сучас- ної ремонтної бази, яка повинна забезпечувати високу надійність обладнання, мі- німальний термін технічного обслуговування за високої якості виконаних робіт, що передбачає удосконалення існуючих та розвиток новітніх засобів відновлення та поверхневого зміцнення деталей машин і механізмів. На сьогодні широко за- стосовують технології ремонту шляхом гальванохімічного відновлення зношених поверхонь через нанесення покривів твердим хромом, залізом, нікелем, міддю, цинком тощо [1, 2]. При цьому найперспективнішим вважають електролітичне залізнення [3]. Особливе місце серед тонкошарових матеріалів згаданого призна- чення посідають композити та електролітичні сплави на основі заліза, яким при- ділено значну увагу в працях [4–6]. Нівелювати притаманні залізненню низьку адгезію, значну водневу крихкість, недостатню твердість можна завдяки легуван- ню молібденом і вольфрамом, які надають тонкоплівковим матеріалам корозійної тривкості та опору до найнебезпечніших локальних видів корозії (пітингової, щі- линної тощо), а також мікротвердості. Означені технічні параметри забезпечують підвищення ресурсу зношуваних поверхонь та надійність виробам зі сталі та ча- вуну в цілому. Втім подальшого дослідження потребують питання, пов’язані з ке- руванням складом, а отже, і властивостями гальванічних сплавів заліза з молібде- ном і вольфрамом. Тому визначення впливу режимів електролізу на склад, струк- туру, а відповідно, й корозійний опір і механічні властивості покривів подвійни- ми та потрійними сплавами заліза є актуальною задачею, розв’язанню якої при- свячено статтю. Експериментальна частина. Покриви залізо–молібден і залізо–молібден– вольфрам осаджували із розроблених цитратних електролітів на основі феруму (ІІІ) Контактна особа: М. В. ВЕДЬ, e-mail: vmv@kpi.kharkov.ua 99 [7, 8] на попередньо підготовлені зразки зі сталі Ст.20 у гальваностатичному ре- жимі та уніполярним імпульсним струмом амплітудою 3,5…6,0 A/dm2 за трива- лості імпульсу ton 5⋅10−3…1⋅10−2 s і паузи toff 1⋅10−2…2⋅10−2 s в інтервалі темпера- тур 20…25°С [9, 10]. Як аноди використовували пластини із нержавіючої сталі 12Х18Н10Т зі співвідношенням площі катода до анода 1:3…1:5. Оцінювали морфологію поверхні електролітичних сплавів з використанням сканівного електронного мікроскопа (СЕМ) ZEISS EVO 40XVP. Зображення от- римували за допомогою реєстрації вторинних електронів шляхом сканування електронним пучком, що дало змогу досліджувати топографію з високими роз- дільною здатністю і контрастністю за збільшення в 100–5000 разів. Хімічний склад покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W визначали рентгенофлуорес- центним методом з використанням портативного спектрометра СПРУТ, що має відносне стандартне відхилення 10−3…10−2. Аналізували мінімум у 3 точках з по- дальшим усередненням отриманих значень. Похибка визначення вмісту компо- нентів становила ±1 wt.%. Результати рентгенофлуоресцентного аналізу верифі- кували шляхом реєстрації характеристичного рентгенівського спектра, отрима- ного за допомогою енергодисперсійного спектрометра INCA Energy 350. Збуд- ження рентгенівського випромінювання здійснювали обробкою зразків пучком електронів з енергією 15 keV. Фазовий склад електрохімічних покривів визнача- ли методом структурного аналізу з використанням рентгенівського дифрактомет- ра ДРОН-2.0 у випромінюванні залізного анода. Дифрактограму реєстрували у дискретному режимі з інтервалом 0,1° під час експозиції у кожній точці 15…20 s. Для дослідження використовували зразки, які витримували після формування покривів упродовж 24 h у повітрі. Оцінювали шорсткість поверхні покривів, на- несених на попередньо відполіровану із застосуванням пасти ГОІ сталеву під- кладку, контактним методом, використовуючи сканівний зондовий мікроскоп АСМ NT-206 (зонд СSC-37 кантилівер B, латеральна роздільна здатність 3 nm). Сканували поверхню зразків не менш, ніж на трьох ділянках у різних їх частинах для ототожнення результатів дослідження [11]. Досліджували фізико-механічні властивості електролітичних сплавів з вико- ристанням мікротвердоміра ПМТ-3 із навантаженням 50 і 100 g та металографіч- ного мікроскопа NEOPHOT-21 (збільшення ×100–500). Для визначення мікро- твердості покрив наносили товщиною 30±3 µm. Тестували корозійну тривкість гальванічних покривів товщиною 6±0,5 µm за експозиції зразків у розчинах різної агресивності і природної аерації (3%-му хло- риді натрію та 1 mol/dm3 сульфаті натрію за додавання сульфатної кислоти до pH 3 і гідроксиду натрію до pH 10). Швидкість корозії підкладки зі сталі і покривів Fe–Mo (Fe–Mo–W) визначали методом поляризаційного опору [12] за результата- ми аналізу вольтамперних залежностей, отриманих з використанням потенціо- стата ПІ-50-1.1 з програматором ПР-8 за швидкості розгортки потенціалу 2 mV/s. Як електрод порівняння під час експериментів використовували хлоридсрібний напівелемент ЕВЛ-1М1, який з’єднували з коміркою через сольовий місток, за- повнений загущеним агар-агаром розчином хлориду калію. Нижче всі потенціали наведені у перерахунку до нормального водневого електрода. Одержані показни- ки порівнювали з результатами гравіметрії, причому контроль поверхні та маси зразків виконували через 10; 20; 40; 60 days, а оновлювали корозивне середовище під час контрольного зважування зразків. Перед зважуванням продукти корозії видаляли травленням в інгібованому 10%-му розчині хлоридної кислоти впро- довж 1 min та фіксували масу зразків на аналітичних вагах з похибкою 1⋅10−4 g. Глибинний показник корозії kh (mm/year) визначали так: 0 10,t h m m k St −= × ρ (1) 100 де m0, mt – маси зразка до випробувань та після експонування у модельному сере- довищі і зняття продуктів корозії, відповідно, g; ρ – густина сплаву, g·cm−3; S – поверхня зразка, cm2; t – час випробувань, year. Результати та їх обговорення. Топографія поверхні електролітичних спла- вів молібдену і вольфраму, як встановлено раніше [13], залежить не тільки від складу покривів, а й режиму осадження, і значною мірою обумовлює корозійні та фізико-механічні властивості тонкоплівкових матеріалів. Подвійні та потрійні гальванічні сплави заліза з тугоплавкими металами не стали виключенням. Дос- лідження топографії та шорсткості поверхні сплавів методом атомної силової мікроскопії (АСМ) узгоджуються з результатами СЕМ та демонструють відмін- ність рельєфу і розмірів зерен покривів, сформованих постійним струмом (ПСП) (рис. 1), від осаджених уніполярним імпульсним струмом (ПСІ) (рис. 2). Рис. 1. СEM-зображення, 3D-карта поверхні і профіль перетину одержаних у гальваностатичному режимі покривів Fe–Mo (а) і Fe–Mo–W (b). Площа сканування АСМ 5×5 µm. Товщина покривів 6 µm. Fig. 1. SEM-images, 3D-surface map and intersection profile for coatings Fe–Mo (a) and Fe–Mo–W (b) obtained in galvanostatic mode. Scanning area AFM 5×5 µm. Coating thickness 6 µm. Це пояснюється як особливостями електрокристалізації у нестаціонарних умовах, так і перерозподілом швидкості парціальних електрохімічних і хімічних 101 реакцій сплавотворення [14]. Як зазначалося раніше [15], формування сплаву включає стадії хімічних перетворень, швидкість яких очікувано менша за елект- рохімічні, внаслідок чого пауза між імпульсами струму сприяє повнішому пере- бігу саме хімічних стадій та явищ адсорбції-десорбції, які спряжені в загальній схемі реакцій. У підсумку це забезпечує формування рівномірнішої поверхні, збагаченої тугоплавким компонентом. Бінарні покриви Fe–Mo, осаджені в галь- ваностатичному режимі, відрізняються гострими виступами та впадинами і сут- тєвою нерівномірністю складу на різних ділянках рельєфу (рис. 1a), тоді як в ім- пульсному відбувається гомогенізація поверхні за складом і, відповідно, за розмі- рами зерен (рис. 2a). Потрійні ПСП Fe–Mo–W – дрібнокристалічні, складаються з множини гострих зерен з усередненим розміром 70…100 nm (рис. 1b), а в ім- пульсному режимі, як і для бінарних, формується згладжена глобулярніша по- верхня з агломератами сферичних зерен розміром 0,2…0,4 µm (рис. 2b). Рис. 2. СEM-зображення, 3D-карта поверхні і профіль перетину одержаних в імпульсному режимі покривів Fe–Mo (а) і Fe–Mo–W (b). Площа сканування АСМ 5×5 µm. Товщина покривів 6 µm. Fig. 2. SEM-images, 3D-surface map and profile of intersection for coatings Fe–Mo (a) and Fe–Mo–W (b) obtained in pulsed mode. Scanning area AFM 5×5 µm. Coating thickness 6 µm. Бінарні ПСІ відрізняються більшою шорсткістю поверхні та розкидом розмі- рів зерен по перетину (рис. 2a) порівняно з потрійними гальванічними сплавами (рис. 2b). Крім того, рельєф поверхні покриву Fe–Mo характеризується достатньо гострими виступами і впадинами, тоді як для Fe–Mo–W близькі за розмірами 102 кристаліти наближаються за формою до сфероїдів. Враховуючи, що виступи по- верхні покриву збагачені вольфрамом, можна зробити висновок, що останній сприяє вирівнюванню рельєфу, як це спостерігали і для інших його сплавів [16]. Таким чином, встановлені закономірності формування топографії поверхні покривів сплавами заліза з молібденом і вольфрамом складають підґрунтя для прогнозованого підвищення як корозійного опору, так і мікротвердості покривів порівняно з матеріалом підкладки. Рентгенівські дифрактограми покривів Fe–Mo (рис. 3а) і Fe–Mo–W (рис. 3b) із вмістом (в перерахунку на метал) до 40 wt.% Mo у подвійному сплаві та 25 wt.% Mo і 18 wt.% W у потрійному – ідентичні. На них виявлена лише система диф- ракційних ліній α–Fe та досить широке гало (ширина на половині висоти стано- вить ∼10°) на кутах 2θ ∼ 57°, що є свідченням аморфної структури, як це раніше спостерігали для гальванічних сплавів вольфраму з кобальтом і нікелем [17]. Аналіз поверхні покривів дозволяє зробити висновок, що кількість мікропор у ПСІ є значно меншою порівняно з ПСП. Це дає підстави вважати, що покриви, одержані в нестаціонарних умовах, матимуть вищі показники хімічного опору в аг- ресивних середовищах та фізико-механічні властивості порівняно зі сплавами, оса- дженими гальваностатично. Отже, використання імпульсного електролізу дає змо- гу отримувати рівномірніші бінарні та потрійні покриви з меншою поруватістю, що прогнозовано впливатиме на показники корозійної тривкості та мікротвердості. Рис. 3. Рентгенівські дифрактограми покривів Fe–Mo (а) та Fe–Mo–W (b) на підкладці зі Ст.3. Fig. 3. X-ray diffraction pattern for Fe–Mo (a) and Fe–Mo–W (b) coatings on the substrate of steel Ст.3. Морфологія поверхні покривів тернарним сплавом Fe–Mo–W (рис. 1b, 2b) суттєво відрізняється від рельєфу поверхні бінарного сплаву Fe–Mo, осадженого на ті ж самі матеріали (рис. 1a, 2a). На відміну від подвійного сплаву, ПСП Fe– Mo–W мають рівномірнішу гомогенізовану поверхню з незначною кількістю мікропор внаслідок виділення водню. Використання імпульсного струму сприяє утворенню агломератів зерен, які вкривають всю поверхню, що пояснюється включенням вольфраму до складу сплаву завдяки реалізації вищих густин струму на виступах покриву та підтверджується результатами аналізу хімічного складу (рис. 1). Таким чином, аналіз морфології і рельєфу поверхні покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W на підкладках зі сталі дає змогу зробити такі висновки: по-перше, в ім- пульсному режимі осаджується гомогенніший сплав, що позитивно впливатиме на його термодинамічну стабільність і сприятиме зростанню хімічного опору; по-друге, відбувається електродна реакція відновлення тугоплавких компонентів (Mo, W), що перебігає через проміжну стадію утворення оксидів і за таких умов протікає повніше та з вищим виходом цільового продукту порівняно з електролі- зом в стаціонарних умовах. Виявлені відмінності у складі, морфології та топогра- 103 фії поверхні покривів сплавами заліза з молібденом і вольфрамом прогнозовано впливатимуть на їх корозійну поведінку у розчинах різної агресивності. Дослідження корозійної тривкості покривів багатокомпонентними сплавами Fe–Mo і Fe–Mo–W показали, що у кислому середовищі корозійний процес пере- бігає переважно з водневою деполяризацією, тоді як в нейтральному та лужному – з кисневою. Як видно із поляризаційних залежностей, у кислому середовищі (рис. 4) потенціали корозії покривів зсуваються у позитивний бік відносно потен- ціалу підкладки, що свідчить про анодний контроль корозійного процесу, а швид- кість корозії зменшується завдяки зростанню схильності до пасивації за присут- ності легувальних домішок та формуванню щільної плівки кислотних оксидів ту- гоплавких металів, які забезпечують захисну дію та гальмують руйнування. При цьому корозійна тривкість бінарного сплаву Fe–Mo є дещо вищою порівняно із тернарним, що пояснюється його досконалішою поверхнею. Рис. 4. Поляризаційні залежності покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W, сформованих у гальваностатичному режимі. Корозивне середовище: а – 1 М Na2SO4 з додаванням H2SO4 до pH 3; b – 1 М Na2SO4, 3% NaCl (pH 7); c – 1 М Na2SO4 з додаванням NaOH до pH 10. Товщина покривів 6 µm: 1 – Fe–Mo–W; 2 – Fe–Mo; 3 – Сталь Ст.3. Fig. 4. Polarization curves for Fe–Mo and Fe–Mo–W coatings formed in galvanostatic mode. Corrosive medium: a – 1 M Na2SO4 with H2SO4 to pH 3; b – 1 M Na2SO4, 3% NaCl (pH 7); c – 1 M Na2SO4 with NaOH to pH 10. Coating thickness 6 µm: 1 – Fe–Mo–W; 2 – Fe–Mo; 3 – steel Ст.3. У нейтральному хлоридвмісному середовищі потенціали Ecorr покривів зсу- ваються у негативний бік відносно підкладки, що є свідченням катодного контро- лю корозійного процесу. Причиною гальмування катодної реакції є зміна приро- ди деполяризатора та ускладнення транспорту кисню внаслідок формування плівки оксидів не тільки легувальних компонентів, а й заліза, та стійкість оксидів молібдену навіть за присутності іонів-депасиваторів (Cl–). Різницю в значеннях потенціалів та струму корозії для бінарних та тернарних гальванічних сплавів (див. таблицю) можна пояснити різною морфологією та топографією поверхні. Поляризаційні залежності покривів у лужному середовищі (рис. 4c) за гео- метрією та напрямком зсуву потенціалу корозії аналогічні до одержаних у ней- тральному хлоридвмісному, що свідчить про катодний контроль корозійного процесу, який відбувається з кисневою деполяризацією. Гальмується катодна реакція завдяки формуванню на поверхні сплавів нерозчинних гідроксидів заліза, що ускладнює доступ кисню. Проте корозійна тривкість у лужному середовищі 104 значно нижча, ніж у нейтральному, оскільки відбувається хімічне розчинення кислотних оксидів легувальних компонентів. Показники корозії сталі та покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W Покриви товщиною 6 µm Fe–Mo Fe–Mo–W Режим електролізу Сталь стаціонарний імпульсний стаціонарний імпульсний С ер ед о в и щ е Еcorr, V lg icorr, A/dm2 Еcorr, V lg icorr, A/dm2 Еcorr, V lg icorr, A/dm2 Еcorr, V lg icorr, A/dm2 Еcorr, V lg icorr, А/dm2 рН 3 −0,34 −2,8 −0,26 −3,3 −0,28 −3,5 −0,28 −3,1 −0,29 −3,2 рН 7 −0,35 −3,0 −0,49 −3,2 −0,50 −3,6 −0,43 −3,25 −0,45 −3,3 рН 10 −0,32 −2,8 −0,67 −3,3 −0,7 −3,4 −0,54 −3,0 −0,55 −3,1 Корозійна тривкість покривів, одержаних імпульсним електролізом (див. таб- лицю), виявляється прогнозовано вищою порівняно зі сформованими за постій- ного струму. Результати тестування корозійної тривкості покривів поляризацій- ним методом верифіковані натурними гравіметричними корозійними випробу- ваннями. Глибинні показники корозії kh покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W (рис. 5) свідчать, що за варіювання вмісту легувальних компонентів (в перерахунку на метал) до 40 wt.% Mo в бінарному сплаві й до 25 wt.% W з сумарним вмістом тугоплавких компонентів до 58 wt.% у тернарному, покриви можна віднести до категорії “вельми стійкі” та рекомендувати як захисні в агресивних середовищах для низьколегованих сталей. Рис. 5. Залежність глибинного показника корозії від рН середовища для сталі (а) та гальванічних сплавів Fe–Mo ( ) і Fe–Mo–W ( ) (b). Товщина покривів 6 µm. Fig. 5. Dependence of deep corrosion rate index on pH for steel (a) and galvanic alloys Fe–Mo ( ) and Fe–Mo–W ( ) (b). Coating thickness 6 µm. Для електролітичних покривів на основі заліза визначальними чинниками якості є міцність зчеплення з матеріалом підкладки та мікротвердість. Саме ці по- казники обумовлюють сфери застосування електролітичних сплавів на основі за- ліза. Під час дослідження міцності зчеплення покривів встановлено, що сформо- вані покриви є рівномірними на всій поверхні, мають високу адгезію до основно- го металу, стійкі під час полірування, згину під кутом 90°, підготовки попереко- вих зрізів та інших видів механічної обробки. Термообробка при 200°С не впливає на показник адгезії та не призводить до розтріскування покривів. Електролітичні сплави Fe–Mo і Fe–Mo–W переважають за мікротвердістю основу зі сталі у 2–3 рази (рис. 6), що пояснюється особливостями їх морфології та топографії. Багатокомпонентні покриви, нанесені в імпульсному режимі, мають вищу мікротвердість завдяки більшому вмісту легувальних компонентів, 105 досконалішому рельєфу поверхні та меншій кількості адсорбованих домі- шок. Мікротвердість потрійних спла- вів Fe–Mo–W закономірно перевершує бінарні Fe–Mo незалежно від режимів електролізу саме завдяки присутності вольфраму в складі сплаву. Отже, ана- ліз отриманих результатів дає змогу рекомендувати багатокомпонентні по- криви сплавами заліза з молібденом і вольфрамом для зміцнення поверхонь із низьколегованих сталей, що дозво- лить суттєво підвищити їх характерис- тики в умовах експлуатації. ВИСНОВКИ Доведено, що топографія та мор- фологія поверхні електролітичних по- кривів Fe–Mo і Fe–Mo–W залежить від режиму осадження, а застосування ім- пульсного струму сприяє формуванню глобулярної рівномірнішої поверхні покриву, яка утворена агломератами сферичних зерен розміром 0,2…0,4 µm. Гальванічні сплави заліза з молібденом і вольфрамом незалежно від режиму осадження мають аморфну структуру, що по- яснюється високим вмістом легувальних компонентів та є передумовою підви- щення фізико-механічних та протикорозійних властивостей сплавів. Корозійна тривкість покривів Fe–Mo і Fe–Mo–W у модельних розчинах різної кислотності суттєво перевищує показники основного металу, що обумовлено зростанням здатності до пасивації і утворенням захисних оксидних плівок за участі легуваль- них компонентів – молібдену і вольфраму, а також формуванням рівномірнішої і досконалішої структури покриву. За глибинним показником корозії покриви на- лежать до категорії “вельми стійкі”. Показано, що гальванічні багатокомпонентні покриви на основі заліза мають високу адгезію до матеріалу підкладки та вищі фізико-механічні властивості, а за мікротвердістю у 2–3 рази перевершують під- кладку із низьколегованої сталі. РЕЗЮМЕ. Рассмотрено влияние режимов электроосаждения на морфологию, топо- графию и структуру гальванических сплавов железа с молибденом и вольфрамом. Показа- но, что повышение коррозионного сопротивления покрытий Fe–Mo и Fe–Mo–W в кислой и нейтральной хлоридсодержащей средах обусловлено как ростом склонности к пассива- ции благодаря легирующим компонентам, так и формированием глобулярной и гомоген- ной по составу поверхности. Установлено, что микротвердость гальванических сплавов Fe–Mo и Fe–Mo–W в 2–3 раза превышает показатели подложек из низколегированной стали, что объясняется образованием аморфной структуры. Результаты исследований и трибологических испытаний свидетельствуют о целесообразности использования покры- тий двойными и тройными сплавами железа для снижения износа в парах трения и повы- шения коррозионного сопротивления и механической прочности поверхностей, что дела- ет их перспективными для ремонтных и восстановительных технологий. SUMMARY. The influence of the electrodeposition regimes on the morphology, topogra- phy and structure of electrolytic alloys of iron with molybdenum and tungsten is discussed. The increase in corrosion resistance of Fe–Mo and Fe–Mo–W coating in acidic and neutral chloride- containing environments due to both rising inclination to passivity by alloying components and the formation of the surface of globular and homogeneous composition is shown. The micro- hardness of galvanic Fe–Mo and Fe–Mo–W alloys is established to be 2–3 times higher than one Рис. 6. Мікротвердість покривів Fe–Mo–W (1) і Fe–Mo (2) на сталі Ст.3 (3), одержаних у гальваностатичному (4) та імпульсному (5) режимах. Товщина покривів 30 µm. Fig. 6. Microhardness of Fe–Mo–W (1) and Fe–Mo (2) coatings on steel Ст.3 (3) sub- strate deposited by direct current (4) and pulse (5) mode. Coating thickness 30 µm. 106 of the mild steel substrate that can be explained by the formation of amorphous structure. Re- sults of research and tribological tests suggest the feasibility of using double and triple iron alloy coatings to reduce wear in the friction pairs and increase corrosion resistance and mechanical durability of surfaces, which makes them promising for repair and restoring technologies. 1. Escher C. and Henke T. New trends in thin coatings for sheet metal forming tools // Proc. 6th Int. Tooling Conf.: The use of tool steels: experience and research. – Sweden: Karlstad Uni- versity, 2002. – Vol. 2. – P. 919–933. 2. CrN-based wear resistant hard coatings for machining and forming tools / S. Yang, K. E. Cooke, X. Li, F. McIntosh, and D. G. Teer // J. Physics D: Appl. Physics. – 2009. – 42, № 10. – P. 104001. 3. Modern electroplating / Eds.: M. Schlesinger, M. Paunovich. – Hoboken (New Jersey) : John Wiley & Sons, Inc., 2010. – P. 309–317. 4. Modern Trends in Tungsten Alloys Electrodeposition with Iron Group Metals / N. Tsyntsa- ru, H. Cesiulis, M. Donten, J. Sort, E. Pellice, and E. J. Podlaha-Murphy // Surface Eng. and Appl. Electrochemistry. – 2012. – 48, № 6. – P. 491–520. 5. Серебровский В. В., Афанасьев Е. А., Реутов Д. С. Применение электролитических сплавов на основе железа для упрочнения и восстановления деталей машин // Вісник Сумськ. нац. аграрного ун-ту. Сер.: Механізація та автоматизація виробничих проце- сів. – 2012. – Вип. 6. – С. 38–42. 6. Kuznetsov V. V., Golyanin K. E., and Pshenichkina T. V. Electrodeposition of Iron–Molyb- denum Alloy from Ammonia-Citrate Electrolyte // Russian J. Electrochemistry. – 2012. – 48, № 11. – P. 1107–1112. 7. Патент України № 86680. Електроліт для нанесення покриття сплавом залізо-молібден / М. В. Ведь, Г. В. Каракуркчі, М. Д. Сахненко. – Опубл. 2014; Бюл. № 1. 8. Электроосаждение двойных и тройных сплавов железа из цитратных электролитов / А. В. Каракуркчи, М. В. Ведь, Н. Д. Сахненко и др. // Нанотехнологии. Наука и производство. – 2014. – № 3 (30). – С. 24–26. 9. Патент України № 94272. Спосіб нанесення покриття залізо-молібден / М. В. Ведь, Г. В. Каракуркчі, М. Д. Сахненко, С. І. Зюбанова. – Опубл. 2014; Бюл. № 21. 10. Ved M. V., Sakhnenko N. D., and Karakurkchi A. V. Electroplating and functional properties of Fe–Mo and Fe–Mo–W coatings // Вопросы химии и химической технологии. – 2014. – №. 5–6(98). – С. 53–59. 11. Снежко Д. В., Рожицкий Н. Н. Использование сканирующей зондовой микроскопии при разработке электрохемилюминесцентных нанотехнологических сенсоров / Мат. IX Междун. конф. “Методологические аспекты сканирующей зондовой микроскопии” (12–15 октября 2010). – Бєларусь: Минск, 2012. – С. 156. 12. Корозійні та електрохімічні властивості бінарних сплавів кобальту і нікелю / М. В. Ведь, Т. О. Ненастіна, В. В. Штефан, Т. М. Байрачна, М. Д. Сахненко // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2008. – 44, № 3. – С. 89–93. (Ved’ M. V., Nenastina T. O., Bairachna T. M., and Sakhnenko M. D. Corrosion and electrochemical properties of binary cobalt and nickel alloys // Materials Science. – 2008. – 44, № 6. – P. 840–843.) 13. Electrodeposited Cobalt Alloys as Materials for Energy Technology / M. Glushkova, T. Bai- rachna, M. Ved, and M. Sakhnenko // MRS Proc. – 2013. – Р. 1491. 14. Ведь М. В., Сахненко Н. Д. Каталітичні та захисні покриття сплавами і складними ок- сидами: електрохімічний синтез, прогнозування властивостей. – Харків: Новое слово, 2012. − 288 с. 15. Electrodeposition of Iron-Molybdenum Coatings from Citrate Electrolyte / M. V. Ved’, N. D. Sakhnenko, A. V. Karakurchi, and S. I. Zyubanova // Russian J. Appl. Chem. – 2014. – 87, № 3. – P. 276−282. 16. Байрачная Т., Ведь М., Сахненко Н. Электролитические сплавы вольфрама. Получение и свойства. Монография (e-book). – Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. – 164 p. (https://www.lap-publishing.com/catalog/details/store/ it/book/978-3-659- 34663-7/Электролитические сплавы вольфрама). 17. Structure and properties of electrolytic Cobalt-Tungsten alloy coatings / M. Ved, M. Sakh- nenko, T. Bairachna, T. Tkachenko // Functional Materials. – Харків: Ін-т монокристалів НАН України, 2008. – 15, № 4. – P. 613–617. Одержано 27.05.2015

Функціональні властивості гальванічних сплавів Fe–Mo і Fe–Mo–W

Репозитарії

Схожі ресурси