Подробные исследования по износостойкости были выполнены С, А. Вишенковым на машине трения при нагрузке 5 МПа.
Испытания проводились в условиях возвратно-поступательного движения при комнатной температуре со смазкой и без нее. Покрытие наносили на нижний образец плоскую пластину изготовленную нз стали ЗОХГСА или дюралюмина Д1Т; верхние образцы - из стали ЗОХГСА или дюралюмина Д1Т; верхние образцы - из стали ЗОХГСА, бронзы БрАЖМц или дюралюмина Д1Т. Испытания показали, что никелевое покрытие без термической обработки не может быть использовано в качестве износостойкого
0,08 0,07
-=3-
W i,0
РМПа
Рис. 6 Зависимости коэффициентов трения ц стали при треиии по бронзе / хромовому 2 и никель-фосфорному покрытию 3 от удельной нагрузки при смазке маслом АМГ 10
материала, так как оно в этих условиях разрушается и отслаивается от основы. С увеличением температуры нагрева износ покрытий уменьшается. Износостойкость Ni-Р-покрытий зависит от применяемого смазочного материала и величины нагрузки Так, износ при смазке маслом АМГ-10 выше, чем при смазке маслом МС-20. Сравнительные данные по износу стали ЗОХГСА, Н\-Р-покрытнй с 10 % фосфора нетермооб работа иных и термообра ботанных и гладких хромовых покрытий приведены в табл 4
Большой износ у иетермообработанных Ni-Р покрытий объясняется отслаиванием покрытия, У термообработанных Ni-Р-покрытий износ почти в шесть раз меньше, чем у стальных образцов без покрытия, но в 2,3 раза больше, чем у хромовых покрытий.
Испытания Ni-Р-покрытий, содержащих 10 % фосфора, толщиной 100 мкм. термообработанных в течение 1 ч при различных температурах 300-600 °С, при трении в паре с колодками серого чугуна с НВ 2600 МПа на машине трения типа МИ с вращательным движением прн скорости скольжения 0.47 м/с, нагрузке 2.5 МПа и смазывании автолом АК-10, показали, что сопряженная пара быстро прирабатывается и наименьший износ наблюдается у Ni-Р-покрытий. термообработанных при 350-400 °С Износостойкость термообработанных при 350-400 °С никель-фосфорных покрытий в паре с серым чугуном в 2,2 раза меньше, чем у хрома или закаленной стали 45 {рис 7. а) Износостойкости Ni-Р-покрытий в паре со свинцовистой бронзой (рис 7.6) и баббитом (рис 7. в) соизмеримы
При трении в паре с бронзой БрС- 30 и баббитом Б-83 по износостойкости Nt-Р-покрытия сравнимы с хромовыми покры тиями; износостойкость у них почти вдвое выше, чем у закаленной стали В то же время наименьший износ контрОбразцов из серого
чугуна и бронзы наблюдается при трении в паре с Ni-Р-покрытиями Эти покрытия можно наносить на изделия из алюминиевых сплавов, создавая хорошие пары трения из алюминиевых деталей.
Результаты испытаний по износостойкости пар трения вД1Т - Д1Т» и «Д1Т - Ni-Р-покрытие», полученных из щелочного раствора и подвергшихся термообработке в течение I ч при 200 "С, приведены в табл, 5, Они показывают, что при смазывании маслом АМГ-10
Р"ис, 7, Диаграмма износа Q, мг (на пути 500 м) для пары трения с контробразцами-колодками (заштрихованная часть): а - из серого чугуна, б - из свинцовистой бронзы БрСЗО; в - нз баббита Б-83, / - сталь 45; 2 - хромовое покрытие; 3 - термообработанное Ni-Рпокрытие, 4 - нетермо-обработанное N1-Рпокрытне
Таблица 4 Износ NJ-Р и хромовых покрытий, з также стали ЗОХГСА при смазывании спиртоглицерниовон смесью и нагрузке 5 МПа
Пара трения
Износ образцов за 25 ч. мг
Состояние трущихся поверхностей
верхнего
нижнего
общий
Верхний и нижний об-
33.1
33.5
Имеются ца-.
разцы - сталь ЗОХГСА
рапины и выры-
вы металла
Верхний образец
126.3
128,6
То же, на-
сталь ЗОХГСА (НКС32)
блюдается отсла-
нижний пластина с не-
ивание никеле-
термообработанным Ni -
вого слоя от ос-
Р покрытием
новного металла
Верхний образец -
Гладкие по-
ста-lb ЗОХГСА. нижний -
верхности
пластика с обработанным
\, р-покрытием при
400 С
Вер.чний образец -
То же
стяль ЗОХГСА, нижний -
п тастина с хромовым по-
крытием
Таблица 5. Износ нар треиня иа дюралюмина с ннкель-фосф<ч»ным покрытием и без него
Характеристика нижнего об-
Износ обрапичн d 25 ч при смазке маслом, мг
Состояние
МС 20
АМГ-10
трущихся поверхностей
разца
верхнего
нижнего
обший
верхнего
нижнего
общий
Пластина из Д1Т без покрытия
Пластина из Д1Т с Ni-Р-покрытием, обработанным при 200 =С, 1 ч
20,25 0.4
26 6.7
46.25 7.1
284.5 11,5
430 20.75
714.5 32.25
Значи тельные вы-рыаы металла
Без рисок, гладкие
износ верхнего алюминиевого образца в паре трения «Д1Т - Ni-Р-покрытие» почти в 26 раз меньше, чем прн трении с пластиной из Д1Т без покрытия
Никелированный образец изнашивается почти в 20 раз меньше, чем без покрытия Обшая потеря массы пары трения «Д1Т - Ni-Р-покрытие» почти в 24 раза меньше, чем пары «Д1Т-Д1Т» При смазывании маслом МС-20 ианос верхнего образца из Д1Т прн трении по Ni-Р-покрытйю почти в 50 раз меньше, чем прн трении по Д1Т Износ пластин из Д1Т с Ni -Р-покрытием в 4,2 раза меньше, чем такой же пластины без покрытия Общая потеря массы пары трения «Д1Т - N1-Р-покрытие» в 6.5 раза меньше, чем при использовании АМГ-10 Эти данные показывают, что при помощи химического никелирования решается вопрос создания легких и износостойких пар трения из различных алюминиевых сплавов Необходимо помнить, что в каждом конкретном случае целесообразно проводить комплекс испыта ний в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным
Магнитные свойства. Наличие фосфора в никелевом покрытии сильно сказывается на магнитных свойствах покрытия Магнитные свойства осадков никеля, полученных из кислых и щелочных растворов, определяются технологией их получения, химическим составом и Структурным состоянием Например, магнитные свойства покрытия с 3 %-ным содержанием фосфора приближаются к магнитным свойствам электролитического никеля, в то время как покрытие с 11 %-ным содержанием его немагнитно, Термообра-ботанные покрытия при прочих равных условиях более магнитны, чем нетермообработанные
Как видно из табл 6, нетермообработанные покрытия, полученные нз кислого раствора, содержащие более 8 % фосфора,- неферромагнитны а после I ч термообработки при 400 "С они становятся магнитными Покрытия полученные из щелочного раствора и содержащие до 5 % Р, в иетермообработанном состоянии ферромагнитны.
Таблица 6. Зависимость магнитных характеристик Ni-Р-вокрытнй я электролитического никеля от содержания фосфора н температуры термообработки
Покрытия
1 ~ а
Состояние
Магнитные характеристики
Химически
В исходном
0,0045
0.014
осажденный ни-
состоянии
кель
После тер-
11,2
0.3-0,33
0.34-0.37
мообработки
После тер-
11,2
0.085
0,15-0.17
Электроли-
мообработки
3,2-9.6
0.02-0,45
тический никель
Примечания: I. Химически восстановленный никель из кислого раствора, содержащего 10 % Р, в исходном состоянии неферромагииген 2, fff - коэрцитивная сила. В, - остаточная магнитная индукция, Вщ - максимальная индукция 3 Термообработка при 400 "С в течение 1 ч
Температура, при которой осуществляется термическая обработка, имеет большое влияние на магнитные свойства покрытия. Образцы, покрытые как в кислом, так и в щелочном растворе, помещали в печь, где выдерживали при заданной температуре и в условиях вакуума (7-10* Па) в течение 1 ч. После охлаждения и замера магнитных характеристик образцы вновь загружали в печь и повторно прогревали а течение 1 ч с повышением температуры на 25-50 °С, чтобы выявить взаимосвязь между магнитными свойствами покрытий, фазовыми и структурными превращениями в них Результаты испытаний приведены в табл 7
В результате термообработки величина увеличивается,
достигая максимального значении после нагрева при 350 С При дальнейшем повышении температуры нагрева коэрцитивная сила уменьшается. Величина максимальной магнитной индукции зависит от содержания фосфора в покрытии и температуры термообработки С повышением температуры нагрева величина максимальной магнитной Индукции увеличивается, достигая наибольшего значения в интервале температур 350-500 С. Дальнейший рост температуры нагрева приводит к снижению этой величины С увеличением содержания фосфора в покрытии величина максимальной магнитной индукции снижается. На характер изменения величины остаточной магнитной индукции с повышением температуры обработки оказывает большое влияние содержание фосфора в осадке
На рис 8 показана зависимость коэрцитивной силы Ni-Р-покрытий с различным содержанием фосфора от температуры их термообработки в течение I ч В результате термообработки величина увеличивается достигает максимального значения прн нагреве до 325-375 °С, после чего коэрцитивная сила уменьшается; чем больше содержание фосфора в покрытии, тем выше значение коэрцитивной силы При содержании в покрытии 9.6 % Р макси-
9600
3200
mzoQ
300 wo
Рнс 8 Зависимость коэрцитивной силы при различном содер жанин фосфора в покрытиях от темпера туры их термообработки при выдержке в течение 1 ч.
/ - 3.1 % Р.
2 - 3.48 % р.
3 - 7,02 % Р
4 - 8,57 % Р.
5 - 9.6 % Р
Таблица 7 Зависимость магнитных свойств покрытии от содержания фосфора и режима термической обработки
Магнитные
характеристики
Часовой
Компоненты
нагрев.
о .
"С
г. А/м
8„ Тл
Хлористый никель (кри-
Без на-
2 4-10
0.38
0.07
сталлогидрат)
грева
Гипофосфит натрия
1.6-10
0.45
0.31
(кристаллогидрат)
Лимоннокислый натрий
2.!0
0.45
0,37
Хлористый аммоний
2.3 10
0.50
0.38
Хлористый никель (крн
Без на-
cia-io*
0.12
0.08
сталлогидрат)
грева
Гипофосфит натрия
7,02
3,8.10
0.39
0.33
(кристаллогидрат)
Лимоннокислый натрий
5.7- 10
0.40
0.33
Хлористый аммоний
4.1 10
0.37
0.20
Хлористый никель (кри-
Без на-
Слабомагнитные
сталлогидрат)
грева
Гипофосфит натрия
10.4-10
0J28
0.24
(кристаллогидрат)
Лимоннокислый натрий
12.2-10
0,28
0.20
Хлористый аммоний
3.6-10
0,24
0,08
мальное значение коэрцитивной силы 12.4-10 А/м достигалось при 325 "С, а у покрытий с 3.1 % Р - при 375С. Подобный же харакгер кривых с максимумами 300-350 °С отмечается и у других магнитных характеристик: максимальной магнитной индукции и прямоугольности петли гистерезиса.
3. Технологические процессы осаждения Ni-Р-покрытий
При нанесении покрытий химическим способом предъявляют повышенные требования к подготовке поверхности покрываемых деталей. Подробные сведения о подготовке поверхности перед покрытием приведены в 1-м выпуске *Библиотечки гальванотехника» Здесь же отмечено, что поверхность деталей перед химическим нанесением покрытия подготавливают теми же способами, что и при нанесении гальванических покрытий. Детали обезжиривают в органических рЕстБорителях и щелочных растворах; травление осуществляют в кислотах в присутствии ингибиторов коррозии так же. как и активирование. Составы растворов для химического никелирования приведены в ГОСТ 9.047-75 Однако в производственных условиях применяют более широкий ассортимент составов.
Основные показатели эффективности растворов - скорость образования покрытий при той или иной плотности загрузки; масса покрытия, полученного из 1 л раствора (т, е, выход металла), стабильность, зависимость этих величин от различных факторов (кислотности, температуры и т. д ),
Кислые растворы (рН 4.0-6.5) применяют при нанесении покрытий на детали из черных и некоторых цветных металлов (медь, латунь и др.). особенно когда их рабочие поверхности должны иметь высокие твердость, износостойкость и коррозионно-защигные свойства.
С течением времени скорость никелирования в некорректируемых кислых растворах постепенно уменьшается и через 6 ч работы процесс образования покрытий почти прекращается При этом кислотность растворов возрастает, они мутнеют, на дно ванны выпадает нерастворимый осадок Перегрев растворов и изменение оптимальной концентрации компонентов приводят к само-разрнду и образованию никеля в объеме ванны Практически установлено, что растворы с янтарнокнслым натрием позволяют получать за то же время более толстый слой покрытия, чем растворы с уксусно- или лимоннокислым натрием. Кроме того, чем больше плотность загрузки ванны, тем меньше скорость осаждения покрытия за равный промежуток времени
Необходимо иметь в виду, что поддержание в ходе реакции оптимальной величины рН. например гидроксидом натрия, мало повышает скорость осаждения химического никеля, что объясни ется нарушением оптимальной концентрации его основных компо нентов. а также накоплением в растворе побочных продуктов реакции
Периодическое корректирование кислых растворов гипофосфи-том способствует увеличению выхода никеля на 6-12 % Одновременное корректирование кислых растворов солями никеля и гипо-фосфитом не дает существенного повышения выхода никеля по сравнению с корректированием одним гипофосфитом.
