ВОЗ

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 22285 (2016) Цитировать эту статью

5098 Доступов

23 цитаты

Подробности о метриках

Гальваническое твердое хромовое покрытие широко используется в качестве износостойкого покрытия для продления срока службы механических компонентов. Однако в процессе гальванического покрытия образуются ионы шестивалентного хрома, который является известным канцерогеном. Следовательно, во всей гальванической промышленности предпринимаются серьезные усилия по замене твердого хромового покрытия. Композиционное покрытие было идентифицировано как подходящий материал для замены твердого хромового покрытия, в то время как осажденное покрытие, полученное с использованием традиционных методов совместного осаждения, имеет относительно низкое содержание частиц, но содержание частиц, включенных в покрытие, может существенно повлиять на его свойства. В настоящей работе композитные покрытия Ni-W/алмаз были получены методом совместного электроосаждения осадка из гальванической ванны Ni-W, содержащей взвешенные частицы алмаза. Это исследование показывает, что более высокое содержание алмазов может быть успешно совместно осаждено и равномерно распределено в матрице сплава Ni-W. Установлено, что максимальная твердость композиционных покрытий Ni-W/алмаз составляет 2249 ± 23 Hv из-за самого высокого содержания алмаза - 64 мас.%. Твердость может быть дополнительно повышена до 2647 ± 25 Hv при термообработке при 873 К в течение 1 часа в газообразном аргоне, что сопоставимо с твердохромовыми покрытиями. Кроме того, добавление алмазных частиц позволило существенно повысить износостойкость покрытий.

Композитное покрытие — это метод, включающий совместное электроосаждение инертных частиц с металлом/сплавом для повышения твердости, износостойкости и коррозионных свойств покрытий, который находит широкое применение в промышленности. Композитные покрытия получают путем совместного электроосаждения частиц второй фазы в матрицу металл/сплав, которые демонстрируют превосходные более высокие твердость, смазывающую способность и износостойкость1,2,3,4,5. Содержание частиц, включенных в покрытие, может существенно повлиять на его свойства. В то время как осажденные покрытия, изготовленные с использованием традиционных методов совместного осаждения, имеют относительно низкое содержание частиц6, использование недорогих методов композитного гальванического покрытия продолжает расширяться и решает главную проблему достижения высоких уровней совместно осажденных частиц. С другой стороны, твердость композиционных покрытий определяется не только содержанием включенных частиц, но и твердостью матрицы7. Огихара и др.7 сообщили, что твердость покрытий Ni-B/алмаз составляла 1940 Hv. Твердость композиционного покрытия увеличилась с 1940 Hv до 2494 Hv при термообработке при 673 К в течение 1 часа на воздухе, что сравнимо с твердыми хромовыми покрытиями и твердыми покрытиями, полученными сухими способами. Например, твердость твердого хромового покрытия составляет 850–1100 Hv8, а твердость TiN-покрытий, нанесенных сухим способом или сверхзвуковым плазменным напылением, – 2000–2700 Hv. Кроме того, Огихара и др.9 также приготовили твердые композитные покрытия Ni-B/алмаз (микротвердость 1248 Hv) одностадийным электроосаждением. Твердость композиционных покрытий была дополнительно увеличена до 2310 Hv за счет термической обработки, что сравнимо с гальваническим покрытием из твердого хрома, покрытиями из TiN, полученными сухим способом, и композитными покрытиями Ni-B/алмаз, полученными двухэтапным мокрым процессом.

Недавно были разработаны электроосажденные сплавы Ni-W в качестве кандидата на замену экологически опасных покрытий из твердого шестивалентного хрома. Твердость Ni-W может достигать 700 Hv за счет регулирования размера их зерен в нанокристаллическом режиме10. Кроме того, твердость покрытий Ni-W можно повысить с 700 до 1050 Hv путем термообработки11. В соответствии с этими результатами предполагается, что сплавы Ni-W могут быть хорошим кандидатом в качестве матрицы для алмазных композиционных покрытий. Хоу и др.12 и Ван и др.12 успешно получили композитные покрытия Ni-W/алмаз методом электроосаждения. Микротвердость достигла максимума (1205 Hv) после отжига при 600 °С за счет выделения фазы Ni4W. Чжан и др.13 также приготовили композитные покрытия Ni-W/алмаз с помощью электроосаждения импульсным током. Максимальная твердость сразу нанесенных покрытий составила 988 Hv. Однако твердость покрытия Ni-W/алмаз не может сравниться с твердостью композитных покрытий Ni-B/алмаз, что может быть вызвано относительно низким содержанием алмазных частиц в отложениях. Следовательно, в настоящем исследовании мы сообщаем о простом одноэтапном процессе совместного электроосаждения осадка (SCD) для приготовления твердых композитных покрытий Ni-W/алмаз.