Сафонов В. В., Шишурин С. А., Горбушин П. А., Остриков В. В. Выбор материала наноразмерной фазы и установление режимов нанесения нанокомпозиционных гальванических покрытий на основе хрома // Научная жизнь. 2021. Т. 16. Вып. 3. С. 338–349. DOI: 10.35679/1991-9476-2021-16-3-338-349

Сафонов Валентин Владимирович, д-р техн. наук, профессор кафедры «Техническое обеспечение АПК», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова»: Россия, 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1.
Шишурин Сергей Александрович, д-р техн. наук, доцент кафедры «Техническое обеспечение АПК», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова»: Россия, 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1.
Горбушин Павел Александрович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Техническое обеспечение АПК», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»: Россия, 410012, г. Саратов, Театральная пл. 1.
Остриков Валерий Васильевич, д-р техн. наук, и. о. директора, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве».

Тел.: (845-2) 74-96-56
E-mail: safonow2010sgau@yandex.ru

В статье представлены результаты исследований по установлению эффективной наноразмерной фазы и режимов нанесения нанокомпозиционных гальванических покрытий на основе хрома. В результате проведенных исследований установлено, что в качестве наноразмерной фазы целесообразно использовать нанодисперсный порошок оксида алюминия. Для установления оптимальных режимов нанесения покрытия и концентрации наноразмерных частиц в электролите использовали способ математического планирования эксперимента. В качестве параметра оптимизации была выбрана микротвердость получаемых покрытий, так как она в значительной степени влияет на их износостойкость. Наибольшая микротвердость нанокомпозиционного электролитического покрытия на основе хрома достигается при нагреве электролита до температуры 50 С, плотности тока 59 А/дм² и концентрации частиц наноразмерной фазы в электролите 3,2 г/л, что в итоге соответствует повышению микротвердости до 14,32 ГПа. Так же установлено, что нанокомпозиционные покрытия имеют положительный градиент микротвердости по толщине, что позволяет нивелировать разницу величин микротвердости покрытий и основного металла и будет способствовать повышению прочности сцепления покрытий с основой с одной стороны и их износостойкости с другой. На основании измерений микротвердости нанокомпозиционных покрытий на основе хрома были сформированы статистические ряды. Измерениям подвергали 30 образцов. По результатам измерений микротвердости среднее квадратическое отклонение значений нанокомпозиционных покрытий на основе хрома составило 0,05 (коэффициент вариации 0,283). Для выравнивания полученной опытной информации микротвердости выбран закон нормального распределения, так как коэффициент вариации  , по которому наибольшая вероятность значений микротвердости нанокомпозиционных покрытий на основе хрома наблюдается в интервале 14,32–14,37 ГПа.

Список литературы:

1. Захаров Ю. А. К вопросу о совершенствовании гальванических способов восстановления деталей мобильных машин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. – 2014. – № 4 (12). – С. 99–104.

2. Молчанов В. Ф. Хромирование в саморегулирующихся электролитах. – Киев : Техника, 1972. – 155 с.

3. Гурьянов Г. В Повышение износостойкости деталей электрохимическими сплавами на основе железа // Сельский механизатор. – 2017. – № 2. – С. 34–35.

4. Safonov V. V. Effect of alumina nanoparticles on the structure and physicochemical properties of chromium coatings // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2015. – Vol. 51. – No. 6. – P. 517-522.

5. Sajjadnejad M., Abadeh H., Karimi; Omidvar H Assessment of tribological behavior of nickel-nano Si3N4 composite coatings fabricated by pulsed electroplating process.; et al. // Surface topography-metrology and properties – 2020 – Vol. 8 (2) – Article Number: 025009.

6. Сафонов В. В. Cтруктура и физико-механические свойства композиционных гальванохимических покрытий // Вестник АПК Ставрополья. – 2014. – № 3 (15). – С. 77-80.

7. Wear behavior of Ni-based composite coatings with dual nano-SiC: graphite powder mix / Pinate, Santiago; Zanella, Caterina // Coatings – 2020 – Vol. ‏10 (11) – Article Number: 1060.

8. Safonov V. V. Investigation of structure and wear resistance of nanocomposite coating of chemical nickel // Tribology in Industry – 2018 – Vol. 40 – No. 4 – P. 529–537.

9. Corrosion and wear study of Ni-WB/WC composite coatings electroplated by pulse plating / Ahmadiyeh, Somayeh; Rasooli, Ali; Hosseini, Mir Ghasem // Advanced engineering materials – 2020 – Vol. 22 (11) – Article Number: 2000426.

10. Enhancement in the corrosion resistance behaviour of amorphous Ni-P coatings by incorporation of grapheme / Meshram, Atul P.; Kumar, M. K. Punith; Srivastava, Chandan // Diamond and related materials – 2020 – Vol. 105 – Article Number: 107795.

11. Антропов Л. И., Лебединский Ю. Н. Композиционные электрохимические покрытия и материалы. – Киев : Техника, 1986. – 200 с.

12. Бородин И. Н. Порошковая гальванотехника. – М. : Машиностроение, 1990. – 235 с.

13. Кириллин В. И., Добринский Э. К., Красюков Е. А., Малашин С. И. Пат. 2207933 Российская Федерация, МПК B 22 F 9/12. Способ получения ультрадисперсного порошка и устройство для его осуществления / – № 2001118997/02 ; заявл. 10.07.2001 ; опубл. 10.07.2003, Бюл. № 19.

14. Мелешко В. Ю., Карелин В. А., Павловец Г. Я., Малашин С. И., Добринский  Э. К., Красюков Е. А. Пат. 2238174 Российская Федерация, МПК B 22 F 9/14. Способ получения ультрадисперсного порошка и устройство для его осуществления. – № 2003129029/02 ; заявл. 30.09.2003; опубл. 20.10.2004, Бюл. № 29.

15. Гинберг А. М., Федотова Н. Я. Ультразвук в гальванотехнике. – М. : Металлургия, 1969. – 208 с.

16. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М. : Наука, 1976. – 280 с.

17. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. – М. : Высшая школа, 1985. – 327 с.

18. Пустыльник Е. И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. – М. : Наука, 1968. – 288 с.

19. РД 50-690-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным. – М. : Изд-во стандартов, 1990. – 132 с.

SELECTION OF THE NANOSCALE PHASE MATERIAL AND ESTABLISHMENT OF MODES FOR APPLYING NANOCOMPOSITION ELECTROPLATING COATINGS BASED ON CHROMIUM

Safonov Valentin Vladimirovich, Dr. of Tech. Sci., Prof., Prof. of the Depart. of Technical support APK, Saratov State Agrarian University named after N. I. Vavilov, Saratov, Russia. 

Chichurin Sergei Aleksandrovich, Dr. of Tech. Sci., Ass. Prof. of the Depart. of Technical support APK, Saratov State Agrarian University named after N. I. Vavilov, Saratov, Russia.

Gorbushin Pavel Aleksandrovich, Cand. of Tech. Sci., Ass. Prof. of the Depart. of Technical Support of the Agro-industrial Complex, Saratov State Agrarian University named after N. I. Vavilov, Saratov, Russia.

Ostrikov Valery Vasilyevich, Dr. of Tech. Sci., Head. laboratory "Use of lubricants and spent petroleum products", Acting Director, All-Russian Research Institute for the Use of Machinery and Petroleum Products in Agriculture, Tambov, Russia.

Keywords: composite coatings, nanoscale particles, chrome plating, microhardness, application modes, optimization, mathematical planning.

Abstract. The article presents the results of research on the establishment of an effective nanoscale phase and modes of applying nanocomposite electroplating coatings based on chromium. As a result of the conducted studies, it was found that it is advisable to use a nanodispersed aluminum oxide powder as a nanoscale phase. The method of mathematical planning of the experiment was used to determine the optimal modes of coating and the concentration of nanoscale particles in the electrolyte. The microhardness of the obtained coatings was chosen as an optimization parameter, since it significantly affects their wear resistance. The highest microhardness of a nanocomposite electrolytic coating based on chromium is achieved when the electrolyte is heated to a temperature of 50 °C, a current density of 59 A/dm² and a concentration of nanoscale phase particles in the electrolyte of 3.2 g/l, which ultimately corresponds to an increase in microhardness to 14.32 GPa. It is also established that nanocomposition coatings have a positive microhardness gradient in thickness, which allows leveling the difference in the values of the microhardness of the coatings and the base metal and will help to increase the adhesion strength of the coatings to the base on the one hand and their wear resistance on the other. Based on the microhardness measurements of chromium-based nanocomposition coatings, statistical series were formed. 30 samples were subjected to measurements. According to the results of microhardness measurements, the average square deviation of the values of nanocomposition coatings based on chromium was 0.05 (coefficient of variation 0.283). To equalize the obtained experimental microhardness information, the law of normal distribution is chosen, since the coefficient of variation, according to which the greatest probability of microhardness values of nanocomposite coatings based on chromium is observed in the range of 14.32–14.37 GPa.