5.2. Исследование влияния режимов гко на микротвердость покрытий

Как следует из состояния вопроса, для деталей, прошедших восстановление хромированием, одной из основных характеристик получаемых покрытий является их микротвердость. Её величина определяется в основном, условиями электролиза и зависит от плотности тока, температуры электролита и его состава [10; 36; 39; 45; 63 102; 110].

В нашем случае исследовались образцы, прошедшие восстановление хромированием методом ГКО с толщиной покрытия 200- 250 мкм.

Для изучения влияния электролиза на микротвердость получаемых покрытий применялось математическое планирование эксперимента.[1] Был реализован полный факторный эксперимент 2³. Характеристики плана эксперимента выбирались из условия получения беспористых хромовых покрытий со сжимающими остаточными напряжениями и минимальным наводораживанием стальной основы. В результате области варьирования независимых переменных были выбраны следующие:

Плотность тока i кА/м² 10-20

Температура электролита, Т К 324 – 333

Удельное давление, Р МПа 0,5- 1,5

Частота вращения образцов и скорость возвратно-поступательного движения инструмента поддерживались на постоянном уровне и составляли, соответственно, 70 об/мин и 120 дв.х./мин. В качестве зависимой переменной была взята микротвердость покрытий Н_V МПа.

Результаты экспериментов представлены в таблице 5.2, а результаты расчетов пошаговой множественной регрессии представлены в приложении 3. Значение параметра оптимизации для восьми экспериментальных точек плана находилось как среднее арифметическое из трех параллельных экспериментов.

Таблица 5.2

Результаты экспериментов

№ эксперим.	HV	i	T	P
1 2 3 4 5 6 7 8	880 884 1150 1042 1519 1165 1128 1105	10 10 10 10 20 20 20 20	324 333 324 333 324 333 324 333	0.5 0.5 1.5 1.5 0.5 0.5 1.5 1.5

Реализация экспериментов осуществлялась по таблице случайных чисел. Для оценки дисперсии воспроизводимости дополнительно в центре плана ставилось еще четыре параллельных эксперимента.

В результате расчета пошаговой множественной регрессии с применением пакета “Statistika” получено линейное уравнение, описывающее зависимость микротвердости от исследуемых факторов:

H_V = 5143,625 + 24,025i – 13,36T – 5,75P

Корреляционный анализ позволил выявить, что зависимость микротвердости от исследуемых факторов линейная, а связь между ними довольно сильная – множественный коэффициент корреляции достигает значения 0,717.

Анализ влияния исследуемых факторов на микротвердость основы, показывает, что с увеличением температуры электролита микротвердость покрытий уменьшается, что хорошо согласуется с характером влияния температуры электролита на микротвердость как при обычном хромировании [9; 11; 47; 57], так и при гальваномеханическом хромировании [85] и объясняется, видимо, увеличением пластичности хрома с повышением температуры электролита.

Сравнительный характер влияния температуры электролита на микротвердость покрытий, показан на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Влияние температуры электролита на микротвердость хромового покрытия при восстановлении хромированием стальных деталей:

1 – стандартное электролитическое восстановление

(i = 10кА/м²); 2 – восстановление методом ГКО

(i = 10 кА /м², Р = 0,5 МПа)

Как показывают теоретические выкладки и экспериментальные исследования, хромовое покрытие, полученное методом ГКО, имеет более высокую микротвердость по сравнению с хромовыми покрытиями, наносимыми по стандартному методу и методу ГМХ. Объясняется это видимо искажением кристаллической решетки как вследствие деформации растущих кристаллов покрытия в процессе его нанесения, так и внедрением в осадок чужеродных включений. Это полностью подтверждает гипотезу авторов [82; 85]. Однако, авторы [61; 62; 71; 76; 82; 86; 97 - 105 и др] указывают, что стабильная микротвердость покрытий при внедрении чужеродных материалов может быть получена только при условии стабильного равномерного распределения внедряемого вещества в покрытии, что на сегодняшний день обеспечивает только метод ГКО.

Увеличение плотности тока приводит к незначительному увеличению микротвердости получаемых покрытий и объясняется, видимо, экстремальным характером зависимости микротвердости от плотности тока, когда максимальная микротвердость наблюдается при определенной плотности тока.

Влияние плотности тока в исследуемом диапазоне режимных параметров на микротвердость получаемых покрытий показано на рис. 5.3.

Величина давления инструмента в исследуемом диапазоне также практически не влияет на величину микротвердости получаемых покрытий. Однако увеличение давления приводит к некоторому уменьшению микротвердости покрытий, что объясняется, видимо, деформацией растущих кристаллов в процессе их осаждения в результате воздействия инструмента, а также избыточным внедрением вещества инструмента в межкристаллическое пространство покрытия.

Величина микротвердости покрытий, полученных методом ГКО, соответствует значениям микротвердости покрытий, полученных традиционным хромированием, и даже несколько превосходит их, что позволяет надеяться на достаточно высокую их износостойкость.

Рис. 5.3. Влияние плотности тока на микротвердость

хромового покрытия при восстановлении хромированием стальных деталей:

1 – стандартное электролитическое восстановление

(Т = 333 К);

2 – восстановление методом ГКО

(Т = 333 К, Р = 0,5 МПа)