Технология восстановления подшипников скольжения

3600…3800

5,2…1,8

Ni-ZrB2-MoS2

0…6,2

3600…3800

5,2…1,2

Ni-HfB2-MoS2

0…4,0

3600…4000

5,2…0,6

1.9 Свойства никелевых КЭП с нанодисперсными частицами (МоОз)n(Н2O)m

Покрытия сплавом Ni-Mo обладают высокой коррозионной стойкостью в кислых средах и успешно используются для защиты изделий от коррозии в растворах H2SO4 и HCl. Для осаждения таких покрытий применяют электролит (г/л): никель сернокислый - 35-45, молибдат натрия - 15-25. Режим электролиза: температура 55-65C, pH=8.5, ik=2-3 A/дм2, аноды - из никеля. Содержание молибдена в сплаве -15-25%.

При осаждении никель-молибденовых покрытий, содержащих 28% молибдена, на катоде формируются полублестящие высокодисперсные покрытия, состоящие из кристаллитов, размер которых не превышает 0,05мкм[4].

Установлено, что при осаждении КП из электролитов-суспензий с концентрацией дисперсной фазы 0.5-3 г/л скорость их формирования практически не отличается от скорости осаждения никеля и составляет около 20 мкм/ч . Содержание оксида в композитной пленке с ростом концентрации дисперсной фазы в электролите в указанных пределах увеличивается от 4.2 до 9.1 масс % . При возрастании содержания частиц (МоОз)n(Н2O)m в электролите до 5 г/л скорость формирования КП заметно снижается, уменьшается и содержание оксида в КП (до 2.1 % масс.). Скорость осаждения композиционных покрытий и содержание в них оксида зависят также от размеров частиц последнего, температуры электролита и плотности тока.

Введение в электролит частиц триоксида молибдена, полученных в результате гидротермального воздействия, более заметно снижает скорость осаждения композиционных покрытий, чем синтезированные при кипячении частицы. При концентрации таких частиц 0.5 г/л скорость формирования КП в 2.5 раза ниже, чем скорость осаждения никеля.

Износостойкость композиционных покрытий никель-нанодисперсный оксид молибдена определяется концентрацией и размерами внедренных в никелевую матрицу частиц оксида и условиями формирования КП. Максимальной износостойкостью (потери массы при трении в течение зафиксированного времени в несколько десятков раз ниже, чем для чистого никеля) характеризуются композитные пленки, полученные из растворов при содержании оксидной фазы в электролите 0.5 г/л (содержание оксида в КП- 4.2 масс.%, размеры частиц 60-120 нм). С возрастанием концентрации дисперсной фазы в электролите устойчивость к истиранию падает, и при содержании оксида в электролите 5 г/л (2.1 масс.% триоксида молибдена в композитной пленке) износостойкость ниже чем аналогичный параметр для пленок никеля. Т. о. разработаны методики низкотемратурного синтеза композиционных покрытий Ni-(МоОз)n(Н2O)m, характеризующихся улучшенными триботехническими характеристиками в сравнении с пленками никеля. Причины значительного возрастания износостойкости КП при включении частиц гидратированного триоксида молибдена не вполне ясны. Можно только предполагать, что существенное изменение прочностных характеристик при внедрении в матрицу никеля нанодисперсных частиц триоксида молибдена связано с их слоистой структурой. При таком строении эти частицы могут выполнять ту же функнкцию, что и слоистые частицы дисульфида молибдена, известные как дисперсная фаза, способствующая формированию антифрикционных металлических пленок, т.е. пленок с низким коэффициентом трения и обладающие так называемыми самосмазывающими свойствами[10].

1.10 Оптимизация износостойкости композиционных гальванических покрытий с включениями твердых частиц

Уже более двадцати лет в нашей стране и за рубежом ведутся интенсивные исследования в области изучения КГП на основе различных металлов и с азличными частицами дисперсной фазы. Несмотря наэто, до сих пор не определены основные требования, предъявляемые к структуре и физико-механическим свойствам гетерофазных износостойких материалов, наносимых в виде электрохимических покрытий. В частности, требуют решения следующие вопросы:

-какой размер дисперсных частиц второй фазы отвечает условиям формирования наиболее износостойкой структуры?

-каковы должны быть твердость и упругопластические свойсгва частиц второй фазы для создания наиболее износостойких КГП?

-каким должно быть объемное содержание частиц второй фазы в наиболее износостойких покрытиях?

-каково должно быть оптимальное соотношение между физико-механическими свойствами матрицы и частиц второй фазы для получения наиболее износостойких КГП?

Анализируя литературные источники об износостойкости КГП на основе железа, меди, хрома, никеля, серебра, золота, кадмия, олова, сплава Co-Ni с включениями частиц второй фазы различной природы, различных размеров и количества видно что твердость частиц дисперсной фазы в этих исследованиях изменялась от 1000 до 4500 кгс/см2, размер - от 0,5 до 40 мкм. Частичная (численная) концентрация частиц в покрытии изменялась от 1-106 до 1-1012 частиц/см3. Стоимость частиц колеблется в очень широких пределах. Все это объясняется тем, что в настоящее время нет единых критериев выбора физико-механических свойств, размеров и количества частиц второй фазы для получения износостойких покрытий.

Несмотря на то, что испытания проводились при различных режимах трения и на принципиально отличающихся друг от друга установках с применением в качестве контртела различных материалов при удельном давлении от 1 до 75 кгс/см2 и более, все авторы получили относителъную износостойкость, значительно большую (в насколько раз, а иногда и в десятки раз) для КГП, чем для чистых покрытий. Ото oбьясняется тем, что частицы как более износостойкая часть покрития.выступая в процессе изнашивания из материала покрытия, являлись теми площадками контакта, которые при трении подвергаются наиболее высокому нагружению. Обладая высокими физико-механическими свойствами, они предотвращают адгезию металлических поверхностей и схватывание, а также способствуют лучшему распределению смазки по рабочей поверхности сопрягаемых деталей при ее недостаточной подаче в сопряжение.

Рисунок 11 - Схема КГП с монодисперсными частицами второй фазы

Повышение износостойкости КГП при сухом трении достигается вероятно, за счет предотвращения частицами процесса схватывания поверхности покрытия с контртелом и лучшего сохранения покрытиями оксидной пленки вследствие сокращения процессов деформации.

Обобщив и математически обработав экспериментальные данные различных авторов, можно сделать следующие выводы:

1. Износостойкость композиционных электрохимических покрытий зависит от расстояния между частицами, т.е. от количественной (численной) концентрации частиц. Наибольшая износостойкость наблюдается при расстояний между частицами, равном примерно 0,8 (рисунок 1 ) диаметра частиц.

2. Для получения высокой износостойкости покрытий необходимо применять частицы размером от 1 - 3 до 10 мкм. Исходя из этого можно также предположить, что увеличение износостойкости будет наблюдаться и при использовании для получения КГП частиц размером более 40 - 50 мкм.

3. Не менее важным фактором, влияющим на износостойкость покрытия, является микротвердость КГП [Анализ зависимости износостойкости покрытия от его микротвердости показал, что при увеличении твердости покрытия до 800 - 900 кгс/мм2 наблюдается повышение износостойкости КГП по сравнению с чистым покрытием в 16 - 18 раз. Использование сверхтвердых материалов и повышение микротвердости КГП до 1400 - 1500 кгс/мм2 дальнейшего увеличения износостойкости не дает[7].

1.11 Структура и свойства подшипниковых сплавов

Металл вкладыша должен обладать следующими свойствами: 1) коэффициент трения со стальной поверхностью должен быть небольшим; 2) обе трущиеся поверхности должны мало изнашиваться; 3) этот материал должен выдерживать достаточные удельные давления.

Первое и второе требования удовлетворяются тогда, когда поверхность вала и вкладыша разделена пленкой смазки. Если структура вкладыша неоднородна и состоит из твердых включений и мягкой основы, то после непродолжительной работы («приработки») на поверхности вкладыша образуется микрорельеф - выступают твердые включения и между валом и вкладышем образуется пространство, в котором удерживается смазка (так называемый «принцип Шарпи»). Схематически условия, создающиеся при работе вала с вкладышем, имеющим такую структуру, показаны на рисунке 12. Вполне естественно, что основа сплава не должна быть слишком мягкой, иначе вследствие наличия давления на подшипник материал вкладыша будет просто выдавливаться, наволакиваться на вал и т. д., твердые включения не будут держиваться основной массой, и такой материал не будет пригоден для работы.

Рисунок 12- Схема работы вала с вкладышем

Количество твердых включений также не должна быть слишком велико, иначе подшипник будет плохо прирабатываться. Под давлением вала твердые частицы будут ломаться, осколки, попадая между валом и вкладышем, будут действовать как абразив, царапая вал. При значительных количествах твердой фазы сам вкладыш будет разрушаться. Подобной структурой обладают сплавы олова и сплавы свинца. Однако эти сплавы из-за своей низкой прочности не могут выдерживать больших давлений, а вследствие низкой температуры плавления - сравнительно небольшого нагрева.

В современном машиностроении для вкладышей подшипников применяют чугуны, бронзы и баббиты.

Чугунные вкладыши изготавливают из серого перлитного чугуна (марки АЧЦ-1 и АЧЦ-2); это самый дешевый материал для вкладышей; он может выдерживать значительные удельные давления, но из-за более высокого коэффициента трения (у пары сталь - чугун по сравнению с парой бронза -- сталь или баббит - сталь) чугунные вкладыши не следует применять в быстроходных двигателях. Бронзовые вкладыши изготавливают из оловянистой и свинцовистой бронз. Благодаря неоднородной структуре бронзы (у оловянистой бронзы б-твердый раствор является мягкой основой, а эвтектоид б+в-твердым включением) смазка хорошо удерживается на поверхности вкладыша. Бронзы обладают высокой прочностью. Сказанное позволяет применять бронзовые вкладыши для ответственных подшипников, работающих в тяжелых условиях (большие удельные давления, большие числа оборотов).

При применении очень мягких легкоплавких подшипниковых сплавов обеспечивается меньший износ шейки вала. Баббиты, кроме того, имеют и минимальный коэффициент трения со сталью и хорошо удерживают смазку. Поэтому наряду с чугунными и бронзовыми вкладышами в машиностроении для вкладышей подшипников широко применяют легкоплавкие сплавы на основе олова, свинца, а также цинка и алюминия и металлокерамические подшипниковые материалы.

Для легкоплавких подшипниковых сплавов применяют сплавы системы Pb - Sb, Sn - Sb и Pb - Sn - Sb а также цинковые баббиты на основе цинка (с добавками меди и алюминия) и алюминиевые баббиты на основе алюминия (с добавками меди, никеля, сурьмы). В таблице 4 приведен химический состав сплавов на основе олова и свинца, в таблице 5 - механические свойства и назначение этих сплавов назначение наиболее часто применяемых сплавов на основе олова и свинца, получивших название баббиты. Баббиты имеют низкую прочность ув= 60--120 МПа, НВ 13--35, невысокую температуру плавления (220--320 °С), повышенную размягченность HВ 100--250 МПа при 100 °С, отлично прирабатываются и обладают хорошими антифрикционными свойствами.

Таблица 4-Химический состав и структура баббитов

Марка	Содержание основных элементов, %	Структура
	Sn	Sb	Cu	Pb	прочие	сумма примесей	основа	тв. включ.
Б83	Осн.	10-12	5,5-6,5	-	-	0,55	Sn	Sn Sb, Cu3Sn
Б89	Осн.	7-8	2.5-3.5	-	-	0,55	Sn	Cu3Sn
Б6	5-6	14-16	2.5-3.0	Осн.	1,7-2,2 Cd	0,4	Pb	SnSb, Cu3Sn
БТ	9-11	14-16	0.7-1.1	Осн.	0.05-0.2 Te	0,6	Pb	SnSb
БН	9-11	13-15	1.5-2.0	Осн.	0.5-0.9 As 0.75-1.2 Ni 1.25-1.7 Cd	0,35	Pb	SnSb,SnAs2
Б16	15-17	15-17	1.5-2.0	Осн.	-	0,6	Pb	SnSb, Cu3Sn
БС	-	16-18	1.01.5	Осн.	-	0,5	Pb+Sb	Sb
БК	-	-	-	Осн.	0.85-1.2 Ca 0.6-0.9 Na	0,7	Pb	Pb3Ca, Pb3Na

Приведенные в таблице 4 составы баббитов можно разделить на три группы. К первой относятся оловянносурьмяные (Б83 и Б89) ко второй - свинцовооловянносурьмяные (Б6, БТ, БН, Б16), к третьей - свинцовые баббиты, не содержащие олова.

В системе Sn-Sb олово имеет низкую твердость - около НВ 5. Оптимальной композицией будет сплав, состоящий из 13% Sb и 87% Sn, имеющий двухфазную структуру б+в', где б-твердый раствор на базе олова (мягкая основа), в'-твердый раствор на базе интерметаллидного соединения SnSb (твердые включения) с высокой твердостью. Таким образом, сурьма упрочняет основу оловянных антифрикционных сплавов и создает опорные включения высокой твердости в виде химических соединений.

Сурьма и олово различаются по плотности, поэтому сплавы этих металлов способны к значительной ликвации. Для предупреждения этого дефекта в баббиты вводят медь. Она образует с сурьмой химическое соединение Cu3Sn. Это соединение имеет более высокую температуру плавления и кристаллизуется первым, образуя разветвленные дендриты, которые препятствуют ликвации кубических кристаллов в (SnSb). Кроме того, кристаллы Cu3Sn образуют в баббите твердые включения, дополнительно повышающие износостойкость вкладышей.

Таблица 5- Механические свойства баббитов

Марка	Свойства
	плотность, г/см3	tпл, оС	ув, кгс/мм2	д,%	б 106
Б83	7,4	380	9	6	21
Б89	7,3	342	9	9	21
Б6	9,6	460	7	0,5	21
БТ	-	-	8	2	23
БН	9,5	400	7	1	-
Б16	9,3	410	8	0,5	24
БС	10,1	410	4	0,5	26
БК	10,5	470	10	2,5	26

Диаграмма состояния Sn-Sb показана на рисунке 13.

Рисунок 13-Диаграмма состояния Sn-Sb

Типичная структура оловянносурьмяномедного баббита Б83 приведена на рисунке 14.



Рисунок 14 - Микроструктура баббита Б83

Темное поле представляет собой пластичную массу в-твердого раствора сурьмы и меди в олове, светлое - кристаллы квадратной формы соединение SnSb (в), кристаллы в виде звездочек или удлиненных игл - соединение Cu3Sn. В случае нагрева образуются более крупные включения, и качество баббита ухудшается.

Так как олово - дорогой и дефицитный элемент, оловянные баббиты применяют только в особо ответственных случаях. Для подшипников более широкого применения в баббиты в значительных количествах вводят свинец и понижают содержание олова до 6--10% или совсем его не вводят. В таких сплавах основой служит уже свинец.

Свинец имеет твердость около HB 3, сурьма около HB 30. Эвтектика состоит из 13% Sb и 87% Рb, твердость около HB 7-8. Диаграмма состояния Рb- Sb показана на рисунке 16. Очевидно, доэвтектические сплавы, т. е. имеющие структуру эвтектика + свинец, слишком мягки, и лучшими являются заэвтектические сплавы, содержащие 16-18% Sb. Мягкой основой является эвтектики б + в (мягкая составляющая), а твердыми включениями - в (SnSb), Cu3Sn и Cu2Sb количество которых составляет около 5% общего объема сплава (рисунок 16).



Рисунок 15-Диаграмма состояния Рb- Sb

Рисунок 16- Микроструктура сплава Б16

Баббиты второй группы кроме олова, сурьмы и меди, содержат еще добавки других компонентов. Назначение этих присадок различное -- никель упрочняет б-раствор, что уменьшает износ, аналогично влияет и кадмий . Кадмий с мышьяком (сплав БН) образует соединения AsCd,которые служат зародышами для формирования соединения SnSb (в-фазы). Мышьяк увеличивает жидкотекучесть (облегчается заливка вкладыша). Роль теллура и мышьяка -- образовывать мелкие твердые включения (ТеРЬ и AsPb), повышающие износоустойчивость баббита.

Оловянносурьмяные баббиты (Б83 и Б89) являются наилучшими. Оловянная основа вязкая и пластичная и менее склонна к усталостному разрушению. На втором месте стоит оловянносвинцовосурьмяный баббит (Б16), в котором мягкая основа - свинец. Оловянносвинцовосурьмяные баббиты значительно дешевле оловянносвинцовых, а по качеству уступают им ненамного. Хуже свинцовосурьмяный баббит (БС), основой которого является недостаточно пластичная эвтектика.

На железнодорожном транспорте применяют кальциевые баббиты, БК2, БК2Ш, содержащие кальций (0,90-1,15 %), натрий (0,7-0,8 %), олово (1,5-2,0 %) магний (0,5-0,15 %), остальное свинец.

Мягкой составляющей баббита БК является б-фаза (твердый раствор Na и Са в РЬ), а твердой составляющей - кристаллы РЬ,Са. Натрий и другие элементы, вводимые в сплав, повышают твердость б-раствора.

Дефицитность олова, а также свинца заставляет изыскивать и применять сплавы на другой, менее дефицитной основе (цинка, алюминия).

В качестве цинковых подшипниковых применяют сплавы марки ЦАМ10-5 и ЦАМ5-10.

Вследствие высоких антифрикционных свойств и достаточной прочности эти сплавы могут заменить бронзы для узлов трения, температура которых не превышает 100 оС, но эти сплавы уступают баббитам на оловянной основе по пластичности, коэффициенту трения и коэффициенту линейного расширения и примерно равноценны свинцовистым баббитам.

Имеется также серия алюминиевых сплавов, применяемых как подшипниковые. Это двухфазные высоколегированные сплавы, в которых твердый раствор на базе алюминия является мягкой основой, а химические соединения - твердыми включениями.

Алюминиевые подшипниковые сплавы обладают высокими свойствами (низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью). Но по технологичности они уступают обычным баббитам. Их более высокая твердость является скорее недостатком, чем преимуществом сплава, так как требует обработки цапф и вкладыша повышенной чистоты, а шейка вала должна быть твердой. Несоблюдение этих условий вызовет ускоренный износ. Высокий коэффициент линейного расширения алюминиевых баббитов требует более тщательной сборки с большими зазорами.

Повышенные антифрикционные свойства и высокое сопротивление усталостным разрушениям обеспечивают новые триметаллические подшипники. Наиболее распространенные отечественные композиции трехслойных вкладышей состоят из стальной основы, промежуточного пористого медноникелевого или порошкового слоя и бабита, заполняющего поры промежуточного слоя и образующего рабочий поверхностный слой толщиной до 100 мкм.

Баббиты, имея небольшую прочность, могут применяться только в подшипниках, имеющих прочный стальной (чугунный) или бронзовый корпус. Тонкостенные подшипниковые вкладыши изготовляют штамповкой из биметаллической ленты, полученной на линии непрерывной заливки. Подшипники большого диаметра заливают индивидуально стационарным или центробежным способами, а также литьем под давлением.

На основе опытов эксплуатации и результатов исследований установлено, что структура баббита оказывает значительное влияние на долговечность работы подшипников скольжения.

Как показали механические испытания, прочность и твердость баббитов с мелкозернистой структурой на 20 % выше, чем с крупнозернистой. Особенно значительное влияние структуры баббита на его сопротивление усталости, которое при изгибе с симметричным циклом нагружения у крупнозернистых баббитов на 10 % ниже, чем у мелкозернистых. Так же связи на срез и отрыв у мелкозернистого баббита выше, чем у крупнозернистого.

Стационарная заливка баббитов не позволяет получить мелкозернистой структуры из-за малой скорости охлаждения вкладыша подшипника. При центробежной заливке на формирование структуры оказывает влияние различие удельных весов компонентов баббита. Особенно сильно это проявляется в свинцовистых баббитах, в которых наблюдается ликвация в направлении корпуса подшипника и значительная структурная неоднородность по толщине слоя баббита.

Получение покрытий баббитов на подшипниках скольжения электохимическими методами позволяет управлять структурой покрытия. Например: зернистость структуры покрытия получаемого из фторборатных электролитов регулируется количеством клея; содержание свинца в сплаве регулируется изменением плотности тока. Поэтому в последнее время интенсивно развиваются технологии нанесения покрытий и восстановление покрытий баббитов электролитическими методами, которые позволяют значительно увеличить скорость нанесения покрытий и повысить качество покрытий.

Свинцово-оловянистые покрытия могут быть нанесены из фторборатных, кремнефторидных, пирофосфатных, фенолсульфоновых, сульфоматных и перлхлоратных электролитов (таблица 6). Наибольшее распространение получили фторборатные электролиты (таблица 7).

Таблица 6 - Состав электролитов для осаждения свинцово-оловянистых сплавов

Компоненты электролита и режимы осаждения	Электролиты
	кремнефтридный	пирофофатный	фенолсульфонвый	сульфаманый
Состав, г/л:
свинца кремнефторид	100-150	--	--	--
олова кремнефторид	15-20	--	--	--
кремнефтористоводородная	60-100	--	--	--
олова пирофосфат	--	20-22	--	--
свинца нитрат	--	15-18	--	--
натрия пирофосфат	--	120	--	--
свинец фенолсульфоновый	--	--	100-130	--
олово фенолсульфоновое	--	--	25	--
парафенолсульфоновоя кислота	--	--	60-95	--
свинца сульфамат	--	--	--	40
олова сульфамат	--	--		105
сульфаминовая кислота	--	--	--	40
столярный клей	1	--	--	--
пептон	--	--	--	2
желатин	--	--	2	--
Режимы осаждения
катодная плотность тока, А/дм2	5	0,5-4	1-2	1-2
анодная плотность тока, А/дм2	2-3	0,1-1	1-2	18-25
температура, 0С	18-25	60	20-40	50-60
содержание олова в сплаве, %	10	1-12	8-10	3-10

Как отмечалось ранее введение в свинцово-оловянистые сплавы небольших количеств третьего компонента позволяет улучшить их свойства и расширить область их применения. Наиболее известных из применяемых тройных сплавах на свинцово-оловянистой основе - сплавы с медью, сурьмой, цинком и кадмием.

Таблица 7 - Состав фторборатных электролитов для осаждения свинцово-оловянистых сплавов

Состав электролита и режим осаждения	№ 1	№ 2	№ 3
Свинца фторборат, г/л	100-200	45-50	50-60
Олова фторборат, г/л	25-75	40-50	20-25
Кислота борфторводородная, г/л	40-100	40-75	100-150
Клей столярный, г/л	1-3	3-5	1
Кислота борная, г/л	-	25-35	-
Катодная плотность тока, А/дм2	до 2	08-1	4-5
температура, 0С	15-25	18-25	18-25
Содержание олова в сплаве	5-17	40-60	18-25
Аноды	Сплав Pb-Sn	Pb	Pb/ Sn = 7/3

Для нанесения антифрикционных покрытий на детали подшипников скольжения с успехом применяют свинцово-оловянистые сплавы, содержащие медь и сурьму. Эти сплавы обеспечивают хорошую прирабатываемость покрытия, его хорошую износостойкость и стойкость против эрозии. Обычный состав сплавов: 90-93% Pb, 6-9% Sn, 0.7-2 % Cu; 82 % Pb, 11% Sn, 7% Sb.

Для электроосаждения всех тройных сплавов применяют, как правило, в фторборатные электролиты - смотри таблицу 8.

Фторборатные электролиты готовят растворением солей свинца и олова в борфтористоводородной кислоте с последующей добавкой столярного клея.

Фторборатные электролиты применяются в тех случаях, когда не требуется высокая рассеивающая способность, но имеют значение большая скорость осаждения и высокое качество покрытий.

К преимуществам фторборатных электролитов можно отнести:

1) высокую скорость осаждения металла;

2) приблизительно 100% -ный катодный и анодный выход потоков;

3) мелкозернистую структуру осадков;

4) простоту состава и приготовление электролита, а так же высокую стабильность его работы;

5) высокую электропроводность и кроющую способность;

6) возможность ведения электролиза при комнатной температуре.

Таблица 8 - Состав электролитов и режимы осаждения тройных сплавов на свинцово-оловянистой основе

Состав электролита и режим осаждения	Электролит для осаждения тройного сплава
	с Zn	с Cu	с Sb
Состав, г/л:
свинца фторборат	100-180	100-120	100
олова фторборат	12-15	25-75	30
цинка оксид	0.3-0.6	--	--
сурьмы фторборат	--	--	5-6
меди фторборат	--	18-20	--
кислота борфторводородная,	45-180	40-60	80
кислота борная	--	--	25
столярный клей	1-2	1-3	--
гидрохинон	--	--	0.5
пептон	--	15	15
Режимы осаждения			--
катодная плотность тока, А/дм2	1.0-1.5	0.5	4
температура, 0С	18-25	18-25	18-25

Недостатки фторборатных электролитов :

1) низкая рассеивающая способность;

2) склонность к дентритообразованию;

3) необходимость применения специальных материалов для изготовления ванн и непригодности стеклянного электрода для контроля рН;

4) сложность приготовления электролита и содержания в нем токсичной плавиковой и борной кислот.

Методика приготовления фторборатных электролитов описана П. М. Вячеславовым [], Н. Н. Бибиковым и Л. К. Гуревичем []. Осаждение сплавов производиться с раздельными анодами из сплава олово-свинец. Элекролизоры могут быть изготовлены из эбонита, винипласта, а так же из стали, футированной полиэфирной смолой или гуммированной.

Осаждение сплавов свинец-олово можно производить способом электронатирания, получившим название Dalis process []. Пропитанный электролитом тампон с помощью угольного электрода подключается к положительному, а покрываемая деталь к отрицательному полису источника постоянного тока. При непрерывном перемещении тампона (анода) по поверхности детали получаются равномерные покрытия требуемой толщины.

Н. Н. Бибиковым и Л. К. Гуревичем было установленно, что состав осадков сплавов свинец-олово, свинец-олово-сурьма зависит от соотношения концентрации металла в растворе; содержание свинца в сплаве снижается с повышением плотности тока. Присутствие в электролите 1 - 5 г/л клея способствует образованию мелкозернистой структуре сплавов.

В последнее время в технике стали применятся сплавы свинца легированные индием, таллием, марганцем, висмутом, кадмием и др. Покрытия свинца с индием используют вместо свинцовых для защиты пар трения при их работе в минеральных маслах. Эти сплавы характеризуются хорошей прирабатываемостью, высокой коррозионной стойкостью в маслах, повышенной работоспособностью при высоких давлениях и скоростях в подшипниках скольжения.

Cплавы свинца с таллием обладают хорошими антифрикционными характеристиками. Покрытие содержит до 70-80 Tl. Сплавы свинца с таллием и свинца с индием получают из фторборатных электролитов.

Работу узлов трения при температурах выше 250 0С требует нанесения на их поверхность более высокотемпературных металлических пленок. Для этих целей можно использовать сплав свинец-марганец, которые осаждают из трилонаноцитратного электролита. Покрытие содержит до 20% Mn. Микротвердость покрытий в 2-6 раз превышает микротвердость свинца.

Сплавы свинца с висмутом, обладающие высокой коррозионной стойкостью, могут быть осаждены из фторборатных и нитратных электролитов. Они содержат 4-30 % Bi.

Антифрикционные сплавы свинца с кадмием (2-90 % Cd) осаждают из фторборатных и цитратно-полиэтиленполиаминовых электролитов. Их применяют в качестве антифрикционого слоя в подшипниках.

Высокими антифрикционными свойствами и износостойкостью обладают сплавы свинца с серебром, с содержанием свинца до 4,5 %. Твердость таких сплавов в 1,5 раза превышает твердость серебряных покрытий, а износостойкость при «сухом» трении по стали превышает износостойкость чистого серебра в десятки раз.

2. Методика испытаний

2.1 Методика триботехнических испытаний

Триботехнические испытания проводили на микротрибометре ММТ, по схеме сфера плоскость. Опытные образцы испытывались при сухом трении. На рисунке 17 приведена схема возвратно поступательного микротрибометра ММТ.

1 плоский образец;

3 термокамера;

5 калиброванный груз;

7 система измерения силы трения;

9 пульт управления;

11 блок измерения контактного сопротивления;

13 двигатель;

15 механизм перемещения;

2 держатель зонда;

4 механизм нагружения;

6 упругие элементы;

8 - механизм перемещения;

10 блок регулирования скорости

12 нагревательный элемент;

14 редуктор;

16 17 привод.

Рисунок 17 - Схема микротрибометра ММТ

Нагрузка на сферический образец задаётся установкой соответствующих калиброванных грузов 5. Регистрация силы трения основана на измерении деформации упругих элементов 6 связанных с держателем сферического образца с помощью прибора для измерения малых перемещений типа 275-01 Московского завода "Калибр". Механизм перемещения 8 создан на базе реверсивного двигателя 13 через кинематическую цепь, включающую редуктор 14, ременную передачу 16, пару винт-гайка 17, обеспечивает возвратно-поступательное перемещение держателя плоского образца с возможностью плавного регулирования скорости скольжения. Электронные блоки регулирования скорости перемещения 10, подвижного образца вмонтированы в пульт управления9.

В ходе триботехнических испытаний регистрировался коэффициент трения для каждого числа циклов трения.

Композиционные покрытия были нанесены на шарик диаметра 7мм (сталь ШХ 15), контр-телом являлась ситаловая подложка. Толщина покрытия - 20 мкм.

Режим испытаний образцов с КЭП:

нагрузка Р = 90 г;

диаметр индентора d = 7 мм;

скорость возвратно-поступательного движения v = 3,41*10-2 м/с;

длина дорожки трения 13 мм;

число циклов N=1000;

относительная влажность-50%;

Покрытия были нанесены на стальную подложку (сталь 45) и отличались различным содержанием Sb в электролите. Толщина покрытия - 50 мкм.

Режим испытаний образцов Pb-Sn, Pb-Sn-Sb:

нагрузка P = 150 г;

диаметр индентора d = 6 мм;

скорость возвратно-поступательного движения v = 3,41*10-2 м/с;

длина дорожки трения 13 мм;

относительная влажность-50%;

Число циклов различно для каждого образца.

Полученные результаты обрабатывались с помощью программы ORIGIN с получением графиков и диаграмм.

2.2 Методика измерения микротвердости

Измерение твердости покрытий Pb-Sn, Pb-Sn-Sb проводили на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 50 г. Микротвердомер ПМТ-3 представляет собой специальный микроскоп для измерения микротвердости различных материалов. Метод измерения микротвердости на приборе ПМТ-3 основан на измерении линейной величины диагонали оттиска, получаемого от вдавливания под определенной нагрузкой алмазной пирамиды в исследуемый материал. Алмазная пирамида имеет квадратное основание и угол при вершине 1360 между противолежащими гранями. Размеры отпечатков измеряют с помощью микроскопа и винтового окулярного микрометра. Микротвердомер ПМТ-3 снабжен двумя ахроматическими эпиобъективами F=6.16, A=0.65 и F=2.32. A=0.17, рассчитанными для тубуса длиной “бесконечность” и корригированными для препаратов без покровного стекла.

Специальный осветитель прибора совместно с эпиобъективами обеспечивает возможность наблюдения объектов в светлом и темном поле. Микротвердомер ПМТ-3 снабжен вращающимся предметным столиком, расположенным на основании прибора.

Перемещение столика осуществляется двумя микрометрическими винтами в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Цена деления барабана винтов равна 0,01мм.

При статистической обработке результатов измерения микротвердости покрытий Pb-Sn-Sb ,было рассчитано что, среднее арифметическое отклонение экспериментальных данных а1 , а2 , а3 , … , аn , при прямых измерениях равно :

, ( 1 )

=29,3 кг/мм2 ;

Отклонение измерений от среднего арифметического оценивали средней кубической погрешностью:

, ( 2 )

N = 0,93;

Тогда среднее квадратичное отклонение можно определить из выражения:

, ( 3 )

C учетом надежности (Р=0,95) и числа измерений,определим коэффициент Стьюдента ta , вычислим доверительный интервал :

tp= 2.75 ;

=tp*SN , ( 4 )

2,56 кг/мм2 ;

Тогда искомую величину можно записать

а = (29,30,93) кг/мм2 .

Относительная погрешность в этом случае равна:

100% , ( 5 )

100%=8% .

Таким образом относительная погрешность измерения микротвердости составила 8%.

2.3 Методика исследования поверхности твердых материалов

Дорожки и пятна трения твердых материалов исследовались при помощи металлографического микроскопа МИМ-7.

Данный Микроскоп МИМ-7 предназначен для наблюдения и фотографирования микроструктуры металлов в обыкновенном свете в светлом и тёмном поле и в поляризованном свете - в светлом поле.

Прибор состоит из четырёх основных частей:

1.Осветители, установленного на направляющие основания. Осветитель состоит из фонаря, закреплённого на угольнике. Угольник имеет направляющие, позволяющие перемещать весь осветитель вдоль оси относительно коллектора. Фиксация положения осветителя производится рукояткой 12(рисунок 18). Фонарь опирается на угольник двумя центровочными винтами. С помощью этих винтов производится центровка нити лампы относительно оси прибора.

2.Корпуса прибора с фотокамерой и узлом апертурной диафрагмы. На стороне корпуса микроскопа, обращённой к осветителю, находится коллектор и рукоятка 13 диска с набором светофильтров.

Слева от наблюдателя на корпусе находится рукоятка переключателя фотоокуляров.

Рисунок 18 - Общий вид микроскопа МИМ-7

1-основание микроскопа

2-коллектор

3-фотокамера

4-зеркало

5-визуальный тубус

6-рукоятка диафрагмы

7-иллюминатор

8-предметный столик

9-рукоятки перемещения стола

10-клеммы

11-осветитель

12-рукоятка стопорного устройства стола

13-рукоятка дисков c набором фотофильтров

14-рукоятка трубы подачи стола

15-матовая пластина

16-анализатор

14-корпус центральной части

3.Верхние части прибора с иллюминатором, визуальным тубусом и механизмами грубой подачи предметного столика и микрометронной подачи объектива. В верхней части прибора находится:

Осветительный тубус, в верхнем срезе которого имеется посадочное отверстие под объектив в виде гладкого кольца. На патрубке осветителя тубуса находиться рамка с линзами для работы в светлом и тёмном поле, а под кожухом пентапризма. В нижней части кожуха располагаются центрировочные винты полевой диафрагмы. Изменение диаметра полевой диафрагмы производится рукояткой. Под корпусом полевой диафрагмы находится фотозатвор-шторка. При открытом фотозатворе свет идет в фотокамеру.

2.4 Методика определения профиля дорожки трения

Для оценки глубины дорожки трения использовались профилограммы, полученные при помощи профилометра “Калибр”, подключенного к компьютеру через аналогово-цифровое устройство.

Прибору задавалась длина пути зонда L=1.6мм. Предел измерения составлял - 1мкм. Тарировочный коэффициент k=0.01мкм.

В ходе эксперимента регистрировалось изменение высоты профиля образца с дорожкой трения в каждой точке длины пути зонда. Полученные результаты обрабатывались с помощью программы ORIGIN с получением графиков.

Пример профилограммы дорожки трения покрытия Pb-Sn представлен на рисунке.

Рисунок 19 - Профилограмма дорожки трения покрытия Pb-Sn

3. Результаты триботехнических испытаний

3.1 Результаты триботехнических испытаний никелевых КЭП с нанодисперсными частицами (МоОз)n(Н2O)m и (WОз)n(Н2O)m

Испытания по определению интенсивности изнашивания проводились на микротрибометре ММТ по схеме сфера-плоскость при нагрузке 90 г и скорости 3,41*10-2 м/с. Образцы были изготовлены из закаленной стали ШХ 15 (HRC 58-60) и на них было нанесено покрытие - чистый Ni, Ni-МоОз и Ni-WO3.

Были исследованы образцы со следующими покрытиями:

- чистый никель;

- №1-№ 3-сплав Ni-MoO3. Здесь триоксид Мо получен при иcпользовании ионнообменной колонки большого объема и в при увеличении объема в 5 раз на стадии созревания золя. Частицы Ni-MoO3 №1 представляют собой иглы с размерами 50 нм-1.5 мкм.

- №2. Малый объем ионообменной колонки и реактора (как во всех предыдущих образцах , перемешивание). Частицы Ni-MoO3 представляют собой квадратные параллелепипеды с размерами 2.5-18 мкм.

- №3. Как в №2, но в присутствии 2 10-2 молибдата натрия. Частицы представляют собой квадратные параллелепипеды с размерами 0.5-4 мкм. Таким образом сплавы №1-№ 3 различаются размерами и формой частиц, а также формой реактора в процессе термообработки (стакан - №2 и коническая колба -№3), присутствием молибдата. Игольчатые частицы триоксида молибдена представлены на рисунке 20

-№10 -сплав Ni-WO3. Содержание триоксида вольфрама в электролите 0.2 г/л, оксид получен через ионообменную колонку, электролит-суспензия хранился и эксплуатировался 2 мес.

- № 11 -сплав Ni-WO3. Здесь то же содержание оксида в электролите, но он свежеприготовленный, оксид был получен без использования ионообменной колонки. Таким образом образцы сплавы №10-№11 отличаются временем хранения электролита-суспензии и способом получения оксида.

Толщина покрытия составляет 20 мкм.

Рисунок 20 - Игольчатые частицы MoO3 без образования на них покрытия. Размер квадрата 1мкм.

Рисунок 21 - Частицы MoO3 в форме параллелепипедов длинной 3-10мкм с образованием на них покрытия Ni-MoO3. CMoO3=0,5 г/л

Объемный износ для чистого никелевого покрытия и для композиционных покрытий определен для 1000 циклов истирания. Зависимость коэффициента трения покрытий Ni, Ni-MoO3, Ni-WO3 от числа циклов представлена на рисунке 22.



Рисунок 22 - Зависимость коэффициента трения покрытий Ni, Ni-MoO3, Ni-WO3 от числа циклов истирания.

Результаты триботехнических испытаний представлены в таблице 9 и на рисунках 22 - 25. За критерий интенсивности изнашивания принимаем высоту изношенного сегмента*10-7, м.

Таблица 9 - Результаты триботехнических испытаний никелевых КЭП

образец	d пятна *10-6,м	обьем изношенного сегмента V*10-15,м3	коэффициент износа ki,м3/H*м*10-16	высота изношенного сегмента *10 -7, м
Ni	161	9.425	0.428	9.259
Ni-MoO3 №1	136	4.799	0.2051	6.606
Ni-MoO3 №2	137	4.941	0.211	6.704
Ni-MoO3 №3	151	7.293	0.3116	8.144
Ni-WO3 №10	129	3.884	0.166	5.944
Ni-WO3 №11	142	5.703	0.2437	7.202



а - чистый Ni; б - Ni-MoO3№1; в - Ni-MoO3№2; г - Ni-MoO3№3

д - Ni-WO3№10; е - Ni-WO3№11.

Рисунок 23 - Микроснимки пятен трения никелевых КЭП

Рисунок 24 - Интенсивность изнашивания никелевых КЭП с нанодисперсными частицами MoO3

Результаты экспериментов показывают что тип и форма частиц MoO3, а также форма реактора в процессе термообработки влияют на триботехнические свойства покрытия Ni-MoO3.

Как видно из таблицы 9, у образцов с триоксидом молибдена лучшие триботехнические свойства показало покрытие №2, т. к. оно обладает наименьшим коэффициентом трения (f=0.85) и малой интенсивностью изнашивания (меньше чем у чисто никелевого покрытия в 1.38 раза). Более высокий установившийся коэффициент трения (f=1.65) показало покрытие №1, несмотря на низкую интенсивность изнашивания. Покрытие №3 в данных триботехнических испытаниях показало самое высокое изнашивание и коэффициент трения f=1.45. Это может быть обусловлено формой и размерами частиц MoO3 (0,5-4) мкм. Однако, сравнивая покрытие Ni-MoO3 № 3 с покрытием чистым никелем, можно сделать вывод, что композиционное покрытие имеет лучшие триботехнические характеристики.

Рисунок 25 - Интенсивность изнашивания никелевых КЭП с нанодисперсными частицами WO3

Анализируя полученные данные, видно, что износостойкость покрытия №11 в 1.3 раза выше, чем никелевого. Износостойкость композиционного покрытия Ni-WO3 №10, равная 5.944*10-7м, в 1.5 раза выше, чем Ni покрытия (9.259*10-7м) и в 1.2 раза выше, чем у покрытия №11. Т.е. оксид вольфрама, полученный из свежеприготовленного электролита хуже оксида вольфрама полученного из электролита-суспензии который хранился и эксплуатировался 2 месяца.

3.2 Результаты триботехнических испытаний гальванических покрытий Pb-Sn, Pb-Sn-Sb

С целью выявления механизма трения и износа трехкомпонентных гальванических сплавов, содержащих сурьму, триботехнические свойства этих покрытий были исследованы в режиме сухого трения на микротрибометре ММТ по схеме шар-плоскость. Покрытия были нанесены на стальную подложку и отличались различным содержанием Sb в электролите. Толщина покрытия составляет 50мкм. В ходе эксперимента регистрировался коэффициент трения для каждого числа циклов трения. Режимы и результаты испытаний представлены в таблице

Таблица 10 - Результаты триботехнических испытаний покрытий Pb-Sn, Pb-Sn-Sb

покрытие	содержание Sb(BF4) в р-ре электролита	нагрузка,г	длина дорожки lдор,мм	путь трения Lтр,м	глубина дорожки трения H,мкм	удельн. глуб.Hуд,мкм/м	число циклов N
Pb-Sn	не содержит	150	13	3,25	26	8	250
Pb-Sn-Sb №3	0.025 моль/л	150	13	15,028	20	1,33	1156
Pb-Sn-Sb №5	0.037 моль/л	150	13	3,25	22	6,77	250
Pb-Sn-Sb №7	0.049 моль/л (стандарт)	150	13	5,85	13	2,22	450
Pb-Sn-Sb №9	0,061 моль/л	150	13	5,2	21	4,04	400

За критерий износостойкости была принята глубина дорожки трения

Hуд ,мкм/м.

Hуд=H/L, (6)

где Н - глубина дорожки трения, мкм

Lтр - путь трения, м

Lтр=lдор*N, м (7)

где lдор - длина дорожки трения, мкм

N - число фреттинговых циклов.

При анализе зависимости глубины дорожки трения от концентрации сурьмы в электролите, что видно из рисунка 26, были выявлены экстремальные зависимости этих характеристик.

Так на рисунке 26 видно, что минимальным износом при сухом трении обладает покрытие Pb-Sn-Sb №3 с содержанием соли сурьмы в электролите

CSb=0.025 моль/л. Износ для этого покрытия составляет Нуд=1,33 мкм/м, что в 6 раз ниже интенсивности изнашивания базового покрытия Sn-Sb (Нуд=8мкм/м), несмотря на его максимальную твердость BSn-Sb=102,5 кг/мм2 (рисунок 26), и в 3 раза ниже интенсивности изнашивания покрытия

Pb-Sn-Sb № 9 с содержанием сурьмы C=0,061 моль/л.



Рисунок 26 - Зависимость удельной глубины дорожки трения от концентрации Sb в электролите

Таблица 11 - Результаты измерения микротвердости покрытий Pb-Sn-Sb

образец	нагрузка,г	размер пятна,мкм	твердость,кг/мм2	средняя твердость B50,кг/мм2
Pb-Sn	50	140 183 144 125 111	95.33 55.79 90.11 119.58 151.65	102.5
Pb-Sn-Sb №3 CSb=0.025 моль/л.	50	247 255 250 261 189	30.63 28.73 29.90 27.43 52.31	33.8
Pb-Sn-Sb №5 0.037 моль/л	50	262 247 259 226 277	27.22 30.63 27.85 36.58 24.35	29.3
Pb-Sn-Sb №7 0.049 моль/л (стандарт)	50	226 276 349 308 273	36.58 24.53 15.34 19.70 25.07	24.2
Pb-Sn-Sb №9 0,061 моль/л	50	200 202 245 253 253	46.71 45.79 31.13 29.19 19.19	34.4

Анализируя зависимость твердости покрытия от концентрации Sb (рисунок 27) можно сделать вывод, что введение в электролит сурьмы значительно снижает твердость покрытия (см. таблицу 11). Принимая во внимание то, что при измерении микротвердости погрешность измерения составила 8%, можно сделать вывод, что твердость тройных сплавов Pb-Sn-Sb от концентрации Sb в электролите зависит незначительно.

Рисунок 27 - Зависимость твердости от концентрации Sb в электролите

На рисунке 28 представлены графики зависимости коэффициента трения покрытий от числа циклов истирания.



Рисунок 28 - Зависимость коэффициента трения покрытий от числа циклов истирания. Здесь 1-покрытие Pb-Sn; 2-покрытие Pb-Sn-Sb №3, 3-покрытие Pb-Sn-Sb №5, 4-покрытие Pb-Sn-Sb №7, 5-покрытие Pb-Sn-Sb №9;

Коэффициент трения выходит на установившийся режим при различном числе циклов ( рисунок 28 ). Так диаграмма ( рисунок 29 ) показывает, что наибольшее число циклов трения до схватывания ( N=359 ) выдерживает образец Pb-Sn-Sb №7, для которого содержание сурьмы в электролите стандартное ( CSb=0,049 моль/л ). В то время как двойной сплав выдерживает всего 52 цикла.

Рисунок 29 - Число циклов трения до установившегося режима

В ходе эксперимента было установлено, что коэффициент сухого трения покрытий Pb-Sn-Sb при установившемся режиме практически не зависит от содержания в них сурьмы и составляет для всех покрытий f = 1,150,05 ( Таблица 12 , рисунок 30).

Таблица 12 - коэффициент трения при установившемся режиме трения

покрытие	содержание Sb(BF4) в р-ре электролита	установившийся коэффициент трения
Pb-Sn	не содержит	1,01
Pb-Sn-Sb №3	0,025 моль/л	1,2
Pb-Sn-Sb №5	0,037 моль/л	1,18
Pb-Sn-Sb №7	0,049 моль/л	1,12
Pb-Sn-Sb №9	0,061 моль/л	1,1

Рисунок 30 - Установившийся коэффициент трения при схватывании в зависимости от концентрации сурьмы в электролите

На рисунке 31 представлены микроснимки дорожек трения тройных сплавов после испытания в режиме сухого трения, где отчетливо видны изрезанные в процессе трения площади контакта образца и контртела, и глубокие впадины (темные участки на снимках). Так как поверхность контртела (стальной шарик) после эксперимента была покрыта частицами износа покрытия, с высокой степенью адгезии связанными с контртелом, можно предположить, что по происхождению эти впадины являются результатом задиров в процессе сухого трения.

а)	б)	в)	г)	д)
Pb-Sn	Pb-Sn-Sb №3	Pb-Sn-Sb №5	Pb-Sn-Sb №7	Pb-Sn-Sb №9
Рисунок 31 - Микроснимки дорожек трения покрытий Pb-Sn и Pb-Sn-Sb после испытаний в режиме сухого трения

Сравнивая между собой микроснимки дорожек трения покрытий Pb-Sn и Pb-Sn-Sb №5, которые испытывались при одинаковом числе фреттинговых циклов и одинаковой нагрузке, видно, что тройной сплав изнашивается более равномерно. Это подтверждают и профилограммы дорожек трения этих покрытий, представленные на рисунке 32.

Рисунок 32 - Профилограммы дорожек трения покрытий Pb-Sn (справа) и Pb-Sn-Sb № 5 (слева)

4. Технология восстановления подшипников скольжения

Одним из путей снижения потерь металла от трения и износа является разработка новых технологий нанесения антифрикционных покрытий на детали, работающие в условиях трения (подшипники, втулки, направляющие вкладыши и т.п.). К таким сплавам относятся сплавы типа олово-свинец-сурьма.

Подшипниковыми сплавами называются сплавы, из которых изготавливают вкладыши подшипников. Для этой цели применяют чугун, бронзу и легкоплавкие сплавы на основе свинца, олова, цинка или алюминия, так называемые баббиты.

Несмотря на все большее применение в машинах подшипников качения (шариковых или роликовых подшипников), подшипники скольжения также применяют достаточно широко.

Требования предъявляемые к подшипникам скольжения узлов дизель-поездов по их эксплуатации [16]:

Вкладыши коренных подшипников коленчатых валов дизелей типа Д100 и 2Д100 отлиты из бронзы ОЦС 3-12-5 ГОСТ 613-65 и залиты баббитом Б2. Шероховатость рабочей и не рабочей поверхности подшипника не ниже 7-го класса. Твердость баббита HB 13-23. Вкладыши коренных и шатунных подшипников коленчатого вала бракуют при наличии хотя бы одного из дефектов :

а) коррозия заливки более 20% поверхности в нерабочей части (в рабочей части не допускеется);

б) выкрашивание более 10%;

в) трещина в корпусе вкладыша;

г) потеря торцового натяга, когда рекомендуемым способом устранить его не возможно;

д) износ по толщине более 0,15 мм для рабочих и более 0,20 мм для нерабочих вкладышей ( на ТР-1 и ТР-2 допускается износ рабочих вкладышей до 0,18 мм).

Для электроосаждения всех тройных сплавов применяют, как правило, в фторборатные электролиты ( смотри таблицу 12).

Фторборатные электролиты готовят растворением солей свинца и олова в борфтористоводородной кислоте с последующей добавкой столярного клея.

Таблица 13 - Состав электролитов и режимы осаждения тройных сплавов на свинцово-оловянистой основе

Состав электролита и режим осаждения	Электролит для осаждения тройного сплава
	с Zn	с Cu	с Sb
Состав, г/л:
свинца фторборат	100-180	100-120	100
олова фторборат	12-15	25-75	30
цинка оксид	0.3-0.6	--	--
сурьмы фторборат	--	--	5.225
меди фторборат	--	18-20	--
кислота борфторводородная	45-180	40-60	80
кислота борная	--	--	25
столярный клей	1-2	1-3	--
гидрохинон	--	--	0.5
пептон	--	15	15
Режимы осаждения			--
катодная плотность тока, А/дм2	1.0-1.5	0.5	4
температура, 0С	18-25	18-25	18-25

Технологический процесс осаждения гальванических покрытий из тройных сплавав представлен на рисунке 33



Рисунок 33 - Технологический процесс нанесения гальванических покрытий

Расчет экономической эффективности

Технология нанесения трехкомпонентных сплавов олово-свинец-сурьма позволяет получить покрытия общей площадью Sобщ = 24 кв. м. из ванны, емкостью 400 л. В таблице 13 приведен перечень химических реактивов, необходимых для нанесения покрытий и их количество в ванне, емкостью 400 л.

Таблица 14 - Химические реактивы для нанесения покрытий

название реактива	масса реактива на 1 литр эл-та, г.	масса реактива на 400 литров эл-та, кг.	стоимость 1кг реактива, руб.	стоимость реактива в ванне на 400 л, руб.
свинца фторборат	185	74	20400	1509600
олова фторборат	74	29,6	20400	603840
сурьмы фторборат	18,8	5,64	20400	115056
борная кислота	25	10	6000	60000
борфтористоводородная кислота	80	32	10000	320000
резорцин	7	2	800000	1600000
желатин	1	0,2	2004000	400800
соляная кислота	80	0,24	92	17,2
натр едкий	15	0,72	4320	3110
Итого	4612423

Произведем расчет стоимости изготовления вкладышей подшипников скольжения дизелей типа Д100 и 2Д100. Цена нового комплекта вкладышей составляет ЦН = 30 тыс. руб. Общая площадь вкладышей коленчатого вала этого двигателя составляет Sвкл = 0,138 кв. м.. Следовательно стоимость восстановления комплекта цВ вкладышей составляет:

композиционный гальванический покрытие подшипник

цВ = Sвкл Цпокр/ Sобщ , ( 8 )

цВ = 0,1384612423/24 =26521 руб.

Экономический эффект Эвос технологии восстановления вкладышей составит:

Эвос= (Цн - Цв)·100/Цв, ( 9 )

Эвос = (30000 - 26521)·100/26521=13%

Учитывая, что интенсивность изнашивания сплава олово-свинец-сурьма в 6 раз меньше базового, а следовательно и срок службы в 6 раз больше, то общая экономическая эффективность внедрения составит:

Эвнед = (Цн / tн )·100/( Цв / tв) = (tв / tн ) ·100·Цн / Цв , ( 10 )

где tв / tн - отношение срока службы восстановленного вкладыша к сроку службы нового, tв / tн=6.

Эвнед = 6·100·30000/26521=678%.

Заключение

1. Проведен анализ влияния технологических режимов формирования на структуру, физико-механические свойства композиционных гальванических покрытий, содержащих микро и наночастицы. Рассмотрены особенности трения и изнашивания КЭП и, в частности, никелевых покрытий. Для исследования триботехнических свойств гальванических покрытий использована схема испытаний шар- плоскость при возвратно поступательном движении индентора, при этом нанокомпозиционные покрытия никеля, толщиной 20 мкм, содержащие частицы триоксида молибдена формировались на поверхности шарового индентора, а гальванические покрытия из тройных сплавов Pb-Sn-Sb, толщиной 50 мкм наносили на поверхность плоских образцов.

2. Триботехнические испытания композиционных никелевых покрытий показали, что на коэффициент трения, интенсивность изнашивания значительное влияние оказывает форма и размер частиц. Было установлено, что наименьшей интенсивностью изнашивания равной 6.606 10-7м, что в 1.4 раза меньше, чем интенсивность изнашивания чистого никеля, обладают покрытия Ni-MoO3 , содержащие частицы триоксида молибдена в форме игл с размерами 50 нм-1.5 мкм и частицы триоксида молибдена в форме квадратных параллелепипедов с размерами 2.5-18 мкм. При этом наименьшим установившимся коэффициентом трения по ситаллу равным 0.85 и наименьшем временем приработки обладают покрытия Ni-MoO3, содержащие частицы триоксида молибдена в форме квадратных параллелепипедов с размерами 2.5-18 мкм.

3. Триботехнические испытания никелевых покрытий, содержащих частицы WO3 показали, что выдержка электролита-суспензии в течение двух месяцев при одинаковом исходном содержании в ней триоксида вольфрама не только не уменьшает, но даже увеличивает износостойкость формируемх композиционных никелевых покрытий на 20 %.

4. Исследованы триботехнические свойства, микротвердость гальванических покрытий из тройных сплавов Pb-Sn-Sb, полученных из фторборатных электролитов. Было установлено, что интенсивность изнашивания трехкомпонентного сплава Pb-Sn-Sb от содержания Sb(BF4) в растворе электролита при сухом трении имеет экстремальную зависимость. Минимальной интенсивностью изнашивания обладает покрытие, сформированное из электролита с содержанием соли сурьмы в электролите CSb=0.025 моль/л. Износ для этого покрытия составляет Нуд=1,33 мкм/м, что в 6 раз ниже интенсивности изнашивания покрытия из двойного сплава Sn-Sb (Нуд=8мкм/м). Введение сурьмы в электролит значительно, более чем в три раза, снижает микротвердость покрытия и она слабо зависит от содержания сурьмы в электролите в интервале ее изменения от 24 до 34 кг/мм2. Анализ профилограмм и микроснимков дорожек трения покрытий Pb-Sn и Pb-Sn-Sb показал, что основным механизмом изнашивания покрытия является микросхватывание и образование слоев переноса. При этом изнашивание покрытий из тройных сплавов является более равномерным.

5. Разработан и экономически обоснован проект технологического процесса восстановления вкладышей подшипников скольжения коленчатого вала дизеля типа Д100. Показано, что восстановление вкладышей является экономически выгодным. Так стоимость нового комплекта вкладышей равняется 30000 рублей, а технология восстановления комплекта при предполагаемом увеличении ресурса работы изделий в 3-6 раз равняется 26521 рубль. Таким образом экономический эффект технологии восстановления вкладышей составил 13%.