ПОРІВНЯННЯ МЕТОДІВ ПОВЕРХНЕВОГО ЗМІЦНЕННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПОКРИТТЯМИ
DOI:
https://doi.org/10.24025/2306-4412.4.2021.253298Ключові слова:
технологічний процес, катод, анод, електрохімічне хромове покриття, оксидне покриття, анодування, плазмоелектролітичне оксидування, мікротвердістьАнотація
У статті проведено аналіз та порівняння найбільш поширених методів поверхневого зміцнення деталей машин покриттями. Відзначено, що шляхом використання захисних покриттів можна вирішувати низку науково-технічних проблем машинобудування, забезпечуючи
комплексне раціональне використання властивостей основи деталі та властивостей матеріалу захисного покриття. Мета дослідження – провести аналіз і порівняння сучасних методів поверхневого зміцнення деталей машин металевими електрохімічними хромовими та оксидними покриттями і встановити тенденції їх розвитку. Для проведення досліджень технологій нанесення електрохімічних хромових покриттів на сталь та алюміній і формування оксидних покриттів на алюмінієвих литих та деформованих сплавах у режимі анодування та плазмоелктролітичного оксидування в електроліті застосували системний підхід і використали бібліографічний метод. Під час досліджень використовували електронні ресурси бібліографічних реферативних баз даних: Scopus, Web of Science, Google Scholar. Досліджено технологічні процеси нанесення металевих електрохімічних хромових покриттів на сталь, мідь та алюміній. Розглянуто процеси електролізу в спокійному та проточному електроліті на основі шестивалентного та тривалентного хрому за різних струмових режимів. Вивчено формування оксидних
покриттів на алюмінієвих деформованих, литих сплавах та напилених алюмінієвих шарах, а також магнієвих сплавах. Встановлено, що тверде анодування забезпечує одержання оксидних покриттів меншої товщини порівняно з інноваційним методом – плазмоелектролітичним оксидуванням. Описано хімічні, електро- та плазмохімічні реакції під час утворення шарів оксидних покриттів. Проведено порівняння технологічних режимів нанесення та властивостей сформованих покриттів. Наукова новизна отриманих результатів дослідження полягає у застосуванні системного підходу до аналізу та порівняння сучасних методів формування металевих електрохімічних хромових та оксидних покриттів і визначенні перспектив їх подальшого вдосконалення. Практична значущість – обґрунтувано раціональний вибір металевих та оксидних покриттів для зміцнення деталей машин.
Посилання
N. D. Tomashov, Theory of Corrosion and Protection of Metals: The Science of Corrosion, Boris H. Tytell and Isidore Geld, Eds. Michigan, USA: Macmillan, 1966.
Z. Zeng, and J. Zhang, "Electrodeposition and tribological behavior of amorphous chromium-alumina composite coatings", Surface and coatings technology, vol. 202, no. 12, рр. 2725-2730, 2008.
O. V. Safonova, L. N. Vykhodtseva, N. A. Polyakov, J. C. Swarbrick, M. Sikora, . Glatzel, and V. A. Safonov, "Chemical composition and structural transformations of amorphous chromium coatings electrodeposited from Cr (III) electrolytes", Electrochimica Acta, vol. 56, no. 1, pp. 145-153, 2010.
V. S. Protsenko, and F. I. Danilov, "Chromium electroplating from trivalent chromium baths as an environmentally friendly alternative to hazardous hexavalent chromium baths: comparative study on advantages and disadvantages", Clean Technologies and Environmental Policy, vol. 16, no. 6, pp. 1201-1206, 2014.
V. T. Yavors'kyy, O. I. Kuntyy, and M. S. Khoma, Electrochemical application of metal, conversion and composite coatings. L'viv: L'vivs'ka politekhnika, 2000 [in Ukrainian].
A. Liang, L. Ni, Q. Liu, and J. Zhang, "Structure characterization and tribological properties of thick chromium coating electrodeposited from a Cr (III) electrolyte", urface and coatings technology, vol. 218, pp. 23-29, 2013.
В. H. Alexander, Н. Checkoway, L. Wechsler, N. J. Heyer, J. M. Muhm, and T. P. O’Keeffe, "Lung cancer in chromateexposed aerospace workers", Journal of Occupational and Environmental Medicine, vol. 38, no. 12, pp. 1253-1258, 1996.
S. T. Abrahami, J. M. de Kok, H. Terryn, and J. M. Mol, "Towards Cr(VI)-free anodization of aluminum alloys for aerospace adhesive bonding applications: A review", Frontiers of Chemical Science and Engineering, vol. 11, no. 3, pp. 465-482, 2017.
Air quality guidelines for Europe, 2nd ed. World Health Organization. Regional Office for Europe. Copenhagen, Denmark, 2000 .
M. Korzynski, A. Pacana, and J. Cwanek, "Fatigue strength of chromium coated elements and possibility of its improvement with slide diamond burnishing", Surface and Coatings Technology, vol. 203, no. 12, pp. 1670-1676, 2009.
V. V. Ostapovych, L. Ya. Rop’yak, and A. S. Velychkovych, "Investigation of the stress-strain state of the chrome-plated area of the double-acting piston pump rod under free-load conditions", Metody ta prylady kontrolyu yakosti, no. 2, pp. 118-125, 2013 [in Ukrainian].
L. Sziráki, E. Kuzmann, K. Papp, C. U. Chisholm, M. R. El-Sharif, and K. Havancsák, "Electrochemical behaviour of amorphous electrodeposited chromium coatings", Materials Chemistry and Physics, vol. 133, no. 2-3, pp. 1092-1100, 2012.
B. Kagajwala, T. D. Hall, M. Inman, E. J. Taylor, B. Griffin, G. Cushnie, R. Taylor, M. Jaworowski, and J. Bonivel, "Functional t ivalent chromium electroplating of internal diameters", Products Finishing, vol. 1, no. 2, 2013. [Online]. Available:https://www.pfonline.com/articles/functional -trivalent-chromium-electroplating-ofinternal-diameters. Accessed on: July 17, 2021.
V. Kvedaras, J. Vilys, V. Čiuplys, and A. Čiuplys, "Fatigue strength of chromiumplated steel", Materials Science, vol. 12, no. 1, pp. 16-18, 2006.
L. Ropyak, and V. Ostapovych, "Optimization of process parameters of chrome plating for providing quality indicators of reciprocating pumps parts", Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 2, no. 5 (80), pp. 50-62, 2016.
C. F. Oduoza, E. Khan, and T. Sihra, "Chromium electroplating of aluminium alloys using electroless nickel as underlayer", Journal of Materials Science and Chemical Engineering, vol. 2, pp. 59-74, 2014.
I. N. Franczevich, A. N. Pilyankevich, and A. I. Vol`fson, Anode oxide coatings on metals and anode protection. Kiev: Naukova dumka, 1985 [in Russian].
A. M. Abd-Elnaiem, and A. Gaber, "Parametric study on the anodization of fabricating nano-pores template", International Journal of Electrochemcal Science, vol. 8, pp. 9741-9751, 2013.
D. R. Gabe, "Hard anodizing – what do we mean by hard?", Metal Finishing, vol. 100, no. 11-12, pp. 52-58, 2002.
M. Paz Martínez-Viademonte, S. T. Abrahami, T. Hack, M. Burchardt, and H. Terryn, "A review on anodizing of aerospace aluminum alloys for corrosion protection", Coatings, vol. 10, no. 11. art. no. 1106, 2020.
J. M. Torrescano Alvarez, "Hard anodic films for aluminium alloys". Ph.D. thesis, Univ. of Manchester, Manchester, UK, 2018.
M. M. Student, I. M. Pohrelyuk, V. M. Hvozdetskyi, H. H. Veselivska, Kh. R. Zadorozhna, R. S. Mardarevych, and Y. V. Dzioba, "Influence of the composition of electrolyte for hard anodizing of aluminum on the characteristics of oxide layer", Materials Science, vol. 57, no. 2, pp. 240-247, 2021.
X. Lu, C. Blawert, Y. Huang, H. Ovri, M. L. Zheludkevich, and K-U. Kainer, "Plasma electrolytic oxidation coatings on Mg alloy with addition of SiO2 particles", Electrochimica Acta, vol. 187, pp. 20-33, 2016.
V. Pokhmurskii, H. Nykyforchyn, M. Student, M. Klapkiv, H. Pokhmurska, B. Wielage, T. Grund, and A. Wank, "Plasma electrolytic oxidation of arc-sprayed aluminum coatings", Journal of Thermal Spray Technology, vol. 16, no. 5-6, pp. 998-1004, 2007.
M. D. Klapkiv, "Simulation of synthesis of oxide-ceramic coatings in discharge channels
of a metal-electrolyte system", Materials Science, vol. 35, no. 2, pp. 279-283, 1999.
M. D. Klapkiv, O. S. Chuchmarev, P. Ya. Sydor, and V. M. Posuvailo, "Thermodynamics of the interaction of aluminum, magnesium and zirconium with components of an electrolytic lasma", Materials Science, vol. 36, no. 1, pp. 66-79, 2000.
V. M. Posuvailo, V. V. Kulyk, Z. A. Duriagina, I. V. Koval’chuck, M. M. Student, and B. D. Vasyliv, "The effect of electrolyte composition on the plasma electrolyte oxidation and phase composition of oxide ceramic coatings formed on 2024 aluminium alloy", Archives of Materials Science and Engineering, vol. 105, no. 2, pp. 49-55, 2020.
M. M. Student, H. H. Veselivska, O. S. Kalakhan, K. R. Zadorozhna, and Y. Y. Sirak, "Influence of the conditions of plasmaelectrolytic treatment of D16T aluminium alloy on its corrosion resistance in 3% NaCl solution", Materials Science, vol. 56, no. 4, pp. 550-559, 2021.
J. Martin, P. Leone, A. Nominé, D. Veys-Renaux, G. Henrion, and T. Belmonte, "Influence of electrolyte ageing on the plasma electrolytic oxidation of aluminium", Surface and Coatings Technology, vol. 269, pp. 36-46, 2015.
I. B. Ivasenko, V. M. Posuvailo, M. D. Klapkiv, V. A. Vynar, and S. I. Ostap'yuk, "Express method for determining the presence of defects of the surface of oxide-ceramic coatings", Materials Science, vol. 45, no. 3, pp. 460-464, 2009.
F. Simchen, L-M. Rymer, M. Sieber, and T. Lampke, "Composition of highly concentrated silicate electrolytes and ultrasound influencing the plasma electrolytic oxidation of magnesium", IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 19th Chemnitz Seminar on Materials Engineering – 19. Werkstofftechnisches Kolloquium, March 16–17, 2017. Chemnitz, Germany, vol. 181, art. no. 012040, 2017.
M. M. Student, I. B. Ivasenko, V. M. Posuvailo, H. H. Veselivs’ka, A. Yu Pokhmurs’kyi, and Ya. Ya. Sirak, "Influence of the porosity of a plasma-electrolytic coating on the corrosion resistance of D16 alloy", Materials Science, vol. 54, no. 6, pp. 899-906, 2019.
М. М. Student, V. M. Dovhunyk, V. M. Posuvailo, I. V. Koval’chuk, and V. M. Hvozdets’kyi, "Friction behavior of iron-carbon alloys in couples with plasmaelectrolytic oxide-ceramic layers synthesized on D16T alloy", Materials Science, vol. 53, no. 3, pp. 359-367, 2017.
H. M. Nykyforchyn, M. D. Klapkiv, and V. M. Posuvailo, "Properties of syntesised in electrolyte plasma oxide-ceramic coatings on aluminum alloys", Surface and Coatings Technology, vol. 100-101, pp. 219-221, 1998.
I. P. Shatskyi, L. Y. Ropyak, and M. V. Makoviichuk, "Strength optimization of a twolayer coating for the particular local loading conditions", Strength of Materials, vol. 48, no. 5, pp. 726-730, 2016.
L. Y. Ropyak, M. V. Makoviichuk, I. P. Shatskyi, I. M. Pritula, L. O. Gryn, and V. O. Belyakovskyi, "Stressed state of laminated interference-absorption filter under local loading", Functional Materials, vol. 27, no. 3, pp. 638-642, 2020.
L. Y. Ropyak, A. S. Velychkovych, V. S. Vytvytskyi, and M. V. Shovkoplias, "Analytical study of "crosshead - slide rail" wear effect on pump rod stress state", Journal of Physics: Conf. Series, vol. 1741, no. 1, art. no. 012039, 2021.
O. Bazaluk, O. Dubei, L. Ropyak, M. Shovkoplias, T. Pryhorovska, and V. Lozynskyi, "Strategy of compatible use of jet and plunger pump with chrome parts in oil well", Energies, vol. 15, no. 15, art. no. 83, 2022.
E. G. Vinokurov, T. F. Burukhina, and I. S. Kuroshev, "Ranking of metallic and non-metallic coatings in the electrochemical surface treatment sector", Tsvetnye Metally, no. 4, pp. 54-58, 2021.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
URN
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Володимир Посувайло, Максим Шовкопляс, Микола Романів, Володимир Малінін
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому збірнику, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають збірнику право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License CC BY-NC, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому збірнику.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи в тому вигляді, в якому її опубліковано цим збірником (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому збірнику.
Політика збірника наукових праць дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
