Влияние свойств матрицы на концентрацию алмазного порошка в композиционных покрытиях тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

чернівецький державшій університет

ім. ЮРІЯ ФЕДЬКОВНЧЛ

На правах рукопису ЮЩЕНКО ТЕГЯІІА ІВАНІВНА

ВПЛИВ ВЛАСТИВОСТЕ!» МАТРИЦІ НА КОНЦЕНТРАЦІЮ АЛМАЗНОГО ПОРОШКУ В КОМІІОЗИЦННІИХ ПОКРИТТЯХ

0z.00.04 - фізична хімія

Автореферат дисертації ма здобуті я паукового ступеня кандидата хімічних наук

Чернівці • 1997

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Вінницькому державному технічному університеті та Вінницькому держанному педагогічному інституті Наукові керіипшся: кандидат хімічних наук, доцент . Цісар іниа Олександрівна;

кандидат технічних наук, доцент

* ЗнаменськіїіГГеоргій Миколайовичі Офіційні опоненти: 1. Доктор хімічних наук, професор Тевтуль Яр°,ма Юрійович;

. 2. Кандидат хімічних наук, доцент ,

Кашпор Віра Миколаївна.

Провідна організація: Український Державний хіміко-техиоло-гічшіГі університет, м.Дніпропетровськ

Захист відбудеться «/^ » ^^^^1997 р. о год.

На засіданні спеціалізованої Вченої ради К 07. 0). 01 в Чернівецькому державному університеті ( 274012, м.Чериівці, вул. Коцюбинського, 2)

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Чернівецького державного університету ( м.Чериівці, вул. Л.Українки, 23). Автореферат розісланий » травня 1997 р.

Вчений секретар

Спеціалізовано? вченої раді» ЛявинецьО.С.

ЗАГАЛЬНА XАРАК ГЕР НСТИКА РОБОТИ

Актуальність і ступінь дослідження тематик». Після налагодження виробництва порошків синтетичних атмазів, пс.нн стали застосовуватися як друга фаза для одержання композиційних алмазомістких матеріалів і покрить, які є міцними, механічно стійкими, а також володіють абразивними, самозмазуючимн та іншими цінними властивостями. Одержання таких покрить сумісним елсктроосадженням алмазу та металевої матриці (так звані композиційні електрохімічні покриття КГП ) без складних дорогих прес-форм дозволяє виготовляти інструмент любого профілю і розміру, причому корпус інструменту' можна використовувати • г • л1 , ‘.'Пі .і іу.а-у.ІШ *'іЗГ/0ЯКТ0

багаторазово після вироблення алмазоносного шару. Алмазний

порошок при електроосадженні не зазнає механічних і температурних Пилипів як, наприклад, при отриманні алмазоносного 'пару

методом порошкової металургії. Зерно алмазу може бути зарошено

•{іл,. і г» у. ■ ■ "і і. ';.<-.-;чг:з:ї ОТОЙ -’фТ

на ліобу висоту зерна. Гострі вершини алмазу, які виступаю іь над

матрицею, забезпечують „високу ріжучу здатність абразивного іи-

«■> і;’ 'л'лі'і.?'!;/, *Т Я'-•

егрументу: коиценфація алмазу и ньому повинна бути достатньо

' - ти:и'-‘оф;іг ї> чимг.г.г.іС'.'д;;."

високого (40-60%).

Незважаючи на велику, кількість досліджень, мгхшшм одержання КІіІІ ще не до кінця вивченії»! і прогнозувати склид ЇСЕЇІ до»

п ;;т ;чЧн,"’;сч»>егчі.т? і- агпчім

стаїньо важко. Пважапься, що дрібні ( розміром менше 10 мкм )

диснсрсіи частики сферичної ((юрми не можуїь подоли їй роїкли-

іиоіочші тиск та закріпиінсь мпірпцскС’:а мліц£»фапііі а матриці’

липйгн; п .Го /О ,'Л і 'І", -• - .-V '-‘V .■.

більших за розміром часіішок залежить від їх ларя;іу, индіяег.ия под то, нопярішнії катоду. Значну кількість покріпи оіримують на

, • - ■ ,.4- _ • . . , .

основі нікелю. Проте нікель в’язкий і може налипати на ріжучу

-г'1 ї\ , - .■

крайку алмазних зерен, знижуючи інтенсивність обробки, особливо твердих матеріалів. Алмазомісткі покриття на основі більш м’яких матриць міді, цинку і кадмію майже не досліджені; в цих покриттях концентрація другої фази незначна. В той же час покриття з м’якою матрицею, особливо з дрібним алмазним порошком, можуть бути використані для фінішної обробки твердих матеріалів (алмаз, корунд, тверді сплави). Обмаль інформації про алмазомісткї електрохімічні і хімічні сплави, які дозволяють здійснити плавний перехід від твердих до м'яких матриць. Вплив фізико-хімічних властивостей матриці на концентрацію алмазного порошку в покритті практично не досліджено.

Мета роботи. Виявлення впливу фізико-хімічних властивостей матриці на концентрацію в покриттях алмазного порошку різної дисперсності при Його незначній концентрації в електроліті для формування наукових основ технології одержання покрить з високим вмісточ алмазу на інструменті для обробки твердих матеріалів та впровадження її у виробництво.

Основні завдання наукового дослідження: ‘ ■ ' ' ‘

■ІрГ.О !ОЛи;:* .,/} ., ' •• '.'іі :* -Н

• дослідження механізму контаюу дрібних частинок алмазу (роз-

«ОД Я .■ V иї,!-:<-- и;?.:, і : ■>;} ип V: І \ :

, мірод меише їй мкм) з горизонтальним електродом та подолання ними розклинюючого тиску; .

♦. виявлення впливу складу матриці на основі електрохімічних покрить Си, гп, СсІ, сплавів гін Ре, Со, N1', одержаних із простих

иііКі »»у. гч" |-'ї. У І 5 і ?< • *3 і *•_%’? 5?-' і ді і У*-’1 "•

зиттщї': лобної: '(«мзііГ

сульфатних електролітів та хімічних матриць Си, Си-М, Мі-Р-Си на зарощування аішазу В покритті;1 ; ; /7

• дослідження зв'язку між концентрацією алмазних частинок н

критгі та властивостями матриці (структура, мікротвердість; іск-стура), поляризацією електроду, мінімальною густиною сіруму^ осадження та розподілом металу на електроді; ; ' 5

• розробка теоретичних основ технології одержання ! гіокріігй ■ з

високою концентрацією алмазу На 11Інструменті для обробки твердих матеріалів. *• :• г<‘--* ‘ *

Теоретична цінність дослідження тй ііоґо гіаукова новизна.г

• Встановлено механізм зближення з горизонтальним електродом алмазної частинки та подолаіііііі їюо розклинюючого тііс«у;шра-ховуючи форму частннкита сїііііі^гцо діютіі на неїГ'] і іі; г^оіпїсж

• Виявлено зв'язок між ^уюурьіо' міїсротвердістк)' матриці,£|мі^і*

мшГьіюю густиною‘струму Усад^енйя’т% вмістом алмазних>час-тііііок в покриттях. ■' 'и4*'Ч’< ’> нлігі;.р>:> ет'т «ги

• Обіруїітопано, що зміна нолярйзяції е}іейрб,ту'іне-іііможСібути

критерієм, який однознаМіЬ' ттІііачає концентрацік) й]іуго^фазіі:в маїрнці. '* ‘имі^-атік»

Вперше одержані та досліджені' пок^т#з Ьисокй*г Ймісгомі7*щ мазкого порошку п матриці на основі електролітичних сшіавїв кішку з металами і рупії зал па іЛхімічиїїхіюкрИгь'Єиі Си^і, ІЧі-Р-Сн. Отримані на базі' сксисрііментіільііііх данії* рівняння регресії дозволлють прогїішувапі скліід сплавів Ц»«нку^' ! ‘

а

Практична цінність робота. _ Дані, про вплив властивостей матриці на вміст алмазного порошку в ній були використані для одержання покрить на інструменті, який використовується в процесах обробки твердих цатеріалів. З цією метою:

• розроблена технологія, нанесення покрить різного складу з і високою, (40-65%) . концентрацією алмазного порошку дисперсністю (1 -100 мкм ) при його . невеликій концентрації 10,5 -

5,0 г/л ) в електроліті; ,

• запропоновано високопродуктивний спосіб одержання покрить з високою концентрацією алмазу на інструмент» при вертикальному

. розміщенні катоду завдяки відхиленню його на певний кут в залежності від розміру частимок алмазу; , „ ; . _ .

• розроблено оригінальну конструкцію інструменту з ф^рним

профілем, на якому нанесене алмазомістке покриття;,це дозволяє обробляти тіла складного профілю. , : . ; . .

::г.о Рівень реалізації. Випробування в лабораторних та промислових умовах інструменту. з (алм8кзрм»сткою матрицею дозволило вибрати оптимальні за складом покриття для обробки різних матеріалів, .ішро.кщжена на Вінниці кому заводі

«Кристал».;

;іу, ■■ ■ Апо&баїїія■ роботи. Матеріали дисепгаціі доповідались та обго-«орюЕадись.;!нагУ;-конференції «Текстури і рекриста-лЬашІ в мегаод;} йРШ^>і.;(чМ.у{ф#<.;1987 р.), Українській республіканській конференції «Теоретичні основи технології нанесення хімічних покрить з металів і сплавів» (м.Київ, 1988р.), зональній на-

уково-технічиій конференції «Сучасні проблеми корозії і ззхисту металів від корозії в народному господарстві» (м.Уфа, 1990 р.), У! науково-технічному семінарі з фосфору «І іаукопі і матеріалознавчі проблеми хімії фосфору і його неорганічних сполук» ( м.Львіи, 1993 р.). 3-ій міжнародній науково-технічній конференції «Контроль та управління в технічних системах» ( м.Вініїиця* 1995 р.), І Українському електрохімічному з'їзді (м.Киів, 19^5 р.). конференції «Ресурсо- та енергозберігаючі технології в промисловості» (м.Оде-са, !996р.), У Всесвітньому конгресі хімічної інженерії (м.Сан-Діего, 1996р.).

Публіка»». Основні результати досліджень по темі дисертації опубліковані в 14 друкованих працях, серед яких 7 статей і 1 авторське свідоцтво. '

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, аналітичного огляду літератури, методичної та експериментальної частини, розділу викладення та обговорення результатів, висновків і переліку цитованої літератури, який включає 145 найменувань. Дисертація викладена на 137 сторінках дручарського тексту, вміїцус 37 рисунків та 11 таблиць.

Конкретний особистий внесок дисертанта у Розробку пінкових результатів. то виносяться на захист. Основіїі експериментальні дані, то використані в дисертаційній роботі, одержані безпосередньо автором. Дослідження інструменту з нлчазомісткнмн покріп* тями приводились разом з молодшими науковими співробітника' и Лободзінськнм 0.11., Громовою Т.Ф., Шеремет В.Д. Інтерпретація

результатів досліджень та їх узлипьнення здійснені дисертантом .спільно з доцентом Цісар І.О. та доцентом Знаменськнм Г.М.

Методи дослідження. Дисертаційна робота виконана із застосуванням комплексу експериментальних методів:

• електронної та звичайної мікроскопії, рентгеноструктурного аналізу та поляризаційних кривих для дослідження фізкко-хімічних властивостей матриці;

• атомно-абсорбційної спектроскопи, хемілюмінесцентного аналізу, а також традиційних для хімічного аналізу покрить;

Дослідження інтенсивності різання та стійкості покрит ь проводились згідно спеціальної методики.

Математична обробка результатів хімічного аналізу сплавів Проводилась із застосуванням програм КОМВ1, ОМОН, ІЛІТУ.

ОСНОВИ ИІІ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі дисертаційної ррботи узагальнено та зроблено критичний аналіз літературних даних стосовно причин, які впливають на механізм зарощування та концентрацію дисперсних частинок в маїриці - за^дд частинок, поляризація електроду, виділення водяні, розсІюча здатність ?леюроліту, тошо. Детально проаналізовано дію розклинюючого прошарку електроліту на можливість зарощування частинок малого розміру .Відмічено, що вилив фізико.-хімічннх властивостей матриці ма вміст другої фази

в ній досліджено недостатньо. Все це і визначило мету та основні завдання роботи. ,

Другий роуііп присвячено експериментальним метолам дослідження, використаним в дисертаційній роботі. Визначення поверхневої концентрації алмазного порошку в покриттях, дослідження структури, розміру зерна матриці, а також поверхні електроду для знаходження мінімальної густини струму осадження проводили методом м і крос коп ії.Тексту ру покрить досліджували методом рентгеноетруктурного аналізу, мікротвердість Еизначалн мікротвердоміром. Поляризацію електроду розраховували, використовуючи поляризаційні криві, розподіл металу на електроді досліджували за допомогою розбірного електроду. Заряд частинок алмазу визначали фотоелектроколориметрнчним методом, а хімічний склад покрить - ваговим, об’ємним, атомно-абсорбційкнм та хемілюмінесцентним методами. З метою зменшення електропровідності алмазних частинок, усунення поверхневих домішок проводило спеціальну обробку алмазного порошку. Дослідження абразивної здатності одержаних покрить здійснювали на спеціальних установках.

В третьому позділі наведено механізм зближення алмазної частинки з горизонтальним електродом та розглянута можливість подолання пего розклинюючого прошарку електроліту. Після швидкого однорачоиого перемішування електроліту і невеликою (0,3 -

5,0 ,’/л) концентрацію алмазного порошку (розмір частинок І -100 мкм ), частинки вільно осідають на горизонтальний електрод. Зроблений нами аналіз сил, діючих на частинку, іцо опускастьс* при малих числах і’ейнольдеа. показав на переважне опусканії*

частники на катод її цершиною (алмазні частники як правило мають окгаедричну та кубічну форму). Навіть якщо частинка опускається рід кутом, підйомна сріа викликає розворот її до тих пір, поки вісь симетрії частинки це стане паралельною вектору її швидкості. Це підтверджено дослідженням під мікроскопом зарощування алмазних частинок, а таь^ж експериментами з графітовою частинкою ок-таедрнчної форми, що повільно опускалась в скляній грубі з електролітом.

При входженні октаедричних та кубічних частинок вершинами в розклинюючий прошарок елеюроліту площа, на яку тисне цей прошарок для октаедра і куба значно менша ніж для сфери. Тиск, що створюється вершиною октаедра чи куба на розклинюючий прошарок більший, ніж тиск, що створюється сферичною частинкою тієї ж маси. До того ж входження клиноподібної вершини в розклинюючий прошарок відбувається за рахунок розсування шарів елек-фоліту, а не їх стиснення. Це пояснюється тим, шо модуль зсуву граничних шарів електроліту має значно меншу величину, ніж розклинюючий тиск. Тому сила опору проникнення клиноподібної частинки в розклинюючий прошарок значно менша, ніж для частинок сферичної форми. .

Таким чином наші розрахунки та експерименти показали, ідо

*

навіть частинки алмазу розміром 1-2 мкм можуть подолати розклинюючий тиск і контакгуват и з катодом, що створює можливість зарошування ?х металом матриі'і. Ця можливість залежніь від влас-тнвостей матриці, Зближення частинок з катодом за рахунок елек-трофоретичіюго фактору, мабуть не грає суттєвої ролі, оскільки ,

II .

частинки алмазу практично не заряджеиі. як показали Наші дослідження.

В чеі пертому розділі наведені результати експериментальних досліджень, впливу властивостей матриці на можливість зароїчу-' вання некУ алмазних частинок і їх вміст в иокріпті. Дослідження показали, що алмазний порошок (марка АСМ) розміром < 50 мкм не зарощуканся міддю із сульфатних електролітів. При введенні в електроліт попер.хнево-активних речонин (ПАР) йонне- та нейон-ногепнрго гипіп не було виявлено прямої залежності між поляризацією електрод\( &<?), розподілом металу на електроді (РМ) та 1ІМІСТОМ ЛСМ Я ПОКрИТГІ ((’„) (рис.\).

Хід зміни концентрації портику в покритії узгоджується зі зміною мікротвердості ( НУ). Дослідження структури показали, що збільшення мікротвердості корелює із зменшенням розмірів кристалів міді (/■„.) (таблиця 1).

Кристали міді, які отримано методом електрохімічного осадження, мають великий розмір і гостру форму, на що вказує також сильна текстура (МОЇ * великою сгупінниі досконалості, яка иоиторюс текстуру НІДДОЖКИ брон ’!!. Такі кристали при своєму рості піднімані її. частнику іілмїну і «она не іарощуїться.

При введенні І Т ЛІ’, які сприяють зменшенню розмірів крнепь лін міді і збільшенню її мікротнердое ті,частинкн аімазу не виштовхуються малими кріїстаяяміГмілі. 'я зпросгшоп. мепілом до периметр ру алмазу; коїщетрап.ія інчо п матриці зросШ.'Мінімальна гостина струму осадження нрп якій метал иовиістіб нокрНвпс каїол,

при введенні ПАР також збільшується, зменшуючи ймовірність роср' металу на поверхні катоду, яка екранується частинкою. Тому зерно алмазу не виштовхується з покриття. ,

/ :;н ■■'? . ■. 'А% ВС> >■*{< . ,*'С„ ' щ-рн ■г, Л--1У:

. 60 не- /

АО це /і

44

мУ •" 0 і: Ц2- ■ > І Х 'Т*

нУ,

я, Л'/ІГ1 г<

, Тч.- 1 •

і20і?

лш

......... _ гг Л'Л Ж УГ М6 М/ Лґв

Рис.І. Вплив властивостей мідної матриці на концентрацію в . ній алмазного порошку. Електроліти, г/л: Ь Сульфатний

{ Сг/йО^Н/)-200, Н^О,- 70 ) без * ПАР; 2. 1 + сульфаиол СаНиС.И£ОМа', 3. 1 + тіосечовияа С6'(Щ)» ; 4. 1 V авіроль

-«іі ?іі'. . / гл'^ї ііі - ^ : ' 'Ніг-"**! ЇЧіЛїі і'^-ї ї '

СЩСф.Щр^тщСН^ 5. 1 + синтамід

рг» 8-18, т = 5-6, 10; 6.1+ желатина (суміш пол|пепт»ців-;СсУ-Л7/-),;г ,7. 1 + вінаксолЯ-СИ-, 8. Піро-.фосфатЩ.^О.ЩОф, і,^,Д.10Я?рт.15р? .ИМЩ;ЩО- 90)

'{ііЛІ і', -і)‘і : -і :;,-Л,ЪЛи’ І- ; ' ;/ \и,

,>з,;.и||9казад|)5, шд;/п, лбуииіення^ідо

.^У9Й

наы*и^і^ачр/;нків?~ 10"г£/сл/* >пере-: цииіує крйсталізаційний тиск міді. Але навіть при зарощенні їх на

20 - 30%,свого,розміру, недшна мідна маїрішя не втримує алмаз і частинки викришуються. Аналогічні результати були одержані для

' ' С*1'’ - г.'.г Л :;:уік:.пї!ІН 'ГЛАЇНН ОНЙ.ЇІ.І

кадмію і цинку. .

. ' . - Таблиця І.

■' 1 ( ^ і у: (І‘Я А Г,ГіК

- ^.Залежність поверхневої концентраиії алмазного

«V’.. ./і*». . { ?**“ * , Др, с,

Матриця МПа;. мкм А/дм' ; % •

‘ N1' 2475 0,3-0,4 0,1 • 340- 50-60

Си 1100 3,5-4,0 0,02 1 -47- _ (1

СО(тіосечовина) 1680 0,9-1,0 0,2 70 30 0

Си(желатина) >д ' 8 Гї : ' . : 1 1300. 180

гп 830 40:’50 0,05 100 0-7

, Сплапгц-ічіі .нм, 2-3 <и 205 40-50

•>')!- , Ч Сй(желатнна) 450 540 •ГА-. ■ 35 50 ' 0 0-2 г ..., ^

С<%ротрогтін) 850 С;, ‘; » г •, '•! - - ч 40 20 - Ґ<П' /

!;•' ,,л я я

!Нич^П?>00

.мо^ия»

)вт)

лпрїнп

и-і

--!■■■■ ::н; ^Й<Мв!:.В5лЯЭ

: Таким чином, на вррщуваннп частинок в мідну матрицю най-

1 '■... '<з і.-5і(и.с; л';';!,;;;*.:'. ом {.,чл ін&’.'Н

більше вплітає розмір зерна меіалу, мікротвердість ги міцність мя-

; .--і-. .Ы,Ы:< і І: и ты'а;г<и,иип

триці.,.величина мінімально? густини струму осадження. Загальна

ЧЪПы.ыинча н пупу,*,:*;» туя Ч-*іи<піун«я нріч игпі'/а

подяризацід .катоду, не може бути пикорнсгапа для однозначного ви*'

. •* ■п.і-.И!., •» , V і і Ї І; 5 / ї V! V-- >ї Г’.Г.У б Ь«!15ЧЗ^

значення концентрації алмазного порошку в покритті, бо* криста-

• • ! Т * ПГ і /і) УГ^'ЩЭ КНїП.'і'П

лізаційіт перенапруга може змінюватись неадекватно ЗІ зміною'

. . з’І-П.і ■Зь'ЛП'І5 *

загальної поляризації.

В цинковому покритті, шо має великім розмір зерна і відповідно низьку мікротвердість, а також малу мінімальну густину струму осадження, концентрацій алмазного порошку невелика і залежить від розмірів частинок алмазу (г.) (таблиця 2).

. • . • - - ■ Таблиця 2.

Залежність концентрації алмазного порошку в цинковому покритті від розміру алмазних частинрк

га, мкм 20 50 100

С',% 0 2-3 ; 5-7

При введенні в електроліт цинкування Мг1,Ґе,1,Сог1, які підновлюються із значною перенапругою, і одержанні відповідних сплавів, зменшується розмір зерна і мінімальна густина струму осадження, збільшується мікротвердість матриці в порівнянні з цинком, концентрація алмазного порошку в сплавах зростає до 4050% (таблиця 3). Хімічний аналіз сплавів свІдчиіь, що із збільшенням густини струму рміст цинку в покритті зменшується. Максимальний вміст цинку при інших рівних умовах спостерігається в сдлаві 2п-Ге, що пояснюється деполяризацією виділення цинку і гальмуванням розряду іїонів заліза в присутності цинку. Викорнсто-вую'іи рир} алгоритми" за двума*програмами в автоматичному режимі були отримані залещ«.іс(і вмісту цинку (У) н сплавах від |у«тинй струму (О та часу осадження ( г ) : ‘ .> 4

* Сплав 2п-Ре

V* 1.0762-1 СІ*-1,0140 ЮЧ+ 1,0914-101-г (0 V - ^

■; і':

Г= 1.0761 І О2 -1,0140-10’ +1,0911-10'г т

• Сплав Мі-7п . „

У = 7,78и7 -10’-1,0550- 10і -і, -. г;

У’= 5,9435-10' -4,7269:10'1 -т

• Сплав Со-7.п У = 1,0678 ■ 10і -1,5136 і 10‘ •/,

Г=4,8849-10' і 7,3465- 10і-т. '

Зрііна часу електролізу значно менше впливає на вміст цинку в сплаві в .порівнянці з густішою струму. Ці рівняння можна застосувати для прогнозу вмісту цинку в сплаві і для інших значень і, і т, які не сильно відрізняються від вказаннх.

Зростання мікротвердості з густиною струму сплавів очевидно пов'язане із зменшенням в сплаві м'якої складової (цинку). Розмір зері а сплаву залишається практично однаковим і концентрація порошку в покритті теж. Поляризація сплавів прй густині струму \А/дм2 зростає незначно в порівнянні .» цинком, що мабутС пов’язане зі значним вмістом щінку в сплавах. Збільшення густини струму супроводжується зростанням поляризації солану, що мас більший вміст Ні, Со, Ие, ніж приЫ/сХк’. Однак цс не впливає на концентрацію алмазного порошку в покриттях. Збільшення поляризації матріщьз алмазним порошком в порівнянні з бсталм^зною^ матрицею, очевидно, викл и кане екрануванням поверхні електроду алмаз* ними частинкамн. ......... - . <

(3)

И)

!(5) : (6)

Таблиця 3.

Вплив властивостей матриці сплаву на концентрацію алмазного порошку в покритті (г.=І4-20мк.м ) *

Матриця Електро- літ, і т, Вміст гп, Вміст іругого НУ, Д<Е>, 1 мВ 1

г/л л/а«’ їв. % металу (Fe.Ce, N1),% МІІ я б«АСМ з АСМ

ги ги*1-8о І 60 100 0 823 100

N.ЩЩ- 2 зо 831 150

100 - ‘ - 3; 20 828 . 170

гп-ге 2п+г-40; 1 60 98,4 . ь6 1593 147 245

Ге1-80; 2 ЗО 87,5 12,5 1876 211 367

Н,ВО,~10 3 20 77,5 22,5 • •'; ,*;» 2295 І, ! < 277 468 - ■ .і' : -і' / • -

гп-м ЯгМО; 1 60 86,7 *М 1357 133 205

ЛЇ°-80; 2 30 78,0 22,0 1741 223 410

Я,Щ-20 . з’г . 29 65,6 34,4. 2445 280 440

2*Иг&і Й«*Л4Р; 1 ,60 91,4 8,6. 1435 •< Ш 268

Со*а-80 2 ЗО 77,0 23,0 1532 178 ,350

. Зі і. .';; 3 20 61,2 і.',;-І 38,8 2138 ЛХ, ; 2і? 477

ви -.ч> Ь;'п- V! .о ’ .•

. , Концентрація „алмазного порошну, як і мікротвердість, зале: ’лГ'Кі -‘і 'і’-. і? і ►“/' І і, .• С; і;;,і? .«*}• і і.-»;/’,'. ^

жнтьвідрМ розчину (рис. 2)..Прн[ низьких pH вихід за струмом ие-талу ду»$е малин, »цо пояснюється інтенсивним виділенням водню,

' і'Г'-.і, .-.і; ,ОіП.Пнииц лКИП

який зриває частинки алмазу і поверхні. _ ^ ^

' ТаШм чином, віікорйстов^ючй матрйцю із сплавів цинку з Ре, Со, Мі вдалось одержати‘покриття з мікротвердістю від 1300 до 2500 МПа і досить високою (40-50%) концентрацією алмазного порошку.’ " ...........

Рис.2. Залежність виходу за струмом (ВС) металу (криві 1,3,5) і ісон-. центрації алмазного поропку (Cj в покритті (криві 2,4,6,7) від pH електроліту. '1,2-Ni; 3,4 - Со; 5,7- сшіав Zn-Co; 6» сплав Zn-Fe.

sii j і Мідна кійтриця, одержана'методом хімічного відновленая, зарощує давіть дрібні частинки алмазу (таблиця 4) . Мііфотвердість >;,;’«хімічііШ міді більша, ніж «.електрохімічної»;текстура така ж, але г виражена Сл&бко, що може аказунати казменшсння розмірузерен

металу. Дійсно, крнртд)»і(«хімічнрї» міді менші «електрохімічної» і >іе ьишіовлують алмазні частинки нри рості покриття. -

г ,, ГІрИ введенні в концентрований електроліт хімічного міднінни невеликих кількостей йонівА'/'2 (1,5г/л), мікротвердість Покрить рі чко зросла, текстура [110], як і для міді також виражена слабко, Концентрація алмазного порошку зросла до 40-50%.

, Таблиця 4.

Залежність концентрації алмазного порошку (('„) від складу і

властивостей мафіщі, одержаної методом хімічного відновлення

Матриця Розміщен- С.% *\і,' і НУ, Тек-

ня зразку розмір зерна алмазу г, мкм МПа стура

мкм

\л ; 5 - 7 14-М

Си гориз. ' 5 . 11)-! 5 10-15 0,15 1400 110

Си-№ горМз. - '■ г 40-50 0,12 2500 110

(N13-4%) ....... ..... - ^ ..

№-Г-Си ГорИЗ. 40-50 50-60 60-65 ДО 5040 111

(ї:« 16-22%) йертик/ 25-30 25-30 30-35 0,1

Одержано високу концентрацію алмазних частинок, в тому числі і дрібних ( 1-2 Мкм) » хімічному сплаві Мі-Р-СЧі, що зумовлено малим розміром зерна сплапу, збільшенням мі крої пер досі і і слабко вираженою’ текстурою мінного сплануєш). , .

Із збільшенням гемиераіури шнндкість-осадження сплаву

* Мі-Р-Си тросі ао 11а горизонтальних зразках і а:іщімнм ііорошком

вона набагато менша, а на вертикальних більша, ніж на зразках без алмазу (рис.З). Це пов’язано з тим, що осадження на вертикальному електроді проводилось при постійному перемішуванні суспензії і гострі вершини алмазу активували поверхню електроду. В той же час, частина поверхні як вертикального, так і горизонтального електроду екранувалась алмазними частинками, шо зарошувались матрицею. Різний ступінь екранування та активування поверхні підтверджується величинами уявної снергГі активації Е„ і зсувом у часі сгаціонариого потенціалу.

і Рис.З. Залежність швидкості осадженн* ( V ) покрить від температури (Т ) (криві 1,2,3) і-а логарифму швидкості () від^-(кривії ,2'з )• 1,1- Мі-Р-Си, £„=26,84кДж/моль; 2, 2 - М-Р-Си * АСМ, горизонтальний електрод. Я, = 28,50аД чс/мть; 3, 3*Мі-Р-Си+ АСМ, вертнкаїьний електрод, Е.=26,66кМяс/мшь\ г.=~- 5-7 мкм.

Таким чипом, одержані результати свідчать про тс, що властивості матриці (розмір зерна, мікротвердість покриття, ступінь тек-стурування), мінімальна гостила струму осадження в основному ви-' зламають концентрацію алмазного порошку в матриці.

В п’ятому розділі наведено результати досліджень з практичного використання алмазомістких покрить з високою (50-60%) концентрацією алмазного порошку.Дані, отримані при вивченні впливу матриці на вміст в ній алмазного порошку, лягли в основу створен- * ня технології одержання інструментів з алмазомістким покриттям на різних матрицях для обробки твердих матеріалів. Гранильні *(птм з алмазомістким покриттям при обробці ювелірних вставок і» синтетичного корунду мали більш високу інтенсивність шліфу) пащу чистоту оброблюваної поверхні; в 4,4 рази менші ви-мпч* тмалного порошку в порівнянні з кругами, виготовленими

ч.Т'М'июМ порошкової металургії.

Гуп спроектована ділянка для одержання алмазного інстру-'мчмувцеху Одеського ювелірного заводу і одержана в виробни-■ту. умовах дослідна партія кругів.

Розроблено оригінальну конструкцію кругів і фігурним профілем, то дозволило обробляти вироби складної форми з корунду та природного каменю. ГІри цьому збільшилась точність обробки деталі, стійкість кругів зросла в 2 рази в порівнянні з кругами німецької фірми «Вінтер».

При розпилюванні природних алмазів диски з гальванічним алмазомістким ііокрігпям по всім показникам (інтенсивність, стійкість, (Прага алмазу при розпилі ) показали кращі результати ніж

серійні ліски, на які алмазна паста наноситься ручним способом. Це дало змогу перейти до використання дисків з гальванічним покриттям.

Запропоновано спосіб одержання дисків при вертикальному положенні катоду, що відхиляється на певний кут в залежності від розміру алмазних частинок. Розроблена технологія впроваджена на Вінницькому заводі «Кристал».

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Досліджено механізм зближення алмазної частинки з горизонтальним катодом та подолання нею розклинюючого тиску з урахуванням форми частинки та сил, що діють на неї. Показано, що частинки алмазу розміром < 10 мкм можуть долати розклинюючий тиск прошарку електроліту і контактувати з електродом.

2. Виявлено зв’язок між властивостями матриці (структура, мікро-

твердість, гексгура), мінімальною густиною струму осадження і концентрацією алмазного порошку в покриттях. Встановлено, шо зміна поляризації елеігроду та розподіл металу на електроді не може бути критерієм, що однозначно визначає вміст другої фази в матриці. . .

3. Показано, що одержання високої концентрації алмазу в покриттях на основі металів, шо виділяються з малою поляризацією (Си, Хп, Ссі) южлнве при введенні в.сульфатні електроліти таких поверхнево-активних речовин, які збільшують мікрогвердість матриці,зменшуючи мінімальну густину струму осадження.'

4. Встановлено, що при одержанні електролітичних сплавів цинку з №, Со, Ре зростає співвідношення між розміром алмазної частники

1 величиною зерна матриці, що призводить до збільшення вмісту алмазу в покритті. Поляризація електроду та густина струму практично не впливакль на концентрацію алмазного порошку; при збільшенні pH концентрація його зростає. Отримані на базі експериментальних даних рівняння регресії вказують, що густина струму значно більше впливає на вміст цинку в сплавах, ніж час осадження.

5. Цос'.иіджепо вплив складу покриття, одержаного хімічним від-чпг.кгтіям на основі матриць Си, Си-М, М-Р-Си, на концентрацію в покриттях порошку різної дисперсност і. Встановлено, що найбільший вміст частинок алмазу навіть невеликого розміру (I-

2 мкм) можна одержати в сплаві Мі-Р-Си, що пов’язується з особливостями його структури. Швидкість осадження матриці і концентрація алмазного порошку в ній на горизонтальних і вертикальних зразках залежить від ступеня екранування поверхні алмазними частинками і від її активування вершинами алмазу, що підтверджується величинами уявної енергії активації процесу.

6. На підставі встановлених закономірностей розроблено науково обгрунтовану технологію нанесення покрить різного складу з високою (40-65% ) концентрацією алмазного порошку дисперсністю С 1-І 00 мкм) при його невеликій ( 0,5 - 5,0.ул) концентрації в електроліті. Запропоновано прогресивний спосіб нанесення покрить на вертикально рочміщеннй катод » відхиленням його на певний кут в зшісжшхяі від дисперсності порошку.

7. Розроблено оригінальну конструкцію кругів з фігурним профілем, що дозволило обробляти вироби складної форми. Створений нструмент з алмазним покриттям по інтенсивності, стійкості, чистоті оброблюваної поверхні, економії алмазного порошку та металу мав кращі показники, ніж одержані методом порошкової металургії. Розроблена технологія впроваджена на Вінницькому заводі «Кристал». . .

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В РОБОТАХ:

1.Цисарь И.А., Знаменский Г.Н., Ющенко Т.И., Пачес Л.В. Алмазосодержащие износостойкие, и абразивные покрытия // Гальванотехника и обработка поверхности.-! 996.-№ 1. - С.21-28.

2. Ющенко Т.И., Цисарь И.А.. Знаменский ГЛ., Шеремег В.Д. Влня-

иие поверхностно-активных, веществ на электроосажленне алмазосодержащих композиционных покрытий И Порошковая метая. лургня.- 1997. 3/4.- С.82-85. ... . \

3. ЮщеНко Т-И, Циеарь И,А., Знаменский Г.Н. Получение абразаь-

,, них. покрытий методом химического осаждения //Сверхтвердые

материалы.- |988.,-№б.-С.25-27. . , . ..

4. Ющенко Т.И.,ЦисарьИ.А., Знаменский Г.Н. Исследование кои-

позиционных алмазосодержащих покрьгпіі) на основе медл и сплава» никель-медь. - К., - II с. - Деп. в ГНТБ Украины

05.04.9і,№759-Ук95. . ; л

5. Способ изготовления алмазных дисков: заявка № 95052476. Решение о выдаче патента 25.02.97. МПК 6 В 24 □ 7<Ш. В 2К

. 24

Р 5/00 / / Знаменский Г.Н., Цисарь И.А., Лободзинский А.П., ; ЇОіценко А.В., Ющенко Т.И., Полянская Ґ.Л. ; '

6. Цисарь И.А.; Ющенко Т.И., Патлатюк А.С. Текстура электролитических покрытий с дисперсными частицами // Сборник неученых'трудов:''‘Повышение эффективности и надежности машин и процессов - Киев УМК ВО.- 1989.-С.! 37-142. ■ .

7Дубовенко Л.И., Рымар Т.П. (Ющенко). Хемилюминесцентная реакция 4-аминофталгидразида с перекисью водорода в присутствии Си(Н) // Укоаинский химический журнал. - 1983. - Т.49, № 4. - С. 395-398. :';'л '

8. Барабой В.А.Дубовенко Л.И., Пилипёнко Л.А., Ющенко Т.Н. Хе-міиіюмйнесцентное определение мбдй в' сыворотке крови 7/Укра-йнский биохимический журналі - 1985. - Т.57,1 № 3. - С.52-54.

9. Ющенко Т.П., Цисарь И.А., ЗнамЬнскнй ҐІІ. Полученйе абразив-його покрытия методом химического осаждения //Теоретические основьі технологий нанесения химических покрытий из 'металлов й сплавов: Тезідокл. Укр.’ рёсгь конф.-Киев -19»8,- ТШ. - С.9-10.

Ю.Знаменскиіі Г.Н., Цисарь И.А., Йііїенко ТГЙ.,ЧІГер'емет В.Д., Громова ТФ. Электролит меднения Для равномерного покрышя по-перхностисложногопрбфиля //Современные проблемІ.і коррозий и защит металлов от коррозии в народном хозяйстве г Теїг доісп. зональной научнб-техн.конф. - Уфа. -1990. - С. 40-41. ’ ' ‘ -

I (.Знаменский Г П., Цисарь И.А., Ющенко Т.Й.' Текстураэлсктро-ЛИТІГІССКИХ и химических покрытий с дисперсными частицами //Наукові і матеріалознавчі проблеми хімії фосфору і його неорга-

нічних сполук : Тез.доп..УІ науково-техн. семінару по фосфору «Фосфор України - 93». - Львів. - 1993. - С.97.

12.Цисарь И.А., Ющенко А.В., Знаменский Г.Н., Ющенко Т.И..Контроль ’•ехнологического процесса получения алмазосодержащих покрытий // Контроль и управление в технических системах: Тез. докл. 3-й межд. научно-техн.конф. - Винница,- 1995.-Т.П. -С.303. ІЗ.Знаменский Г.Н., Цисарь И.А., Ющенко Т.Н. Эффективность работы инструмента с алмазосодержащим покрытием И Тез.доп. І Українського електрохімічного з’їзду. - Київ, Пуща - Водиця. -1995.-С.70.

14.Цисарь И.А., Знаменский Г.Н., Ющенко Т.И., Ющенко А.В. Алмазосодержащие износостойкие и абразивные покрытия // Ресурсо- и энергосберегающие технологии в промышленности: Тез. докл. научно-техн. коиф.-Одесса.-1996.-С.II4-II5.

АННОТАЦИЯ ..........

Ющенко Т.И. Влияние свойств матрицы на концентрацию алмазного порошка в композиционны:, покрытиях. Диссертация на соискание ученой степени к: ндидата химических наук по специальности 02.00.04 • физическая химия. Черновицкий государственный университет. Черновцы. 1997. ......

Защищается 13 научных работ и І авторское свидетельство, в

которых отражены результаты исследования влияния физико-

• ' . -’Т'.Ч* 1 )

химических свойств матрицы на концентрацию в і окрытиях алмазного порошка разной дисперсности при его незначительна** концен-

трацнги в электролите. Установлен механизм сближения с горизон-т&чьным электродом алмазной частицы и преодоления ею расклинивающего давления. Выявлена сьязь между структурой, микротвердостью матрицы, минимальной плотностью тока осаждения и содержанием алмазных частиц в покрытии. Обосновано, что изменение поляризации электрода не может быть критерием однозначною определения концентрации второй фазы в матрице. Впервые получены и исследованы покрытия с высоким содержанием алмпчю1« порошка в матрице на основе электролитических спла-воп шяиса г. металлами группы железа и химических покрытой Си,

Сн-Мк м; Р-Сц. Полученные на базе экспериментальных данных

с!/: ! «.ини-ыО,- I г-ьа:у ' ’■

урапиеиия ре?рсссии позволяют прогнозировать состав Сплавов

пинка. Дан»»л- о влиянии свойств матрицы на содержание алмазною порошка в ней были использованы для разработки технологии нанесения алмазосодержащих покрытий на инструменте, который используется в процессах обработки твердых материалов.

• • • ----с. г д-* >5 г С 1^. . '

Разработанная технология внедрена в производство.

. •.......• M SMHMARV

/-sf; 'A:‘J

Yuschenko T.I. Influence of matrix properties on the concen-

. ?il .t i-.s-1 .„t s A- * 'L ~ i~ Eic* ■ ■' 'V K ' ‘v’ “f *> ‘v * ' •- "/.*) * ^ '•'

tration or diamond powder in composite coating. Dissertation is nominated for scicntific degree of candidate of chemical science on

t'- jaJT..',? 'I ‘" .'’'is: v *- S', , * f - 4 L . ~ L1 £ '

speciality 02.00.04 - physical chemistry. Chernovtsy State University.

''•-•■s'-', t\.-* /„ > 1C‘.", /...

Chernovtsy, 1997. “

"t fx* jU&w: ■, ( 1} ,, „ . -■yu.uu

13 scientific works and 1 authors certificate reflecting the results of the investigation of matrixes physical chemical properties influence on the concentration in diamond powder coatings having different dispersion '.vhen its concentration in electrolyte is insignificant are presented. The way. how diamond particles approach the horizontal electrode and overcome wedging pressure is determined. The interconnection between the structure, matrix microhardness, minimal density of flow sedimentation and the quantity of diamond particles in coating is revealed. It was founded that the change of electrode polarization cannot be accepted as the criterion of the only definition of the second step matrix concentration. On the basis of electrolytic alloys of zinc with mitals of ferrum group and chemical coatings Cu, Си-Ni, Ni-P-Cu, coatings having high content of diamond powder were produced and investigated for the first time. The regression equation making it possible to foretell the composition of гіпс alloys were obtained on the basis of experimental data. The information about the influence of matrix properties on diamond powder content in it was used to develop the technology of diamond containing coating formation on tools used for hard materials treatbient. The technology developed is practically us d at industrial enterprises.

Ключові слова : композиційні алмазомісткі покриття, концентрація алмазного порошку, алмазний інструмент, розклинюючий тиск, мідь, цинк, сплави, мікротвердість, текстура, мінімальна густина струму, поляризація електроду.'