Новые наноструктурированные покрытия для защиты стальных изделий

Разработка функциональных покрытий, придающих изделию одновременно целый комплекс важных для эксплуатации свойств, таких, как коррозионная устойчивость, микротвердость, износостойкость, остается актуальной исследовательской задачей. В этой связи ученые НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» предложили перспективный подход, открывающий новые возможности использования композиционных электрохимических покрытий.

Господствовавшие до настоящего времени технологии гальванического хромирования начинают постепенно отходить на второй план: производители отказываются от них ввиду токсичности процесса и трудностей, сопряженных с нанесением покрытия на изделия сложной геометрии. Новым, весьма перспективным подходом является применение композиционных покрытий, синтезированных электрохимическим путем. Однако их внедрению до недавнего времени препятствовал ряд нерешенных вопросов, связанных с равномерностью распределения упрочняющих частиц на поверхности изделий сложной формы. Этот технологический барьер удалось преодолеть ученым НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей».

«Главная идея состоит в том, чтобы покрытие получало упрочняющий компонент не извне, а в результате кристаллизации из собственного материала, осажденного на поверхность изделия электрохимическим способом», - пояснил автор исследования, начальник НИО НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» А.В. Красиков.

Исследователи взяли за основу покрытие никель-фосфор, которое наносится с помощью электроосаждения. Основными недостатками таких многокомпонентных покрытий являются локальные перепады плотности тока, из-за которых на тех или иных участках поверхности «осаждаются» композиты разного химического состава. Ученые выяснили, как плотность тока осаждения никель-фосфорного покрытия изменяется при использовании электролитов различного химического состава. Им удалось подобрать электролит и режим нанесения, при которых формируется одинаковый состав покрытия с армирующим компонентом на всей поверхности изделия.

Следующим этапом работы стало улучшение характеристик нового композиционного покрытия. Для этого была использована добавка из тугоплавкого металла – вольфрама, который способен образовывать с никелем твердые равновесные растворы.

«Глубинное понимание механизмов процесса совместного осаждения этих металлов позволило найти оптимальные условия для получения покрытий никель-фосфор, содержащих значительное количество фосфора и вольфрама, - отметил руководитель проекта А.В. Красиков. - Дальнейшая термообработка при специально подобранном режиме приводила к формированию наноструктурированного композиционного материала».

Новое покрытие с «вольфрамовой добавкой» отличается высокой равномерностью нанесения и коррозионной стойкостью в соляном растворе, а устойчивость его фазового состава и свойств при нагреве говорит о возможном применении в парах трения. Микротвердость наноструктурированного покрытия соответствует значениям, получаемым при классическом хромировании. Еще одним существенным преимуществом является то, что температура термической обработки невысока, что исключает нежелательные фазовые изменения в сталях, на которые наносят покрытие. Все это делает данную разработку перспективной для будущего внедрения.

Источник: "Научная Россия"