Для получения эффективных композиционных покрытий на основе никель-фосфорных покрытий используют, в частности, дисперсные материалы в виде простых оксидов состава Me2O3 (Me – Al, Cr) со структурой типа корунда (пр. гр. R 3c (z = 3)) или ультрадисперсные металлические порошки: Me – Cr, Mo, W, V, Ta с кубической структурой типа вольфрама (пр. гр. Im3m (z = 2)), Me – Ti, Zr с гексагональной структурой типа магния (пр. гр. P63/mmc (z = 2)). и твердый смазочный материал, в частности фторопласт, который существенно улучшает антифрикционные свойства любого покрытия.
В структуре типа корунда (αAl2O3) катионы Al3+ занимают октаэдрические позиции в гексагональной плотнейшей упаковке анионов. Вдоль направления [001] гексагональной ячейки пары AlO6–октаэдров объединены в октаэдрические димеры через общие грани и укороченные расстояния типа за счет связей преимущественно ковалентного характера. Соединения структурного типа корунда относятся к октаэдрическим структурам, основанным на частичном заполнении (2/3) октаэдрических пустот в ГПУ и принадлежат к следующему ряду структурных типов: Mg (P63/mmc(z = 2)) → FeCl3 (P3112(z = 6)) → TiO2 (P42/mna(z = 2)) → αAl2O3 (R 3c(z = 3)) → NiAs (P63/mmc(z = 2)).
Результаты моделирования фазово-разупорядоченного состояния некоторых покрытий [2, 3] и свойств их поверхности при трении с поверхностью стали марки Ст45, полученные в соответствии с [1], приведены в таблице. Свойства рассчитаны по формуле P = aPтв + (1 – α) Pсм + δP (Pтв – Pсм) при идентичных условиях (α – объемная доля фаз твердой компоненты покрытия). Учет эффекта синергизма в виде δР = 4(1 – α) α2 [1 – k (1 – kн)] проводили с использованием усредненных для композиционных Ni-P-покрытий значений размерного параметра k = 0,5 и параметра наноструктурности kн = 0,05 [1, 4, 5].
Отметим, что при анализе эффекта синергизма для электролитических композиционных Ni-B-покрытий аналогичный параметр kн принимает значения в интервале от 0,05 до 0,15 [6–13]. Рассчитанные величины трибологических свойств для некоторых композиционных покрытий системы Ni – Me2O3 – Me– P– фторопласт, приведенные в таблице, согласуются с полученными ранее экспериментальными данными [14– 1].
Общая характеристика возможного фазово-разупорядоченного состояния в композиционных покрытиях систем Ni – Me2O3 – Me – P [2, 3, 22]:
Me2O3 (корунд - пр. гр. R`3c (z = 3), Ме - Al, Cr, Fe, Co, Rh, Ga; MII0,5Ti0,5, MII0,5V0,5, где MII - Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cd), Me Me5/31/3O4 или NiMe2O4 (дефектная gMe2O3 или нормальная шпинель - пр. гр. Fd3m (z = 8),
Me - Al, Fe, Cr), Me (структурный тип Mg - пр. гр. P63/mmc (z = 2), Me - Al, Cr, Mo, W, V, Ta),
фосфиды MeP (сфалерит - пр. гр. F`43m (z = 4), Me - Al, Ga, In),
интерметаллиды в системах Ni-Me (Ме - Al, Fe, V, Ga, Cr, Ti; в частности, Ni3Al - пр. гр. Pm3m (z = 2), NiAl - пр. гр. Pm3m (z = 4), Al3Ni2 - пр. гр. P`3m1 (z = 1), Al3Ni - пр. гр. Pnma (z = 4)).
Фазовый состав и свойства некоторых композиционных покрытий системы Ni – Me2O3 – Me– P– фторопласт
|
Покрытие |
Компоненты и фазовый состав |
α |
Скорость линейного износа, Iл, мкм/ч |
Коэффициент трения, f |
|
Ni-P |
(тв.) Ni, Ni3P |
0,92 |
5,95 |
0,25 |
|
(см.) Ni12P5, Ni2P |
||||
|
Ni-P (фторопласт) |
(тв.) Ni, Ni3P |
0,90 |
5,0 |
0,20 |
|
(см.) Ni12P5, Ni2P, фторопласт |
||||
|
Ni-P (Al2O3, Al) |
(тв.) Ni, Ni3P, Al2O3, Ni3Al, AlP |
0,89 – 0,90 |
4,6 – 4,8 |
0,23 |
|
(см.) Ni12P5, Ni2P, Al3Ni2, Al3Ni, AlOOH |
||||
|
Ni-P (Al2O3, Al, фторопласт) |
(тв.) Ni, Ni3P, Al2O3, Ni3Al, AlP |
0,85 0,75 |
3,8 4,1 |
0,20 0,17 |
|
(см.) Ni12P5, Ni2P, Al3Ni2, Al3Ni, AlOOH, фторопласт |
||||
|
Ni-P (Cr2O3, Cr) |
(тв.) Ni, Ni3P, Cr2O3, CrNi, Cr3P, CrP |
0,89 – 0,90 |
4,7 – 5,0 |
023 |
|
(см.) Ni12P5, Ni2P, CrOOH |
||||
|
Ni-P (Cr2O3, Cr, фторопласт) |
(тв.) Ni, Ni3P, Cr2O3, CrNi, Cr3P, CrP |
0,85 0,75 |
4,0 4,4 |
0,21 0,17 |
|
(см.) Ni12P5, Ni2P, CrOOH, фторопласт |
Таким образом, в системах Ni – Me2O3 – Me – P– фторопласт возможно образование фаз, дополняющих состав твердой и смазочной компонент композиционных Ni – P – покрытий. Возможно также формирование определенных интерметаллических фаз, которые могут обусловить адгезию покрытия к защищаемой основе. Синергическая модель определения трибологических свойств композиционных покрытий может быть использована для целенаправленного поиска новых эффективных модификаторов поверхности трения [23–25].