В соответствии со «Стратегическими направлениями развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» по направлению №17 «Комплексная антикоррозионная защита, упрочняющие, износостойкие защитные и теплозащитные покрытия» реализуется комплексная проблема 17.2 «Шликерные, газодинамические и комбинированные покрытия для деталей из углеродистых сталей, в том числе высокопрочных».
Создан новый класс гальванических покрытий, получаемых в электролитах, содержащих наноразмерные частицы оксидов и карбидов переходных металлов, – кластерные покрытия. Такие покрытия, благодаря наноструктурированному строению, приобрели более высокий уровень свойств: отсутствие пористости, адгезию, скорость осаждения, микротвердость, износостойкость.
По своим характеристикам кластерные гальванические покрытия выгодно отличаются от своих традиционных аналогов.
Разработаны процессы осаждения пиролитических карбидохромовых и алюминиевых покрытий путем термического разложения хромсодержащих и алюмосодержащих органических соединений в вакуумных реакционных камерах. Помимо высоких защитных и функциональных свойств, пиролитические покрытия не приводят к наводороживанию покрываемого материала.
КЛАСТЕРНОЕ ХРОМИРОВАНИЕ
В 2005 году технология кластерного хромирования удостоена золотой медали на всемирной выставке изобретений в Женеве
Беспористое износостойкое хромовое покрытие, получаемое в электролитах, содержащих наночастицы оксида алюминия, предназначено для повышения ресурса стальных деталей узлов трения и защиты их от коррозии.
Кластерное хромовое покрытие обеспечивает:
- исключение операции шлифования;
- увеличение износостойкости;
- исключение течи по хрому;
- высокую адгезию.
КЛАСТЕРНОЕ НИКЕЛИРОВАНИЕ
Беспористое никелевое покрытие предназначено для защиты от коррозии и износа стальных деталей.
Кластерное никелевое покрытие обеспечивает:
- высокую адгезию с основой без дополнительного подслоя;
- износостойкость, сравнимую с традиционными хромовыми покрытиями;
- отсутствие сквозных пор в покрытии при толщине покрытия 15 мкм и выше.
КЛАСТЕРНОЕ ЦИНКОВАНИЕ
Кластерные покрытия на основе цинка (Zn–Ni, Zn–Co) предназначены для защиты от коррозии стальных деталей и обеспечивают:
- повышение скорости осаждения в 3–4 раза;
- увеличение микротвердости в 1,5–2 раза;
- повышение защитных свойств в 1,5–2 раза.
КЛАСТЕРНОЕ «ТРЕХВАЛЕНТНОЕ» ХРОМИРОВАНИЕ
Беспористое кластерное хромовое покрытие, полученное в электролите, содержащем трехвалентные соли хрома и наночастицы ZrO2, предназначено для повышения ресурса деталей узлов трения. Технологический процесс обеспечивает:
- снижение класса экологической опасности процесса хромирования с первого на второй;
- повышение микротвердости в 1,5 раза;
- увеличение скорости осаждения в 2 раза.
Сформировано новое научное направление «Кластерные покрытия», в рамках которого создан ряд кластерных гальванических покрытий со свойствами, значительно превышающими свойства традиционных покрытий. Свойства разработанных кластерных покрытий в сравнении со свойствами стандартных аналогов приведены в таблице.
Свойства стандартных и разработанных покрытий*
Кластерные
покрытия |
Скорость осаждения,
мкм/мин |
Микротвердостъ,
ГПа |
Износ в условиях
сухого трения, мкм |
| Cr (VI) |
0,8/1,2 |
9/14 |
6/4 |
| Ni–Co |
0,5/1,5 |
4,5/7 |
12/8 |
| Zn–Ni |
0,3/1,2 |
0,8/1,2 |
– |
| Zn–Co |
0,3/1,0 |
0,8/1,5 |
– |
| Cr (III) |
0,8/1,6 |
9/14,7 |
6/4 |
* В числителе – свойства стандартных аналогов, в знаменателе – свойства разработанных покрытий.
ПИРОЛИТИЧЕСКОЕ АЛЮМИНИЕВОЕ ПОКРЫТИЕ
Пиролитическое алюминиевое покрытие (ПАП), осаждаемое путем термического разложения алюмосодержащих органических жидкостей в вакуумном реакторе, предназначено для защиты стальных деталей от коррозии и сравнимо с гальваническими кадмиевыми и цинковыми покрытиями.
Преимущества ПАП:
- процесс пиролитического алюминирования не наводороживает подложку;
- возможность осаждения на сложнопрофилированные детали, в том числе с отверстиями, каналами и т. д.
