ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО ХРОМУВАННЯ НА ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ПОКРИТТІВ
Ключові слова:
електрохімічне хромове покриття, проточний електроліт, технологічні параметри, довгомірні деталі, автоматизована система керування, шорсткість, мікротвердість, зношування
Анотація
Проведено аналіз методів хромування для підвищення зносостійкості та корозійної тривкості змінних деталей гідравлічної частини поршневих насосів: штоків поршнів, надставок штоків, плунжерів і циліндрових втулок. Обґрунтовано переваги застосування електрохімічного хромування деталей в проточному електроліті з нанододатками, яке забезпечує отримання зносостійких покриттів зі стабільними показниками якості поверхні та високими фізико-механічними властивостями. Розроблено систему автоматизованого керування, яка забезпечує підтримання на заданому рівні технологічних параметрів процесу електрохімічного хромування в проточному електроліті: співвідношення концентрацій компонентів електроліту, швидкості потоку, густини струму та температури електроліту, а також дозволяє контролювати величину водневого показника електроліту та його електричного опору. Дослідили нанесення на зразки зі сталі 40ХН, які поверхнево гартували та шліфували, хромового покриття із стандартного електроліту з нанододатками. Визначали шорсткість поверхні, товщину і мікротвердість покриття. Хромовані зразки випробовували на зношування під час зворотно-поступального руху. Величину зносу визначали гравіметричним методом. Провели статистичну обробку результатів експерименту із застосуванням кореляційно-регресійного аналізу. Дослідили вплив масового співвідношення концентрацій компонентів електроліту, густини струму, швидкості потоку електроліту і температури електроліту на величину шорсткості, мікротвердості та зносу покриттів. Побудували регресійні моделі другого порядку, які описують залежності величини шорсткості поверхні, мікротвердості та зносу хромових покриттів від технологічних параметрів процесу. Встановлено, що зростання величини співвідношення концентрацій компонентів електроліту, швидкості потоку та густини струму призводить до зниження шорсткості, а збільшення температури електроліту спричиняє збільшення шорсткості хромового покриття. Технологічні параметри процесу хромування практично однаково впливають на збільшення величини мікротвердості та зменшення зношування покриття, а введення до складу хромового покриття нанооксидів алюмінію призводить до зростання його мікротвердості та відповідно, і зменшення зносу.
Посилання
1. Vinokurov, E.G., Burukhina, T.F., & Kuroshev, I.S. (2021). Ranking of metallic and non-metallic coatings in the electrochemical surface treatment sector. Tsvetnye Metally, 2021 (4), 54–58. ULR: https://doi.org/10.17580/tsm.2021.04.09.
2. Zhang, N., Huang, C. H., Zhang, C. H., & Shi, N. (2013). Anticorrosion Property Study on the Hard Chrome Plating Layer of Hydraulic Cylinder Rod. Advanced Materials Research, 791–793, 394–397. Trans Tech Publications, Ltd. ULR: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.791-793.394.
3. Ma, J.-s. (2018). The law of barrel wear and its application. Defence Technology, 14 (6), 674–676. ULR: https://doi.org/10.1016/j.dt.2018.06.012.
4. Li, X.-l., Zang, Y., Lian, Y., Ma, M.-yu., Mu, L., & Qin, Q. (2021). An interface shear damage model of chromium coating/steel substrate under thermal erosion load. Defence Technology, 17(2), 405–415. ULR: https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.02.002.
5. Yusron, R.M., Bisono, R.M., & Pramudia, M. (2020). Effect Electrolyte Temperature and Electrode Distance to Electroplating Hard-Chrome on Medium-Carbon Steel. Journal of Physics: Conference Series, 1569 (4), art. no. 042007. ULR: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1569/4/042007.
6. Jeeva, P.A. (2020). A review on electrodeposition of hard chrome plating. Journal of Corrosion Science and Engineering, 23, art. no. 41, 1–12.
7. Galimov, D.M., Ardashev, D.V., & Dyakonov, A.A. (2020). Morphology and properties of solid chrome plating, obtained by the galvano-mechanical method. Solid State Phenomena, 299 SSP, 872–878. ULR: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.299.872.
8. Vinh, P.N., Thien, N.D., Le & Chi, C. (2018). Study the Effect of Chrome Coating Thickness to Fatigue Strength of the Axle-Shaped Machine Parts. Proceedings 2018 4th International Conference on Green Technology and Sustainable Development, GTSD 2018, art. no. 8595550, 221–226. ULR: https://doi.org/10.1109/GTSD.2018.8595550.
9. Ngon, D.T., Cuong, L.C., & Phoi, N.V. (2016). Study of the Effect of Chrome Coating Layer to the Fatigue Strength of the Axial Machine Parts. Proceedings – 3rd International Conference on Green Technology and Sustainable Development, GTSD 2016, art. no. 7796635, 135–140. https://doi.org/10.1109/GTSD.2016.40.
10. Xia, H., Shen, X.M., Yang, X.C., Xiong, Y., & Jiang, G.L. (2018). Influences of the current density on the performances of the chrome-plated layer in deterministic electroplating repair. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 292 (1), art. no. 012075. ULR: https://doi.org/10.1088/1757-899X/292/1/012075.
11. Danilov, F.I., Protsenko, V.S., Gordiienko, V.O., Baskevich, A.S., & Artemchuk, V.V. (2013). Electroplating of wearresistant nanocrystalline coatings from a bath containing basic chromium (III) sulfate (chrome tanning agent). Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 49 (3), 299–303. ULR: https://doi.org/10.1134/S2070205113030076.
12. Protsenko, V.S., & Danilov, F.I. (2014). 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, 16 (6), 1201–1206. ULR: https://doi.org/10.1007/s10098-014-0711-1.
13. Protsenko, V.S., Bobrova, L.S., Baskevich, A.S., Korniy, S.A., & Danilov, F.I. (2018). Electrodeposition of chromium coatings from a choline chloride based ionic liquid with the addition of water. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 53 (5), 906–915.
14. Bakanov, V.I., Nesterova, N.V., & Yakupov, A.A. (2017). Features of electroplating of nanocrystalline chromium coatings from electrolytes based on Cr(III). Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 53 (3), 426–432. ULR: https://doi.org/10.1134/S2070205117030054.
15. Katirci, R. (2016). A chrome coating from a trivalent chromium bath containing extremely low concentration of Cr3+ ions. International Journal of Surface Science and Engineering, 10(1), 73–85. ULR: https://doi.org/10.1504/IJSURFSE.2016.075318.
16. Liang, A., Li, Y., Liang, H., Ni, L., & Zhang, J. (2017). A favorable chromium coating electrodeposited from Cr(III) electrolyte reveals anti-wear performance similar to conventional hard chromium. Materials Letters, 189, 221–224. ULR: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.12.022.
17. Hall, T. D., Snyder, S. T., Taylor, E. J., Inman, M. E., Xu, J., & Radhakrishnan, R. (2017). Development of a Functional Reach Compliant Trivalent Chromium Electroplating Process. ECS – 2017 The Electrochemical Society, ECS Meeting Abstracts, E01-Green Electrodeposition, 4, MA2017-01, art. no. 1045. ULR: https://doi.org/10.1149/MA2017-01/18/1045.
18. Qi, J., Światowska, J., Skeldon, P., & Marcus, P. (2020). Chromium valence change in trivalent chromium conversion coatings on aluminium deposited under applied potentials. Corrosion Science, 167, art. no. 108482. ULR: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108482.
19. Sherwin, C., Bhat, S., & Hebbar, S. P. (2020). A brief review on nickel and chromium coatings developed by electrochemical routeю. AIP Conference Proceedings, 2236 (1), art. no. 040007. ULR: https://doi.org/10.1063/5.0006832.
20. Putri, S., Pujiyanto, E., & Triyono, J. (2019). Optimization of Electroplating Thickness Quality at Hip Joint Implant Using the Taguchi Method. Jurnal Teknik Industri, 20(1), 45–52. ULR: https://doi.org/10.22219/JTIUMM.Vol20.No1.45-52.
21. Bikulčius, G., Češunienė, A., Selskienė, A., Pakštas, V., & Matijošius, T. (2017). Dry sliding tribological behavior of Cr coatings electrodeposited in trivalent chromium sulphate baths. Surface and Coatings Technology, 315, 130–138. ULR: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.01.076.
22. Addach, H., Berçot, P., Rezrazi, M., Petris-Wery, M. De., & Ayedi, H. F. (2007) Application of statistical design to optimisation of hardness and hydrogen content of chromium coating under pulse reverse electroplating, Transactions of the Institute of Metal Finishing. The International Journal of Surface Engineering and Coatings, 85(4), 187–193. ULR: https://doi.org/10.1179/174591907X216422.
23. Kagajwala, B., Hall, T.D., Inman, M., Taylor, E.J., Griffin, B., Cushnie, G., Taylor, R., Jaworowski, M., & Bonivel, J. (2013). Functional Trivalent Chromium Electroplating of Internal Diameters. Products Finishing, 1/2/2013. Digital Edition. ULR: https://www.pfonline.com/articles/functional-trivalent-chromium-electroplating-of-internal-diameters.
24. Ropiak L. Ia. & Ostapovych V. V. (2016). Optymizatsiia tekhnolohichnykh parametriv protsesu khromuvannia dlia zabezpechennia pokaznykiv yakosti detalei porshnevykh nasosiv. Skhidno-Evropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii [Eastern-European Journal of Enterprise Technologies], 2 (5 (80), 50–62. (in Ukrainian). ULR: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.65719.
25. Belyaev, V. N., Koslyuk, A. Yu, Lobunets, A. V., & Andreyev, A. S. (2016). Quality Improvement of Chrome-Diamond Coatings on Flowing Chrome Plating. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 126 (1), art. no. 012002. ULR: https://doi.org/10.1088/1757-899X/126/1/012002.
26. Sonntag, R., Feige, K., dos Santos, C.B., & Kretzer, J.P. (2017). Hard chrome-coated and fullerene-doped metal surfaces in orthopedic bearings. Materials, 10 (12), art. no. 1449. ULR: https://doi.org/10.3390/ma10121449.
27. Yar-Mukhamedova, G., & Yar-Mukhamedov, E. (2012). Investigation of corrosion resistance of chrome based nano-composition coatings in the conditions of oil production. 12th International Multidisciplinary Scientific GeoConference and EXPO – Modern Management of Mine Producing, Geology and Environmental Protection, SGEM 2012, 3, 475–479.
28. Bikulčius, G., Češūnienė, A., Selskienė, A., Grigucevičienė, A., Jasulaitienė, V., & Ger, M. (2018). Characterization of Cr–ZrO2 composite coatings electrodeposited from Cr(III) bath. Chemija, 29 (2), 97–108. ULR: https://doi.org/10.6001/chemija.v29i2.3712.
29. Zeng, Z., & Zhang, J. (2008). Electrodeposition and tribological behavior of amorphous chromium-alumina composite coatings. Surface and Coatings Technology, 202(12), 2725–2730. ULR: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.10.008.
30. Bloch, H. P., & Geitner, F. K. (2019). Chapter 10 – Protecting machinery parts against the loss of surface. Editor(s): Heinz P. Bloch, Fred K. Geitner. In Practical Machinery Management for Process Plants. Machinery Component Maintenance and Repair (Fourth Edition). Gulf Professional Publishing, 2019, 551–633. ULR: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818729-6.00010-1.
2. Zhang, N., Huang, C. H., Zhang, C. H., & Shi, N. (2013). Anticorrosion Property Study on the Hard Chrome Plating Layer of Hydraulic Cylinder Rod. Advanced Materials Research, 791–793, 394–397. Trans Tech Publications, Ltd. ULR: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.791-793.394.
3. Ma, J.-s. (2018). The law of barrel wear and its application. Defence Technology, 14 (6), 674–676. ULR: https://doi.org/10.1016/j.dt.2018.06.012.
4. Li, X.-l., Zang, Y., Lian, Y., Ma, M.-yu., Mu, L., & Qin, Q. (2021). An interface shear damage model of chromium coating/steel substrate under thermal erosion load. Defence Technology, 17(2), 405–415. ULR: https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.02.002.
5. Yusron, R.M., Bisono, R.M., & Pramudia, M. (2020). Effect Electrolyte Temperature and Electrode Distance to Electroplating Hard-Chrome on Medium-Carbon Steel. Journal of Physics: Conference Series, 1569 (4), art. no. 042007. ULR: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1569/4/042007.
6. Jeeva, P.A. (2020). A review on electrodeposition of hard chrome plating. Journal of Corrosion Science and Engineering, 23, art. no. 41, 1–12.
7. Galimov, D.M., Ardashev, D.V., & Dyakonov, A.A. (2020). Morphology and properties of solid chrome plating, obtained by the galvano-mechanical method. Solid State Phenomena, 299 SSP, 872–878. ULR: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.299.872.
8. Vinh, P.N., Thien, N.D., Le & Chi, C. (2018). Study the Effect of Chrome Coating Thickness to Fatigue Strength of the Axle-Shaped Machine Parts. Proceedings 2018 4th International Conference on Green Technology and Sustainable Development, GTSD 2018, art. no. 8595550, 221–226. ULR: https://doi.org/10.1109/GTSD.2018.8595550.
9. Ngon, D.T., Cuong, L.C., & Phoi, N.V. (2016). Study of the Effect of Chrome Coating Layer to the Fatigue Strength of the Axial Machine Parts. Proceedings – 3rd International Conference on Green Technology and Sustainable Development, GTSD 2016, art. no. 7796635, 135–140. https://doi.org/10.1109/GTSD.2016.40.
10. Xia, H., Shen, X.M., Yang, X.C., Xiong, Y., & Jiang, G.L. (2018). Influences of the current density on the performances of the chrome-plated layer in deterministic electroplating repair. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 292 (1), art. no. 012075. ULR: https://doi.org/10.1088/1757-899X/292/1/012075.
11. Danilov, F.I., Protsenko, V.S., Gordiienko, V.O., Baskevich, A.S., & Artemchuk, V.V. (2013). Electroplating of wearresistant nanocrystalline coatings from a bath containing basic chromium (III) sulfate (chrome tanning agent). Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 49 (3), 299–303. ULR: https://doi.org/10.1134/S2070205113030076.
12. Protsenko, V.S., & Danilov, F.I. (2014). 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, 16 (6), 1201–1206. ULR: https://doi.org/10.1007/s10098-014-0711-1.
13. Protsenko, V.S., Bobrova, L.S., Baskevich, A.S., Korniy, S.A., & Danilov, F.I. (2018). Electrodeposition of chromium coatings from a choline chloride based ionic liquid with the addition of water. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 53 (5), 906–915.
14. Bakanov, V.I., Nesterova, N.V., & Yakupov, A.A. (2017). Features of electroplating of nanocrystalline chromium coatings from electrolytes based on Cr(III). Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 53 (3), 426–432. ULR: https://doi.org/10.1134/S2070205117030054.
15. Katirci, R. (2016). A chrome coating from a trivalent chromium bath containing extremely low concentration of Cr3+ ions. International Journal of Surface Science and Engineering, 10(1), 73–85. ULR: https://doi.org/10.1504/IJSURFSE.2016.075318.
16. Liang, A., Li, Y., Liang, H., Ni, L., & Zhang, J. (2017). A favorable chromium coating electrodeposited from Cr(III) electrolyte reveals anti-wear performance similar to conventional hard chromium. Materials Letters, 189, 221–224. ULR: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.12.022.
17. Hall, T. D., Snyder, S. T., Taylor, E. J., Inman, M. E., Xu, J., & Radhakrishnan, R. (2017). Development of a Functional Reach Compliant Trivalent Chromium Electroplating Process. ECS – 2017 The Electrochemical Society, ECS Meeting Abstracts, E01-Green Electrodeposition, 4, MA2017-01, art. no. 1045. ULR: https://doi.org/10.1149/MA2017-01/18/1045.
18. Qi, J., Światowska, J., Skeldon, P., & Marcus, P. (2020). Chromium valence change in trivalent chromium conversion coatings on aluminium deposited under applied potentials. Corrosion Science, 167, art. no. 108482. ULR: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108482.
19. Sherwin, C., Bhat, S., & Hebbar, S. P. (2020). A brief review on nickel and chromium coatings developed by electrochemical routeю. AIP Conference Proceedings, 2236 (1), art. no. 040007. ULR: https://doi.org/10.1063/5.0006832.
20. Putri, S., Pujiyanto, E., & Triyono, J. (2019). Optimization of Electroplating Thickness Quality at Hip Joint Implant Using the Taguchi Method. Jurnal Teknik Industri, 20(1), 45–52. ULR: https://doi.org/10.22219/JTIUMM.Vol20.No1.45-52.
21. Bikulčius, G., Češunienė, A., Selskienė, A., Pakštas, V., & Matijošius, T. (2017). Dry sliding tribological behavior of Cr coatings electrodeposited in trivalent chromium sulphate baths. Surface and Coatings Technology, 315, 130–138. ULR: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.01.076.
22. Addach, H., Berçot, P., Rezrazi, M., Petris-Wery, M. De., & Ayedi, H. F. (2007) Application of statistical design to optimisation of hardness and hydrogen content of chromium coating under pulse reverse electroplating, Transactions of the Institute of Metal Finishing. The International Journal of Surface Engineering and Coatings, 85(4), 187–193. ULR: https://doi.org/10.1179/174591907X216422.
23. Kagajwala, B., Hall, T.D., Inman, M., Taylor, E.J., Griffin, B., Cushnie, G., Taylor, R., Jaworowski, M., & Bonivel, J. (2013). Functional Trivalent Chromium Electroplating of Internal Diameters. Products Finishing, 1/2/2013. Digital Edition. ULR: https://www.pfonline.com/articles/functional-trivalent-chromium-electroplating-of-internal-diameters.
24. Ropiak L. Ia. & Ostapovych V. V. (2016). Optymizatsiia tekhnolohichnykh parametriv protsesu khromuvannia dlia zabezpechennia pokaznykiv yakosti detalei porshnevykh nasosiv. Skhidno-Evropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii [Eastern-European Journal of Enterprise Technologies], 2 (5 (80), 50–62. (in Ukrainian). ULR: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.65719.
25. Belyaev, V. N., Koslyuk, A. Yu, Lobunets, A. V., & Andreyev, A. S. (2016). Quality Improvement of Chrome-Diamond Coatings on Flowing Chrome Plating. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 126 (1), art. no. 012002. ULR: https://doi.org/10.1088/1757-899X/126/1/012002.
26. Sonntag, R., Feige, K., dos Santos, C.B., & Kretzer, J.P. (2017). Hard chrome-coated and fullerene-doped metal surfaces in orthopedic bearings. Materials, 10 (12), art. no. 1449. ULR: https://doi.org/10.3390/ma10121449.
27. Yar-Mukhamedova, G., & Yar-Mukhamedov, E. (2012). Investigation of corrosion resistance of chrome based nano-composition coatings in the conditions of oil production. 12th International Multidisciplinary Scientific GeoConference and EXPO – Modern Management of Mine Producing, Geology and Environmental Protection, SGEM 2012, 3, 475–479.
28. Bikulčius, G., Češūnienė, A., Selskienė, A., Grigucevičienė, A., Jasulaitienė, V., & Ger, M. (2018). Characterization of Cr–ZrO2 composite coatings electrodeposited from Cr(III) bath. Chemija, 29 (2), 97–108. ULR: https://doi.org/10.6001/chemija.v29i2.3712.
29. Zeng, Z., & Zhang, J. (2008). Electrodeposition and tribological behavior of amorphous chromium-alumina composite coatings. Surface and Coatings Technology, 202(12), 2725–2730. ULR: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.10.008.
30. Bloch, H. P., & Geitner, F. K. (2019). Chapter 10 – Protecting machinery parts against the loss of surface. Editor(s): Heinz P. Bloch, Fred K. Geitner. In Practical Machinery Management for Process Plants. Machinery Component Maintenance and Repair (Fourth Edition). Gulf Professional Publishing, 2019, 551–633. ULR: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818729-6.00010-1.
Опубліковано
2021-09-30
Як цитувати
Роп’як, Л. Я., Шовкопляс, М. В., Витвицький, В. С., & Стрілецький, Ю. Й. (2021). ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО ХРОМУВАННЯ НА ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ПОКРИТТІВ. Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія: Механізація та автоматизація виробничих процесів, (3 (45), 48-56. https://doi.org/10.32845/msnau.2021.3.7
ISSN 
ISSN 
