Масштабирование процесса нанесения металломатричного композиционного покрытия «Ni–SiC»
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Строительное материаловедение
Статья в выпуске: 5 т.18, 2026 года.
Бесплатный доступ
Введение. На сегодняшний день металломатричные композиционные покрытия являются широко востребованными благодаря возможности сочетания в себе свойств как металлической основы, так и упрочняющих их частиц. Наиболее простым и технологичным способом нанесения покрытия является электроосаждение. Одним из фундаментальных параметров, определяющим качество формируемого покрытия и скорость электроосаждения, является плотность тока. В литературе имеются противоположные мнения о влиянии плотности тока на качество композитного покрытия. Основным критерием выбирают содержание объемной доли упрочняющих частиц. Использование наночастиц (размером менее 100 нм) в качестве упрочнителя позволяет значительно повысить твердость и износостойкость матрицы за счет дисперсионного твердения, однако они обладают высокой склонностью к агломерации и требуют более тщательного контроля режимов электроосаждения. Немаловажно при электроосаждении сформировать покрытие с равномерным распределением частиц в металлической матрице по всей рабочей площади заготовки для обеспечения стабильности механических и функциональных свойств, что в дальнейшем будет определять долговечность работы деталей. С этой точки зрения представляет интерес масштабирование процесса электроосаждения и переход на модельные образцы, длинновой размер которых имитирует максимальную высоту реальной осесимметричной детали, например цилиндр, что позволит воспроизвести условия нанесения покрытия, приближённые к производственным. Цель работы – исследование однородности структуры и свойств покрытия «Ni–SiC», содержащего фракцию частиц размером более 2 мкм и сформированного на длинномерных заготовках (площадью 0,2 дм2) в процессе электроосаждения в зависимости от плотности тока. Методы и материалы. В качестве материала подложки для формирования композиционного покрытия «Ni–SiC» использовали литейный алюминиевый сплав АК7. Размеры образцов подложки 70×20×4 мм. Режим электроосаждения: плотность тока 0,5 А/дм2, 10 А/дм2, 20 А/дм2; продолжительность 60 минут; температура 60 °С. Микроструктуру покрытий исследовали с помощью растрового электронного микроскопа «JSM-6490 LV» при увеличении ×500. Микротвердость оценивали с использованием микротвердомера «TBM Tochline» при нагрузке 50 г. Испытания на износостойкость проводили на трибометре «Nanovea» методом «шарик-по-диску». Результаты и обсуждение. Проведена отработка технологии электроосаждения матричного композиционного покрытия «Ni–SiC» на длинномерные плоские образцы (0,2 дм2) из алюминиевого сплава АК7 и подбор оптимальных параметров процесса. Продемонстрирована возможность формирования однородного покрытия на основе никелевой матрицы, содержащей крупные частицы SiC на плоских длинномерных образцах (0,2 дм2) из алюминиевого сплава АК7, имитирующих сектор осесимметричной детали. Выводы. Металломатричное композитное покрытие «Ni–SiC», сформированное на плоских длинномерных образцах (площадью 0,2 дм2) из алюминиевого сплава АК7 в результате электроосаждения, характеризуется однородностью толщины, объемной долей частиц карбида кремния и микротвердости в трех контрольных зонах для каждой плотности тока. Чем выше плотность тока при электроосаждении, тем выше толщина формируемого металломатричного композитного покрытия «Ni–SiC», объемная доля упрочняющих частиц и микротвердость.
Короткий адрес: https://sciup.org/142248996
IDS: 142248996 | УДК: 621.793.3 | DOI: 10.15828/2075-8545-2026-18-5-580-590
Scaling up the application process of “Ni–SiC” metal-matrix composite coating
Introduction. Today, metal-matrix composite coatings are widely in demand due to the possibility of combining the properties of both the metal base and their reinforcing particles. The simplest and most technologically advanced method of coating is electrodeposition. One of the key parameters that determines the quality of the coating formed and the electrodeposition rate is current density. The literature presents opposing views on how current density affects the quality of composite coatings. The primary criterion is the volume fraction of reinforcing particles. The use of nanoparticles (less than 100 nm in size) as a hardener makes it possible to significantly increase the hardness and wear resistance of the matrix due to dispersion hardening, however, they have a high tendency to agglomeration and require more careful control of electrodeposition modes. It is important during electrodeposition to form a coating with a uniform distribution of particles in the metal matrix over the entire working area of the workpiece to ensure stability of mechanical and functional properties, which will subsequently determine the durability of the parts. From this point of view, it is of interest to scale the electrodeposition process and switch to model samples, the long size of which imitates the maximum height of a real axisymmetric part, for example, a cylinder, which will allow reproducing coating conditions close to production ones. The aim of the research is to study the homogeneity of the structure and properties of the Ni–SiC coating containing a fraction of particles larger than 2 μm and formed on long workpieces (with an area of 0.2 dm2) in the process of electrodeposition depending on the current density. Methods and materials. Cast aluminum alloy AK7 was used as the substrate material for forming the Ni-SiC composite coating. The dimensions of the substrate samples were 70×20×4 mm. Electrodeposition mode: current density of 0.5 A/dm2, 10 A/dm2, 20 A/dm2; duration 60 minutes; temperature 60 °C. The microstructure of the coatings was examined using a JSM-6490 LV scanning electron microscope at a magnification of ×500. Microhardness was estimated using a TBM Tochline microhardness tester at a load of 50 g. Wear resistance tests were performed on a Nanovea tribometer using the ball-on-disk method. Results and discussion. The technology of electrodeposition of the matrix composite coating “Ni–SiC” on long flat samples (0.2 dm2) of aluminum alloy AK7 was developed and the optimal process parameters were selected. The possibility of forming a homogeneous coating based on a nickel matrix containing large SiC particles on flat long samples (0.2 dm2) of aluminum alloy AK7, simulating a sector of an axisymmetric part, was demonstrated. Conclusion. The metal-matrix composite coating “Ni–SiC”, formed on flat long samples (with an area of 0.2 dm2) of aluminum alloy AK7 as a result of electrodeposition, is characterized by uniformity of thickness, volume fraction of silicon carbide particles and microhardness in three control zones for each current density. The higher the current density during electrodeposition, the higher the thickness of the formed Ni–SiC metal matrix composite coating, the volume fraction of reinforcing particles and the microhardness.
