Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета (ПГУ) запатентовали способ нанесения композиционного электрохимического покрытия кобальт-карбид вольфрама. Защитные и износостойкие покрытия, в том числе для металлорежущих инструментов, металлообработки, а также покрытия для корпусных деталей, элементов отделки домов, станут долговечнее и дешевле. А их производство и использование будут наносить значительно меньший урон окружающей среде. Способом заинтересовалось ведущее предприятие по изготовлению и поставке средств телекоммуникации и связи специального назначения.
В основу получения покрытия кобальт-карбид вольфрама положен физико-химический процесс электролиза
Фото: Предоставлено пресс-службой ПГУ
В основу получения покрытия кобальт-карбид вольфрама положен физико-химический процесс электролиза
Фото: Предоставлено пресс-службой ПГУ
Научный коллектив вуза много лет занимается разработкой электрохимических технологий и различных материалов. Недавно ученые завершили работу в рамках госзадания, где перед ними стояла задача получить сфероидальные частицы карбида вольфрама.
Карбид вольфрама активно применяется для изготовления инструментов, требующих высокой твердости. Этот материал применяется для изготовления различных резцов, шлифовальных дисков, сверл, фрез, инструментов для бурения скважин и так далее.
Один из разработчиков способа — Сергей Киреев, доктор технических наук, профессор, декан факультета промышленных технологий, электроэнергетики и транспорта ПГУ, рассказал, что главная проблема использования этого материала — его качество.
В настоящий момент существуют несколько десятков способов его получения. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Ученым ПГУ удалось обойти все проблемные места предшественников и предложить промышленности новый, отвечающий всем современным запросам способ.
Фото: Предоставлено пресс-службой ПГУ
Фото: Предоставлено пресс-службой ПГУ
В основу производства покрытия кобальт-карбид вольфрама положен процесс электролиза.
«В воде растворяются вещества — соли кобальта, борная кислота, уротропин, ряд органических добавок, частицы карбида вольфрама. Отмечу, последние нерастворимы. Говоря простыми словами, это все “перемешивается магнитной мешалкой”. Как раз этот процесс не дает частицам карбида вольфрама оседать. Далее мы погружаем в раствор электроды (катод и анод), подаем электрический ток. На поверхности катода в ходе физико-химической реакции образуется композиционное покрытие кобальт-карбид вольфрама. Таким способом можно наносить это покрытие на различные металлические детали»,— объясняет Сергей Киреев.
Научный коллектив заменил некоторые вещества, что позволило повысить электропроводность раствора и его производительность. Рабочая температура процесса — от 18 до 25 градусов Цельсия. Отметим, в аналогичных способах требуется температура в 50 градусов. Способ, предложенный в ПГУ, экономичнее в два раза, электроэнергии на нагрев и поддержание температуры смеси требуется в разы меньше. К тому же добавление уротропина улучшает смачиваемость поверхности детали с покрытием и предотвращает коррозию.
Испытание технологии и полученного покрытия проходило на одном из крупнейших предприятий Пензенской области — в федеральном научно-производственном центре «Производственное объединение “Старт” им. М. В. Проценко». Он входит в госкорпорацию «Росатом».
Покрытие кобальт-карбид вольфрама получилось твердым, износостойким, прочно защищающим изделия от коррозии и с высокой адгезионной прочностью. Последняя отвечает за надежность сцепления покрытия с поверхностью детали.
Среди прочих преимуществ — внедрение способа в промышленность позволит улучшить экологию и сохранить здоровье работникам предприятий и людям, пользующимся продукцией с такими покрытиями.
Профессор Сергей Киреев (справа) со студентами в лаборатории
Фото: Предоставлено пресс-службой ПГУ
Профессор Сергей Киреев (справа) со студентами в лаборатории
Фото: Предоставлено пресс-службой ПГУ
Сергей Киреев говорит, что раннее известные способы получения таких покрытий представляют экологическую опасность и токсичны для живых организмов, вызывают аллергические реакции. К ним относятся покрытия на основе хрома, никеля. Утилизировать продукты, использующиеся при их производстве,— дорого и экологически небезопасно.
«Мы ушли от тех недостатков, которые были у аналогов. Испытания подтвердили, что микротвердость, износостойкость и другие параметры в нашем способе остаются такими же. Все преимущества мы сохраняем, при этом снижаем экологический ущерб и значительно удешевляем производство таких покрытий»,— констатирует Сергей Киреев.
Сейчас научный коллектив ПГУ сотрудничает с ведущим предприятием по изготовлению и поставке средств телекоммуникации и связи специального назначения — производственным объединением «Электроприбор». В планах — провести дополнительные испытания и внедрять запатентованный способ в производство.
Способ нанесения композиционного электрохимического покрытия кобальт-карбид вольфрама будет интересен и полезен для разных сфер: и для промышленности, и для строительства, и в быту. Эти покрытия можно использовать в качестве защитных и износостойких для различных изделий машиностроения, корпусных деталей, элементов отделки помещений, в строительстве.
Подготовлено при помощи Минобрнауки.