Особенности изнашивания хромовых электролитических покрытий при кавитационном воздействии

Кавитационное изнашивание — распространенное явление на водном транспорте. Ему подвержены элементы судовых движительных комплексов, а также блоки и втулки цилиндров высокооборотных судовых дизелей со стороны поверхностей, омываемых водой. Для защиты водоохлаждаемой поверхности втулок часто применяют блестящие твердые покрытия из электролитического хрома. При этом вопрос влияния трещин в покрытии, появляющихся при его нанесении, на износостойкость в условиях вибрационной кавитации до сих пор не получил однозначного ответа. Цель работы — исследование кинетики и механизма разрушения блестящих хромовых электролитических покрытий при кавитационном воздействии. Исследована кавитационная износостойкость хромовых электролитических покрытий после шлифования и после полирования. Хромовые электролитические покрытия получали на пластинах (размером 90 × 30 × 7 мм) из чугуна СЧ21. Хромирование пластин осуществляли в вертикальном положении с одной стороны (размером 90 × 30 мм) способом проточного анодно-струйного хромирования в стандартном электролите универсального типа следующего состава (кг/м³): хромовый ангидрид — 250; серная кислота — 2,5; трехвалентный хром — не более 5; ионы трехвалентного железа — не более 10. Электролит готовился на дистиллированной воде однократной перегонки. Режимы электроосаждения: температура электролита 50 °C, плотность тока 60 А/дм². Для испытаний на кавитационный износ из одной и той же пластины вырезали четыре образца. На первых двух образцах поверхность хромового покрытия шлифовали на абразивной шкурке номером 320. Вторую пару образцов сначала шлифовали последовательно на шкурках зернистости 320, 500, 800, 1000 и 1200, а затем полировали на сукне с добавкой пасты ГОИ. Испытания на кавитационный износ проводили на магнитострикционном вибраторе в пресной воде при частоте и амплитуде колебаний торца концентратора магнитострикционного вибратора, равных соответственно 22 кГц и 28 мкм. Расстояние между хромированной поверхностью образца и торцом концентратора выставляли равным 0,5 мм. Износ определяли периодическим взвешиванием образцов в процессе испытаний. Износ шлифованных образцов оказался существенно выше, чем полированных. Фотоснимки поверхности показали, что очагами кавитационного разрушения хромовых покрытий являются исходные трещины на их поверхности, образующиеся в процессе хромирования. Для снижения отрицательного влияния исходных трещин на кавитационную износостойкость хромовых блестящих покрытий, нанесенных на охлаждаемые поверхности втулок цилиндров дизелей, целесообразно в технологический процесс нанесения хромового покрытия вводить операцию полирования.

1. Цветков Ю. Н. Кавитационное изнашивание металлов и оборудования. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. — 155 с.

2. Погодаев Л. И., Шевченко П. А. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования. — Л.: Судостроение, 1984. — 264 с.

3. Фомин В. В. Гидроэрозия металллов. — М.: Машиностроение, 1977. — 287 с.

4. Иванченко Н. Н., Скуридин А. А., Никитин М. Д. Кавитационные разрушения в дизелях. — Л.: Машиностроение, 1970. — 152 с.

5. Цветков Ю. Н., Горбаченко Е. О., Голицын В. А. Прогнозирование кавитационной износостойкости хромовых электролитических покрытий по профилю изношенной поверхности / Вестник машиностроения. 2019. № 4. С. 79 – 86. DOI: 10.3103/S1068798X19070232

6. Ларин Т. В., Асташкевич Б. М. Повышение износостойкости втулок и поршневых колец тепловозных дизелей. — М.: Трансжелдориздат, 1957. — 124 с.

7. Полетаев В. А., Пучков П. В. Повышение качества поверхностей трения деталей электронасосов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 9. С. 74 – 76.

8. Il-Cho Park, Seong-Jong Kim. Cavitation erosion characteristics of hard chromium plated diesel engine cylinder liner / The International Journal of Surface Engineering and Coatings. 2022. Vol. 100. Issue 4. P. 189 – 192. DOI: 10.1080/00202967.2022.2063588

9. Вихров Н. М., Голицын В. А. Гидродинамика процесса анодно-струйного хромирования / Вестник ГУМРФ. 2013. Т. 5. Вып. 2(21). С. 77 – 86.

10. Вихров Н. М., Голицын В. А. Влияние проточного электролитического хромирования на предел выносливости стали / Вестник ГУМРФ. 2014. Т. 6. Вып. 4. С. 59 – 67.

11. Vinh P. N., Chi C. L., Thien N. D. Study the Effect of Chrome Coating Layer to the Fatigue Strength of the Axial Machine Parts / 3rd International Conference on Green Technology and Sustainable Development. 2016. P. 135 – 140. DOI: 10.1109/GTSD.2016.40

12. Podgornik B., Massler O., Kafexhiu F., Sedlacek M. Crack density and tribological performance of hard-chrome coatings / Tribology International. 2018. Vol. 121. P. 333 – 340. DOI: 10.1016/j.triboint.2018.01.055

13. Sohia M. H., Kashia A. A., Hadavi S. M. M. Comparative tribological study of hard and crack-free electrodeposited chromium coatings / Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 138. P. 219 – 222. DOI: 10.1016/S0924-0136(03)00075-X

14. Iwai Y., Okada T., Fujeda T. Effects of hard chromium plating on cavitation erosion / Wear. 1988. Vol. 128. P. 189 – 200.

15. Цветков Ю. Н., Фиактистов Я. О., Кудрявцева Е. Р. Сравнительный анализ кавитационного изнашивания титанового сплава в морской и пресной воде / Трение и износ. 2022. Т. 43. № 1. С. 31 – 40.

16. Цветков Ю. Н., Горбаченко Е. О. Исследование кавитационного изнашивания сталей методом измерения профиля поверхности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 11. С. 62 – 65.

17. Гологан В. Ф., Бобанова Ж. И., Ивашку С. Х. Влияние индуктивно-емкостного устройства на структуру и износостойкость электролитических покрытий хрома / Электронная обработка материалов. 2008. ¹ 5. С. 15 – 21.