Математическая модель процесса меднения при восстановлении деталей автотранспортной техники

Введение. Использование восстановленных деталей автотранспортной техники позволяет снизить финансовые затраты на ремонт техники. Стоимость восстановленных деталей должна быть не более 50% стоимости новой детали. Повышение производительности (скорости осаждения) электролитического медного покрытия при восстановлении деталей автотранспортной техники требует учета технологических и экономических аспектов процесса восстановления. Исследование факторов (условий осаждения), влияющих наибольшим образом на процесс осаждения медного покрытия, анализ полученных результатов эксперимента и его статистическая обработка и позволили оптимизировать технологию восстановления медных деталей для создания наиболее целесообразных режимов осаждения с максимальной производительностью, снижая таким образом себестоимость восстановления деталей автотранспортной техники. Целью проведенных исследований является разработка математической модели влияния условий осаждения (температура электролита, катодная плотность тока) и состава электролита (концентрация сульфата меди и серной кислоты) на производительность процесса осаждения медного покрытия, для дальнейшей разработки наиболее производительной технологии восстановления коллекторов электродвигателей автотранспортной техники.

Материалы и методы. Исследования проводили на оборудовании, позволяющем получать необходимые данные с требуемой точностью. Математическую обработку проводили с применением современных средств обработки статистических данных, которые исключали возможные ошибки, позволяя получать зависимость факторов с необходимой точностью.

Результаты. В ходе исследований сульфатно-медных электролитов для получения электролитического медного покрытия, с дальнейшей разработкой технологии восстановления деталей автотракторной техники, возникла необходимость определения влияния условий осаждения – «факторов» (плотность катодного тока, температура электролита, концентрация сульфата меди, концентрация серной кислоты) на скорость осаждения – «отклик». Было выявлено, что фактор «плотность катодного тока» и сочетание факторов «плотность катодного тока» и «концентрация серной кислоты» являются наиболее значимыми. Оптимизированы условия осаждения с целью получения наиболее производительной технологии восстановления коллекторов электродвигателей автотранспортной техники путем осаждения медного покрытия. Оптимальными значениями условий осаждения, согласно полученной модели, для получения максимальной скорости осаждения является температура электролита 35…40 °С, плотность катодного тока более 5 А/Дм2, концентрация сульфата меди 200…250 г/л, концентрация серной кислоты 40…70 г/л.

1. Котомчин А.Н., Синельников А.Ф., Корнейчук Н.И. К Вопросу выбора способа восстановления деталей машин. Научный рецензируемый журнал “Вестник СибАДИ”. 2020; 17(1): 84–97. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-1-84-97

2. Sinelnikov A.F., Bomeshko E.V., Korneychuk N.I., Ianuta A.S. Electrolytic alloying of ironchromium during deposition of coatings from a sulfatechloride electrolyte // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering (14th–16th December 2020, Moscow). Moscow. 2020. pp. 1–9.

3. Колмыков Д.В. Восстановление и упрочнение деталей автомобилей гальваническими покрытиями // Главный механик. 2010. № 10. С. 33–38.

4. Янута А.С. Исследование влияния режимов осаждения на структуру электролитического бинарного покрытия Fe-Cr, полученого из сульфатно-хлоридного электролита // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2022. № 3 (70). С. 17–21.

5. Ляхов Е.Ю., Зорин В.А. Повышение эффективности эксплуатации дорожных машин и автомобилей за счет применения ремонтных полимерных материалов // Наука и техника в дорожной отрасли. 2021. № 1(95). С. 39–43. EDN WMKAWS.

6. Ляхов Е.Ю., Зорин В.А. Исследование реологических свойств полимерных композиционных материалов методом конечных элементов // Вестник Приднестровского университета. Серия: Физико-математические и технические науки. Экономика и управление. 2020. № 3(66). С. 114–119. EDN SZJJOE.

7. Котомчин А.Н., Синельников А.Ф., Корнейчук Н.И. Использование износостойкого хромирования при восстановлении и упрочнении деталей автомобилей // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2021. № 1(64). С. 11–17.

8. Котомчин А.Н. Оптимизация работы ванны хромирования при восстановлении деталей автотранспорта. Научный рецензируемый журнал «Вестник СибАДИ». 2021; 18(4): 390–405. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-4-390-405

9. Котомчин А.Н., Корнейчук Н.И. Производственные рекомендации по применению электролита хромирования в условиях предприятий Приднестровья // Мир транспорта и технологических машин. 2021. № 3(74). С. 24–34. DOI:10.33979/2073-7432-2021-74-3-24-34

10. Котомчин А.Н., Ляхов Е.Ю. Восстановление деталей узлов и агрегатов техники, работающих при гидроабразивном изнашивании // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2019. № 5. С. 8–12. DOI 10.31044/1684-2561-2019-0-5-8-12. EDN EOTTUJ.

11. Котомчин А.Н., Корнейчук Н.И. Оптимизация условий электролиза при восстановлении золотников гидрораспределителя р-80 хромированием // Вестник Приднестровского университета. Серия: Физико-математические и технические науки. Экономика и управление. 2021. № 3(69). С. 113–119. EDN PBCCLG.

12. Задорожный Г.С., Бомешко Е.В., Янута А.С. К вопросу о методах анализа состава электролитов для гальваноосаждения покрытий на основе железа // Гальванотехника и обработка поверхности. 2023. Т. 31. № 2. С. 4–14. DOI 10.47188/0869-5326_2023_31_2_4. EDN JMTVUA.

13. Котомчин А.Н., Синельников А.Ф. Установка для поддержания рабочей температуры электролитов при восстановлении деталей машин гальваническими покрытиями. Научный рецензируемый журнал «Вестник СибАДИ». 2020; 17(4): 500–511. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-4-500-511

14. Бомешко Е.В., Корнейчук Н.И. Электроосаждение двойных и тройных сплавов на основе железа и хрома: теоретические представления и практические рекомендации // Вестник ПГУ. 2019. Т. 3, № 53. С. 153–165. EDN LWYMVB

15. Корнейчук Н.И. Перспективы интенсификации восстановления деталей машин электролитическим хромированием // Труды ГОСНИТИ. 2010. Т. 106. С. 197–203. EDN SZTTDP.

16. Корнейчук Н.И., Ерхан Ф.М., Бомешко Е.В. Влияние параметров периодического тока с обратным регулируемым импульсом на структуру и микротвердость электролитических железных покрытий // Вестник Приднестровского университета. Серия: Физико-математические и технические науки. Экономика и управление. 2017. № (3)57. С. 81–87. EDN YLDAZW.

17. Серебровский В.И., Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П. Упрочняющее легирование электроосажденного железа // Вестник Курской ГСХА. 2015. № 4. С. 68–71.

18. Корнейчук Н.И., Лялякин В.П. Перспективы использования индустриальных методов восстановления изношенных деталей машин гальваническими и полимерными покрытиями в современных условиях развития агропромышленного технического сервиса // Труды ГОСНИТИ. 2018. Т. 130. С. 254–264.

19. Гурьянов Г.В., Кисель Ю.Е., Лысенко А.Н., Обозов А.А. Повышение износостойкости деталей электрохимическими сплавами на основе железа // Сельский механизатор. 2017. № 2. С. 34–35. EDN ZDEDMR.

20. Мухин В.В., Баурова Н.И. Оценка коррозионной стойкости соединений, восстановленных с использованием полимерных композиционных материалов // Технология металлов. 2022. № 10. С. 39–45. DOI 10.31044/1684-2499-2022-0-10-39-45. EDN VTFHFQ.

21. Мухин В.В. Методика оценки свойств эпоксидных композиционных материалов, работающих во влажной среде // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2022. № 7. С. 35–39. DOI 10.31044/1684-2561-2022-0-7-35-39. EDN ZAQXKD.

22. Ляхов Е.Ю. Моделирование процессов усталостного разрушения поверхностей подшипниковых узлов автомобилей, восстановленных полимерными материалами // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2020. № 1(60). С. 25–30. EDN FKHJTC.

23. Емельянов А.А. Способы обеспечения антикоррозионной защиты кузовов // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2022. № 9. С. 36–39. DOI 10.31044/1684-2561-2022-0-9-36-39. EDN TFNOOS.

24. Мухин В.В., Баурова Н.И. Исследование тиксотропных свойств дисперснонаполненных материалов, используемых при ремонте машин // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2023. № 2(73). С. 28–32. EDN TJNKKA.

25. Янута А.С., Штефан Ю.В., Фёдоров В.К., Корнейчук Н.И. Моделирование процесса электролитического покрытия сплава железо-хром из сульфатно-хлоридного электролита при восстановлении деталей машин. Научный рецензируемый журнал «Вестник СибАДИ». 2023; 20(2): 260–276. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-2-260-276. EDN: CBHVWL

26. Артемчук В.В., Босов А.А. Теоретические основы математического моделирования процессов электролитического покрытия // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна. 2007. № 15. С. 52–56.

27. Хлыстов А.В., Бабенко В.А. Математическое моделирование и оптимизация режимов железнения в «горячих» хлористых электролитах на асимметричном токе // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2004. № 4(5). С. 44–47.

28. Штефан Ю.В., Зорин В.А. Методы выявления и оценки рисков в дорожном строительстве и машиностроении: монография. Москва: МАДИ, 2017. 136 с.

29. Штефан Ю.В., Абдуллаев А.Р. Математическая модель технологии изготовления кубовидного щебня на основе теории надежности // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2023. № 37. С. 132–138. EDN VFGHLS.