Содержание к диссертации
Стр.
Введение 5
1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ 9
МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ ДЕФОРМАЦИИ (Обзор литературы)
Особенности деформации поверхностных слоев 9 металлов
Пластичность и метастабильность поверхности, 12 экзоэмиссионные свойства
Физические описания явления ЭЭЭ в процессе 21 деформации металлов
Роль окружающей среды в ФСЭЭ металлов 28
Заключение и постановка задач исследования 33
2. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ЭКЗО- 37
ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ ДЕФОРМИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОВ
Методика кинетического измерения экзоэмиссии 37
Установки для комплексного исследования состо- 40 яния поверхностных слоев металлов
Аппаратура и методика регистрации ЭЭЭ 44
2.4.. Аппаратура и методика регистрации работы 57 выхода электрона
2.5. Оценка достоверности измерений 63
2.6. Подготовка образцов 65
2.7. Выводы 67
3. ДВФ(ВЩИОННО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ЭКЗОЭМИССИЯ МЕТАЛЛОВ 68
Экзоэмиссия предварительно деформированных 68 металлов
Экзоэмиссия в процессе деформации металлов при 75 повышенных температурах
Экзоэмиссия жаропрочных металлов и сплавов при 85 деформации и нагреве
Экзоэмиссия в процессе деформации хрупких метал- 98 лов и сплавов
3.5. Выводы 107
4. СТРУОТРНО-ШШТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА И МЕХАНИЗМЫ ЭКЗО- 109
ЭМИССИИ МЕТАЛЛОВ
Связь эмиссионной активности со степенью плас- 109 точности и структурными дефектами
Параметры релаксации эмиссии в зависимости от 132 характера разрушения и скорости деформации
Корреляция работы выхода электрона с 136 кинетикой ЭЭЭ. Адсорбция и окисление как средство электрического декорирования поверхности
Связь эмиссионного акта со структурно-кинети- 141 ческими процессами при деформации
Эффект экзоэмиссионного индуцирования электро- 149
люминесценции
4.6. Выводы 156
Заключение 158
Литература 163
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ, Определяющими факторами поведения твёрдого тела под нагрузкой являются процессы рождения и аннигиляции дефектов кристаллической решётки, биографических дефектов, поверхностная прочность /1-6/,
Для изучения процессов, происходящих в поверхностных слоях металлов и сплавов, несомненный научный и практический интерес представляет использование метода экзоэлектронной эмиссии (ЭЭЭ) /7/, который даёт интегральную информацию о состоянии поверхностных слоев металлического тела. Перспективность метода ЭЭЭ обусловлена возможностью ранней диагностики повреждаемости, что связано с высокой структурной чувствительностью метода и возможностью изучения энергетических параметров дефектов и процессов, протекающих на реальной поверхности металлов и сплавов.
Для дальнейшего развития экзоэмиссионного метода исследования и контроля поверхностных слоев конструкционных материалов, актуальной задачей является повышение информативности. Этого возможно добиться изучая кинетические характеристики ЭЭЭ в динамике деформации металлов и сплавов с заданной структурой и дефектностью, в частности, при введении лесовых дислокаций, при повышенных температурах, при хрупком разрушении, сверхпластичных, монокристаллических и т.п.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - исследование в процессе контролируемой деформации закономерностей кинетики экзоэлектронной эмиссии металлов (в т.ч. монокристаллов) и сплавов при повышенных температурах и в сверхпластичном состоянии; установление влияния структурных дефектов поверхностных слоев в формировании эмиссионной активности металлов в хрупком и пластичном состояниях, а
также при большой плотности лесовых дислокаций; обсуждение роли динамики дефектов кристаллической решётки в элементарном эмиссионном акте; создание новой методики экзоэмиссионной стимуляции электролюминесценции как способа диагностики деформационного состояния поверхности металлов.
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ: фотостимулированная экзоэлектронная эмиссия (ФСЭЭ), фототермостимулированная экзоэмиссия (ФТСЭЭ), измерение контактной разности потенциалов (КРП) методом Кельвина, электросопротивление металлов в процессе деформации, прото-нография (эффект "теней").
НАУЧНАЯ НОВИЗНА: I) Исследованиями ФСЭЭ предварительно упрочнённых кручением металлов в процессе растяжения показан вклад дислокаций в величину интенсивности эмиссии. Установлена корреляция между типом кристаллической решётки, энергией дефектов упаковки и плотностью лесовых дислокаций с одной стороны и кинетикой экзоэмиссии с другой.
Установлены зависимости кинетики ЭЭЭ в процессе растяжения металлов от температуры деформации.
В жаропрочных цирконий-молибденовых сплавах найдено соответствие коэффициентов упрочнения и эмиссионной активности их поверхности, а также связь интенсивности ЭЭЭ с величиной неровностей поверхности.
При деформации и разрушении хрупких металлов и сплавов зарегистрировано изменение эмиссионной активности поверхностных слоев, обусловленное их пластификацией. Обнаружен монотонно-ступенчатый характер нарастания интенсивности ЭЭЭ перед разрушением, свидетельствующий о неоднородной пластификации поверхностных слоев. Изучены особенности ЭЭЭ монокристаллов алюминия,
никеля и меди в процессе деформации. Выявлена корреляция эмиссионной активности с энергией дефектов упаковки этих монокристаллов, а также корреляция их дефектности с величиной интенсивности ЭЭЭ и кинетикой КРП.
Рассмотрен вероятный механизм эмиссионного акта на атомарно-структурном уровне движения дефектов.
Предложена новая методика регистрации ЭЭЭ с деформируемых металлических тел, основанная на обнаруженной зависимости яркости электролюминесценции от деформационного состояния металлического контакта.
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ: I. Созданную экспериментальную установку для комплексного изучения электрофизических характеристик металлических тел в процессе их деформации, разработанные методики измерения эмиссионной активности металлов при деформации.
Результаты исследования физической природы эмиссионной активности металлов в процессе деформации, в т.ч. отличающихся характером структуры и дефектного состояния.
Установленные закономерности изменения экзоэмиссион-ных свойств исследованных металлов в зависимости от их деформационных характеристик.
Интерпретацию механизмов экзоэмиссии с поверхностных слоев металлических тел в процессе деформации, разрушения и релаксации свежеобразованной поверхности.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Данные, полученные при исследовании ФСЭЭ в процессе деформации и разрушения металлов и сплавов могут быть использованы для обоснования экзоэмиссион-ного неразрушающего контроля качества поверхностных слоев конструкционных материалов и изделий. Установленные законо-
8 мерности изменения эмиссионной активности от дефектности поверхностных слоев металлических материалов позволяют на ранних стадиях эксплуатации предсказывать долговечность изделии, а также находить предельно допустимые нагрузки, при которых ещё не происходит необратимых пластических изменений в этих поверхностных слоях. Эмиссионный анализ позволяет судить также о стабильности поверхностных слоев материалов под нагрузкой при воздействии повышенных температур.
Работа выполнена в соответствии с координационным планом АН СССР по физике твёрдого тела, по теме J& 3225 "Разработка теоретических основ применения экзоэлектронно-акустической спектроскопии для физической оценки качества и прогнозирования работоспособности поверхности конструкционных материалов".
