Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Определение энергетических характеристик твердых поверхностей 9
1.1. Анализ методов определения энергетических характеристик твердых поверхностей 3
1.2. Экспериментально-расчетное определение удельной поверхностной энергии металлов в твердом состоянии и металлических покрытий
1.2.1. Метод обработки расчетных и экспериментальных значений удельной поверхностной энергии переходных металлов с учетом периодического закона /б
1.2.Е. Определение удельной поверхностной энергии металлических покрытий 32.
1.3. Экспериментально-расчетное определение удельной поверхностной энергии металлоподобных соединений в твердом состоянии и покрытий на их основе 3
1.3.1. Определение свободной удельной поверхностной энергии нитридов и карбидов переходных металлов
1.3.2. Определение свободной удельной поверхностной энергии покрытий на основе нитридов и карбидов переходных металлов 6"S
1.4. Экспериментально-расчетное определение удельной поверхностной энергии оксидов и стекол на их основе в твердом состоянии 60
Заключение 66
Глава 2. Расчет термодинамических характеристик нитридов, карбидов и боридов переходных металлов 69
2.1. Необходимость прогноза температуры плавления соединений переходных металлов и покрытий на основе этих соединений 69
2. 2. Фактор сложности межмолекулярного взаимодействия... 70
2. 3. Расчет парахора переходных металлов и соединений на их основе 75
2. 4. Расчет температуры плавления нитридов, карбидов и боридов переходных металлов 75
2.5. Точность и границы применимости проведенных расчетов термодинамических характеристик 77
Заключение {20
Глава 3. Расчет физико-механических характеристик нитридов, карбидов и боридов переходных металлов
3.1. Роль коэффициента теплового линейного расширения и упругих характеристик синтезируемых покрытий в технологии их формирования 42.4
3. 2. Расчет коэффициента теплового линейного расширения нитридов, карбидов и боридов переходных металлов. 422.
3.3. Корректировка полученных значений коэффициента теплового линейного расширения нитридов, карбидов и боридов переходных металлов с учетом периодического закона /35
3. 4. Расчет модуля упругости покрытий на основе нитридов, карбидов и боридов переходных металлов /55
3.5. Оценка точности определения физико-механических характеристик покрытий
Заключение
Глава 4. Измерение адгезионной прочности в системе "сталь-покрытие-полимер"
4.1. Анализ методов оценки адгезионного взаимодействия разнородных материалов
4 4.2. Экспериментальное определение фазового, химического состава и физико-механических характеристик покрытий на основе нитридов, карбидов и боридов переходных металлов
4.3. Экспериментальное определение адгезионной прочности в системе "сталь-покрытие-полимер"
Заключение "197
Глава 5. Расчет и прогнозирование адгезионной щючности в системе "сталь-покрытие-полимер" /36
5.1. Современные модели адгезионного взаимодействия
5.2. Адсорбционная модель адгезии и ее модификация, для экспериментальной оценки адгезионной прочности в системе "сталь-покрытие-полимер"
3. Модификация поверхности материалов покрытиями на основе переходных металлов и их соединений, как способ регулирования их адгезионного взаимодействия. , .20к
5. 4. Факторы, влияющие на локальную и общую адгезионную прочность в системе "сталь-покрытие-полимер", .203
5.5. Прогнозирование адгезионной прочности в системе "сталь-покрытие-полимер" 2Q6
Заключение
Выводы.
Литература.
Введение к работе
В настоящее время функциональные покрытия на основе сплавов внедрения находят широкое применение в самых различных отраслях промышленности. Они используются для защиты материала деталей и узлов от коррозии, обеспечивают высокую твердость поверхности, уменьшают изнашивание, позволяют снизить себестоимость изделий. В мировой технологической практике достаточно полно изучены способы формирования различных покрытий и разработаны соответствующие рекомендации. - Одной из фундаментальных характеристик покрытий являются их адгезионные,свойства.
Адгезия - это сцепление поверхностных слоев двух разнородных тел, приведенных в соприкосновение. В зависимости от характера единичной связи на границе раздела двух тел и числа таких связей изменяется прочность сцепления контактирующих тел.
Традиционно представления об адгезии связывают с изучением и производством композиционных материалов. В основном это стеклопластики на основе полимерных материалов. Однако, не менее интересны композиты на основе металлов и неорганических материалов. Учет адгезии необходим также при изучении трения твердых тел. На основе изучения адгезионных явлений возможно понимание механизмов полирования, износа металлов, их фрикционного переноса, схватывания поверхностей материалов как при обычных так и при повышенных температурах.
Одной из актуальных и до конца нерешенных проблем является оценка и прогнозирование адгезионной прочности покрытия как с материалом самой детали, так и с материалом той среды, в которой находится изделие.
В настоящее время эту проблему пытаются решать путем экспериментальных исследований по оценке адгезионной прочности покрытий различной природы. Однако прогнозирование адгезионных свойств вновь разрабатываемых покрытий такими методами невозможно. Поэтому актуальными становятся расчетные методы оценки и прогнозирования адгезионной прочности покрытий различной природы.
Оценка и прогнозирование адгезионной прочности покрытий основаны прежде всего на анализе величины удельной поверхностной энергии материалов контакта "матрица - волокно", величины деформации волокна и матрицы в процессе формирования адгезионного контакта, а также его геометрии (площадь контакта, диаметр волокна, толщина адгезионного соединения). Для учета перечисленных факторов наряду со значением поверхностной энергией необходима информация о температуре плавления, коэффициенте линейного теплового расширения и модуле упругости материалов, образующих адгезионный контакт.
Целью тиной работы является изучение влияния ионно-плазменных и диффизионных покрытий на адгезионную прочность в системе "полимер - волокно", ее прогнозирование и Еыбор покрытий, оптимально изменяющих адгезионное взаимодействие.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
і. Выбрать метод, позволяющий просто и достоверно определять поверхностную энергию фаз внедрения и покрытий на их основе при комнатной температуре;
2. Разработать метод, позволяющий оценивать и прогнозировать необходимые физико-химические характеристики материалов адгезионного контакта (поверхностная энергия, температура плавления, коэффициент линейного расширения, модуль упругости);
3. Выбрать экспериментальный метод определения адгезионной прочности и разработать физическую модель, позволяющую прогнозировать ее в системе "металл-покрытие-полимер". Научная новизна:
1. Экспериментально установлено влияние ионно-плазменных и диффузионных покрытий на прочность адгезионного контакта в системе "сталь (У8) - покрытие - полимер (полиэтилен, эпоксидный компаунд ЭДТ 20)";
2. Предложен расчетно-экспериметнальный метод определения физико-химических характеристик переходных металлов и их соединений, основанный на установлении корреляционной зависимости отношения расчетных и экспериментальных значений свойств от порядкового номера в периодической системе;
3. На основе экспериментальных данных разработана физическая модель, позволяющая прогнозировать адгезионную прочность в системе "сталь - покрытие - полимер" и рассчитана локальная адгезионная прочность мононитридов переходных металлов.
Практическая ценность:
1. Предложен расчетный метод оценки усредненной адгезионной прочности в системе "сталь - покрытие - полимер" в зависимости от физико-химических свойств и геометрии (площадь контакта, диаметр волокна) реальных адгезионных соединений, используемых в технологической практике.
2. Даны рекомендации по практическому применению исследованных ионно-плазменных и диффузионных покрытий:
а) на штамповой оснастке литья и прессования полимеров рекомендованы диффузионные покрытия на ОСНОБЄ карбида хрома;
б) для клеевых соединений и композиционных материалов рекомендованы покрытия на основе нитридов Сг, Ті, V а также боридов Fe и Сг.
3. Дан прогноз перспективных покрытий для указанных областей применения.
