Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 10
1.1. Особенности условий эксплуатации корпусных деталей сельскохозяйственной техники 10
1.2. Причины и механизм износа поверхностей отверстий под подшипники в корпусных деталях 16
1.3. Анализ существующих способов восстановления сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения 20
1.4. Способ восстановления сопряжений опор корпусов с подшипниками качения металлополимерной композиций 34
1.5. Выводы и задачи исследования 36
2. Теоретические предпосылки повышения долго вечности подшипниковых узлов восстанов ленных полимерной композицией 40
2.1. Анализ усилий действующих в подшипниковых опорах 40
2.2. Определение работоспособности подшипниковых систем с ме-таллополимерными композициями 44
3. Программа и методика экспериментальных исследований 57
3.1. Задачи и программа исследования 5 7
3.2. Методика получения металлополимерных композиций 58
3.3. Методика определения физико-механических свойств металлополимерных композиций 74
3.4. Методика проведения сравнительных стендовых испытаний 93
3.5. Методика проведения эксплуатационных испытаний 103
3.6. Методика обработки экспериментальных данных 104
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 108
4.1. Результаты исследований по определению оптимальных концентраций наполнителей металлополимерных композиций 108
4.2. Результаты исследований физико-механических свойств металлополимерных композиций 128
4.3. Результаты исследований надмолекулярной структуры металлополимерных композиций 137
4.4. Технология восстановления сопряжений опор корпусов КП тракторов Т-150К с подшипниками качения 140
4.5. Результаты сравнительных стендовых испытаний подшипниковых опор восстановленных металлополимерной композици ей 146
4.6. Результаты эксплуатационных испытаний экспериментальных КП тракторов Т-150К 166
5. Оценка технико-экономической эффективности 171
5.1. Рекомендации по внедрению технологии восстановления сопряжений опор корпусов КП тракторов Т-150К с подшипниками качения 171
5.2. Расчет технико-экономической эффективности разработанной технологии 174
Общие выводы 182
Литература
- Причины и механизм износа поверхностей отверстий под подшипники в корпусных деталях
- Определение работоспособности подшипниковых систем с ме-таллополимерными композициями
- Методика определения физико-механических свойств металлополимерных композиций
- Результаты исследований физико-механических свойств металлополимерных композиций
Введение к работе
В современных условиях сельскохозяйственного производства многие трудоемкие операции выполняют сложные по конструкции самоходные машины. Однако в связи со сложной финансово-экономической ситуацией в нашей стране предпочтительным с точки зрения экономии средств на поддержание машинно-тракторного парка в работоспособном состоянии является восстановление изношенных поверхностей деталей.
Одной из основных базовых деталей любого сложного механизма, соединяющей в себе его отдельные детали и сборочные единицы в строго фиксированном пространственном положении является корпус. Следует отметить, что восстановление базовых, корпусных деталей экономически выгодно, так как зачастую рентабельность восстановления превышает в 20-25 % [11,31,57,58].
По состоянию на 1 января 2007 г. тракторы Т-150К в машинно-тракторном парке применительно к Саратовской области, составляют 34,5 % от общего количества энергонасыщенных тракторов, что на 9,2 и 33,9 % больше, чем тракторов марок К-701 и К-744 соответственно [100].
Анализ долговечности агрегатов трансмиссии энергонасыщенных тракторов семейства Т-150К показал их низкий ресурс, особенно после капитального ремонта. Ресурс отремонтированных агрегатов составляет не более половины ресурса новых [95].
Одной из причин малого ресурса агрегатов трансмиссии, в частности (КП), является преждевременное разрушение сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения или стаканами подшипников [8, 13, 32]. В результате чего нарушаются не только размеры отверстий, но и взаимное расположение их осей относительно установочных баз и друг друга. Поэтому при восстановлении сопряжений опор корпусов с подшипниками качения необходимо учитывать не только размеры отверстий, но и их взаимное про- странственное расположение, и выдерживать их согласно технологической документации.
В настоящее время в ремонтном производстве в основном применяются способы восстановления сопряжений опор корпусов с подшипниками качения, связанные в большинстве случаев со значительными термическими воздействиями на деталь, что приводит к значительному ее короблению и нарушению точности геометрических параметров посадочных отверстий. Кроме того, в процессе эксплуатации не обеспечивается прочность восстановленных соединений в связи с тем, что не устраняется ведущий вид износа -фреттинг-коррозия.
Актуальность вопроса. Одной из важнейших задач ремонтного производства на современном этапе развития научной и технической мысли является разработка и внедрение в производство принципиально новых материалов и технологических процессов восстановления сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения. Наиболее прогрессивными являются способы, основанные на применении полимерных и современных наномате-риалов. Наибольший интерес в этой связи представляют высокопрочные анаэробные клеи и герметики ускоренного отверждения, особенно композиции на их основе, обладающие высокими физико-механическими свойствами и прочностными характеристиками. Данные композиции позволяют значительно ингибировать процессы, вызывающие преждевременное разрушение сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения.
Цель диссертационной работы - повышение долговечности корпусных деталей сельскохозяйственной техники путем применения анаэробных композиционных материалов при восстановлении сопряжений опор корпусов с подшипниками качения.
Объектом исследования является технологический процесс восстановления неподвижных цилиндрических соединений в корпусных деталях агрегатов сельскохозяйственной техники.
Предметом исследования являются составы металлополимерных ком- позиций на основе метакрилового герметика с добавлением наноразмерных порошков (НРП) металлов и их сплавов, физико-механические свойства полученных металлополимерных композиций.
Методика исследований включала в себя лабораторные испытания физико-механических свойств металлополимерной композиции на основе метакрилового анаэробного герметика с добавлением НРП сплава металлов и акрилового клея АК-506, стендовые и эксплуатационные испытания восстановленных подшипниковых узлов корпусов КП тракторов семейства Т-150К.
Исследовали структуру металлополимерных композиций и их основные физико-механические свойства. В лабораторных условиях проводили ускоренные сравнительные испытания на стенде, изготовленном на кафедре надежности и ремонта машин «ФГОУ ВПО Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова».
Эксплуатационные испытания проводили на 8 тракторах Т-150К в соответствии с ГОСТ 27.410-87 по плану испытаний на надежность [NUT\.
Научная новизна: - разработаны теоретические положения по определению долговечности сопряжений опор корпусов КП тракторов Т-150К с подшипниками качения; - получена математическая зависимость, описывающая прочностные свойства анаэробных полимерных композиций базовых и оптимально напол ненных наноразмерными порошками сплавов металлов; - установлены закономерности, описывающие взаимосвязь между режи мами технологического процесса нанесения металлополимерных композиций и их эксплуатационными характеристиками.
Практическая ценность работы заключается в разработке и внедрении в ремонтное производство технологического процесса восстановления сопряжений опор корпусов КП тракторов Т-150К с подшипниками качения на основе полимерной композиции «Анатерм-111» с добавлением НРП сплава металлов, позволяющей с высоким качеством восстанавливать сопряжения без последующей механической обработки.
Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными стендовыми и эксплуатационными испытаниями, современными методами и техническими средствами исследований, а также применением экспериментально-теоретических положений по математическому планированию эксперимента.
Реализация результатов исследований результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены на ЗАО «Ремтехпред». Кроме того, они могут быть использованы в ремонтном производстве при восстановлении сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения различной автотракторной техники.
Апробация работы: Основные положения и результаты исследований были доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СГАУ в 2004-2007 гг.; ежегодном межгосударственном постоянно действующем научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС» (Саратов, 2005-2007 гг.), Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 117-й годовщине со дня рождения Николая Ивановича Вавилова (Саратов, 2004 г.), Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора А. Ф. Ульянова (Саратов, 2005 г.), Международной научно-практической конференции «Сохранение окружающей среды - важнейшая проблема современности» (Орел, 2005 г.), Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко (Саратов, 2006 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном перечнем ВАК РФ. Общий объем публикаций составил 1,43 печ. л., из них 1,23 печ. л. принадлежит лично соискателю.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 200 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 159 наименований, содержит 84 рисунка, 12 таблиц и 9 приложений.
Научные положения, выносимые на защиту: теоретическое обоснование повышения долговечности сопряжения наружное кольцо подшипника - корпус путем использования металлополимер-ной композиции с добавлением НРП металлов и их сплавов; результаты исследований влияния состава металлополимерной композиции на механизм формирования структуры и ее основные физико-механические свойства; технология восстановления сопряжений опор корпусов КП тракторов Т-150К с подшипниками качения, основанная на использовании полимерной композиции с добавлением НРП металлов и их сплавов; результаты стендовых и эксплуатационных испытаний и оценка экономической эффективности разработанной технологии.
Причины и механизм износа поверхностей отверстий под подшипники в корпусных деталях
Исследованию причин и механизма износа поверхностей отверстий под подшипники в корпусных деталях посвящено большое количество работ [1, 24, 61, 118 и др.]. Многие ученые считают, что основными причинами выхода из строя поверхностей отверстий под подшипники в корпусных деталях являются износ вследствие проворачивания наружного кольца подшипника в корпусе и фреттинг-коррозия поверхности отверстия под подшипник в корпусной детали [18, 24,27, 61,129 и др.]. Вследствие износа поверхностей отверстий возрастают зазоры в сопряжениях, вызывающие перекос осей и увеличение ударных, динамических и вибрационных нагрузок на механизм в целом.
Подшипники, применяемые в сельскохозяйственном машиностроении, обычно имеют нулевой класс точности, а их наружные кольца, в зависимости от конструкции подшипникового узла, испытывают местные, циркуляционные и колебательные виды нагружений [20] (рис. 1.1).
Подавляющее большинство подшипников сельскохозяйственного назначения испытывают местный вид нагружения, поэтому в силу технологических сложностей подшипниковые узлы, как правило, изготовляют с посадкой с зазором [121 и др.]. Местно нагруженные кольца подшипников в процессе эксплуатации испытывают нагрузки от сил трения, возникающих внутри подшипника, и постоянно действующей радиальной силы. При этом имеет место постоянный проворот наружного кольца подшипника на некоторый угол. Углы проворота достаточно малы по своим абсолютным величинам и вращение наружного кольца характеризуется микроперемещениями. Исследованиями многих авторов [34, 72, 80, 90, 97, 112] показаны зависимости углов микроперемещений от величин зазоров в сопряжении подшипник - корпус и испытываемых нагрузок, а также экспериментально и теоретически доказана возможность и выявлены причины проворачивания наружного кольца в сторону, обратную вращению внутреннего кольца [23].
Характер макроперемещений следующий: номинальная неподвижность наружного кольца и вращение внутреннего (см. рис. 1.1, а, б, в) либо неподвижность внутреннего и вращение наружного кольца (см. рис. 1.1, г, д, е) [119]. В первом случае возможны три основных варианта: вал нагружен силой Р постоянного направления, а наружное кольцо на активном угле а восприятия нагрузки испытывает местное нагружение (см. рис. 1.1, а); вал нагружен центробежной силой Рпб, при этом наружное кольцо испытывает циркуляционное нагружение (см. рис. 1.1,6); вал нагружен силой Рк, совершающей колебательные движения с угловой амплитудой р, при этом наружное кольцо испытывает колебательное циркуляционное нагружение с амплитудой а + (3 (см. рис. 1.1, в). Если конструкция узла реализована таким образом, что наружное кольцо вращается, а внутреннее неподвижно, то в этом случае: наружное кольцо нагружено силой Р постоянного направления и испытывает циркуляционное нагружение (см. рис. 1.1, г); наружное кольцо нагружено центробежной силой Рцб, и испытывает местное нагружение (см. рис. 1.1, д); наружное кольцо нагружено силой Рк, совершающей колебательные движения с угловой амплитудой Р и испытывает циркуляционное нагружение, а внутреннее испытывает колебательное циркуляционное нагружение с амплитудой а + р (см. рис. 1.1, е).
Наряду с микроперемещениями наружного кольца подшипника наблюдается также особый вид износа - фреттинг-коррозия. Исследованиям процессов фреттинг-коррозии посвящены многие работы [25,32, 51,64,144,145, 158 и др.]. Впервые термин «фреттинг-коррозия» применил ученый Г.А. Томлинсон. Под фреттинг-коррозией понимается вид разрушения сопрягаемых поверхностей, номинально неподвижных и испытывающих малые перемещения относительно друг друга с незначительными амплитудами и скоростями при высоких удельных нагрузках и давлениях.
До настоящего времени не существует единой теории фреттинг-коррозионного разрушения [3,144 и др.], однако значительный вклад в исследование механизмов, связанных с фреттинг-коррозионным разрушением вне ели: Н.Л. Алябьев, А.С. Ахматов, B.C. Иванова, И.А. Одинг, М.С. Островский, А.В. Рябчиков, В.Н. Степанов, Г.А. Томлинсон, К.К. Улиг и др., предложившие целый ряд гипотез фреттинг-коррозионного разрушения и показавшие степень влияния фреттинг-коррозии на интенсивность изнашивания.
Интенсивность фреттинг-коррозионного разрушения значительно зависит от таких факторов, как твердость сопрягаемых поверхностей, удельные нагрузки, амплитуда и частота взаимных перемещений, длительности нагру-женийи др. [159].
Согласно исследованиям названных ученых, фреттинг-коррозионное разрушение протекает в три этапа.
На первом этапе из-за непрерывных взаимных микроперемещений сопрягаемых поверхностей происходит разрушение поверхностных окисных пленок, упрочнение поверхностных и пластическое деформирование приповерхностных слоев металла. Вследствие этого в зоне сопряжения появляются первичные продукты фреттинг-коррозионного разрушения.
На втором этапе, помимо накопления продуктов износа, в зоне контакта формируется коррозионно-активная среда. При этом образуются окислы, содержащие оксиды, диоксиды и триоксиды железа, диоксиды альфа-железа и гидрооксиды железа с одновременным окислением и распадом первичных продуктов фреттинг-коррозионного разрушения, объем которых в силу высокой дисперсности превышает объем металлических поверхностей в 4 раза.
Определение работоспособности подшипниковых систем с ме-таллополимерными композициями
В процессе эксплуатации подшипниковые узлы подвергаются действию различных по знаку и величине нагрузок и постоянно изменяющихся температурных полей. Возникающие при этом относительно малые перемещения местно нагруженного наружного кольца подшипника, вызванные значительными удельными нагрузками, приводят к износу, фреттинг-коррозии и как следствие - к разрушению сопряжения и проворачиванию. При этом в сопряжении наружное кольцо подшипника - корпус фактическая площадь контакта вследствие шероховатостей сопрягаемых поверхностей значительно отличается от номинальной [153]. Следовательно, долговечность посадочного отверстия определяется контактными напряжениями, возникающими при влиянии внешних нагрузок и является доминирующей при разработке способов восстановления изношенного сопряжения. Одним из наиболее перспективных путей повышения фактической площади контакта, а следовательно, и долговечности подшипникового узла является технология восстановления с применением полимерных материалов и композиций на их основе.
Одним из главных факторов, влияющих на работоспособность восстановленного сопряжения наружное кольцо подшипника - корпус, является удовлетворение условию прочности (2.1) полимерной прослойки: 0" adm (2.1) где а - суммарное напряжение, возникающее от действия всех приложенных нагрузок, МПа; cradm - допустимое напряжение для полимерной композиции, МПа.
Чтобы определить минимально достаточное напряжение, обеспечивающее фиксацию наружного кольца подшипника от проворачивания, рассмотрим модель подшипникового узла, наружное кольцо которого сопряжено с корпусом (рис. 2.1), и модель подшипникового узла, наружное кольцо которого сопряжено с корпусом через полимерную прослойку (рис. 2.2).
Из представленных моделей видно, что на корпус будут действовать: - радиальные силы Рх, р\, Р1 вследствие посадки наружного кольца в корпус; - тангенциальные силы Рм крутящего момента, передаваемого валом из-за проскальзывания тел качения в подшипнике; - осевые силы Р\.
На объем полимерной прослойки будут действовать: - радиальные силы Р2, Ргу\ - тангенциальные силы Рм крутящего момента передаваемого валом вследствие проскальзывания тел качения в подшипнике; - осевые силы Рх.
Для анализа напряжений, действующих в сопряжениях наружное кольцо подшипника - корпус и наружное кольцо подшипника - полимерная прослойка, рассмотрим элементарный объем dV, мысленно вырезанный из сопрягаемых поверхностей обеих моделей (рис. 2.3,2.4).
Очевидно, что прочность полимерной композиции, удовлетворяющая условию выражения (2.1), позволяет обеспечить необходимую долговечность подшипникового узла в целом и сопряжения наружного кольца с корпусом в частности. Одним из вероятных подходов к расчету среднеэффективной прочности полимерной композиции является определение прочности на ограниченной элементарной площади (единичной площади).
Исследования авторов [19, 42, 44, 101, 103 и др.] подтверждают, что при введении в полимерную композицию различных наполнителей, первоначальная прочность ее изменяется.
Для построения теоретической модели повышения прочности полимерной композиции путем введения в нее НРП металлов применим ряд допущений: - на изменение прочности композиции влияет не только прочность вводимых частиц наполнителя, но и эффективной области вокруг этих частиц; - частицы наполнителя в первом приближении имеют правильную сферическую форму, что подтверждают исследования [6,43,101,103 и др.]; - частицы наполнителя равномерно и непрерывно распределены по всему объему полимерной прослойки, включая площади взаимодействия полимерной композиции с поверхностью отверстия корпуса и наружным кольцом подшипника.
Методика определения физико-механических свойств металлополимерных композиций
В настоящее время существует целый спектр методов определения прочности сцепления полимерных покрытий с поверхностями деталей. Каждый из них имеет как определенные преимущества, так и недостатки. В связи с тем, что в соединении полимер-подложка, а именно в пограничном слое и в «глубине», действуют силы и со стороны подложки, и со стороны полимерного покрытия, различающиеся по виду и степени проявления, невозможно разработать универсальный метод определения прочности сцепления полимерной композиционной пленки с поверхностью подложки.
Все существующие методы для проведения испытаний по определению величины адгезионной прочности можно разделить на разрушающие, при использовании которых происходит разрушение соединения и не разрушающие, при которых не нарушается целостность соединения.
Проведение любого испытания по определению адгезионной прочности сцепления композиции с поверхностью образца включает в себя: - подготовку поверхностей перед нанесением покрытия; - формирование полимерного слоя на поверхностях образцов; - определение силы адгезионного сцепления с поверхностью образца каким-либо методом.
В результате применения разрушающих методов для определения адгезионной прочности сцепления полимерной композиции с поверхностью образца возможны три вида нарушения целостности соединения: полный отрыв полимера от поверхности образца - адгезионное разрушение (рис. 3.4, а), разрыв по глубине материала композиции либо материала образца - когези-онное разрушение (рис. 3.4, б, в), частичный разрыв по пленке либо по образцу и частичный отрыв самой пленки от поверхности образца - адгезион-но-когезионное разрушение (рис. 3.4, г).
По характеру прилагаемых к образцам сил все разрушающие методы можно разделить на статические и динамические. К статическим [19, 134] относятся методы сдвига (рис. 3.5, а), равномерного отрыва (рис. 3.5, б), неравномерного отрыва (рис. 3.5, в), отдира (рис. 3.5, д), расслаивания (рис. 3.5, ё).
В результате реализации метода статического сдвига в клеевых соединениях создаются касательные напряжения, направленные вдоль плоскости склеивания образцов [36, 59, 83,104,120,134 и др.].
При использовании метода равномерного отрыва происходит отделение полимерного покрытия от поверхности образца по всей площади пятна контакта. Использование этого метода позволяет измерить величину усилия, необходимого для разрушения соединения полимер - подложка.
Для практической реализации данного метода пользуются цилиндрическими образцами с различными конструкциями креплений под захваты испытательных машин (рис. 3.6). При этом полимерная композиция наносится между торцевыми поверхностями испытуемых образцов, образуя клеевой шов, а линии приложения усилий отрыва образцов друг от друга должны лежать в одной плоскости, которая в свою очередь должна быть строго перпендикулярна к плоскости клеевого соединения образцов.
Разновидностью метода равномерного отрыва является так называемый метод штифтов, с помощью которого происходит отделение поверхности образца от полимерного покрытия (рис. 3.7). Для этого в металлическом основании / сверлится отверстие, в которое вставляются цилиндрические или конические штифты 2. После этого поверхность основания шлифуется заодно с торцевой поверхностью штифта, затем на прошлифованную поверхность наносится полимерная композиция. По окончанию полимеризации штифт выдергивают, а по величине прилагаемого усилия и площади контакта определяют адгезионную прочность композиции.
Существует целый ряд методов определения адгезионной прочности сцепления, реализующих неравномерный отрыв [83, 104]. Главное отличие их в том то, что точка приложения разрушающего усилия находится около одного из краев соединения полимер - подложка (рис. 3.5, в, д, ё).
Динамическими являются методы сдвига, равномерного и неравномерного отрыва [19, 120, 134], при этом мерой прочности сцепления служит количество циклов нагружения образцов до разрушения соединения.
Существует ряд методов, которые принципиально невозможно отнести ни к методам равномерного и неравномерного отрывов, ни к сдвигу. К ним относятся метод решетчатого надреза, царапанье, центрифугирование, метод с определением коэффициента трения качения и др.
Результаты исследований физико-механических свойств металлополимерных композиций
Для построения релаксационных кривых подготовленные образцы подвергали деформированию с различными скоростями і)Ь і)2) щ до напряжений а/, а2\ a3v после чего деформация оставалось постоянной, а напряжение, необходимое для поддержания заданной деформации уменьшалось вследствие релаксации внутренних напряжений (рис. 4.21).
Анализ результатов проведенных экспериментов показал, что с увеличением скорости деформации образцов релаксация внутренних напряжений полимерных композиций происходит быстрее. Так, при скоростях деформирования 50, 20 и 9 мм/мин степень изменения релаксации напряжений при использовании композиции на основе АН-111 с добавлением НРП сплава железа с никелем увеличилась соответственно на 48, 25 и 6 % в сравнении с базовым полимером АН-111. Очевидно, что глубина релаксации в большей степени зависит от скорости приложения нагрузки.
Данное обстоятельство показывает, что в процессе деформирования происходит частичная релаксация внутренних напряжений полимерных композиций. При этом металлополимерная композиция с добавлением НРП сплава железа с никелем быстрее реагирует на изменение внешних сил и в своем объеме стремится более полно распределить и отрелаксировать возникающие внутренние напряжения, поэтому она более пригодна для восприятия, частичного поглощения и передачи динамических и ударных нагрузок.
Следует отметить, что релаксационные процессы в твердых телах, в частности высокомолекулярных, протекают во времени, следовательно, все механические характеристики, не учитывающие время и величину релаксации напряжений, являются относительными и приближенными. Исходя из этого, при изучении физико-механических свойств тонкослойных полимерных покрытий необходимо учитывать и внутренние напряжения, возникающие при формировании полимерных составов и эксплуатации полимерных композиций, что наглядно подтверждают кривые на рис. 4.21.
При исследовании физико-механических свойств полимерных композиций определяли их модуль сдвига согласно методике, изложенной в главе 3 (подраздел 3.3). Общий вид разрывной машины Р-5 (ГОСТ 7855-74) [40] с комплектом специальных приспособлений для испытаний представлен на рис. 4.22. Модуль сдвига композиции определяли как физическую постоянную при определенной температуре. Температура образцов при испытаниях составляла 20±2 С.
Увеличение модуля сдвига оптимально наполненной металлополимерной композиции по сравнению с базовым полимером характеризует его повышенную деформационную стойкость и способность сопротивления деформации.
Оценку мгновенного модуля упругости полимерных композиций проводили согласно методике, изложенной в главе 3 (подраздел 3.3). Результаты экспериментов представлены на рис. 4.27.
Одновременно с увеличением модуля сдвига критически наполненной композиции происходит и повышение мгновенного модуля упругости. Данное обстоятельство связано с уменьшением объемной доли пустот в полимере за счет заполнения их частицами вводимого наполнителя. Одновременно с этим не только увеличивается прочность композиционного материала, но и снижается деформация связанных макромолекул полимера [42]. Введение в полимерную основу химически активных НРП приводит к образованию вокруг этих частиц полимерных цепей. Частицы становятся «микроцентрами полимеризации». При этом сокращаются длина полимерных цепей, что приводит к повышению деформационной стойкости метал-лополимерной композиции в целом.
Характер распределения частиц наполнителя в полимерной композиции, степень связи ее с основным металлом, глубину проникновения композиции в микрошероховатости поверхности определяли при помощи металлографического анализа. По сравнению с существующими методами исследования композиционных материалов, такими, как масс-спектральный, химический, электронно-зондовый, металлографические исследования не требуют сложного и дорогостоящего оборудования и одновременно с этим позволяют получить весьма точные результаты.
Микрофотографии топографии поверхностей шлифов подготовленных образцов выполняли на микроскопе МИМ-7 с увеличением 300х. На рис. 4.28-4.31 представлены микрофотографии базовой полимерной композиции и оптимально наполненной НРП сплава железа с никелем полимерной композиции на основе метакрилового герметика АН-Ill и акрилового клея АК-506, соединяющей образцы, изготовленные из стали и чугуна.
Значительная неоднородность структуры базового полимерного материала наблюдается на рис. 4.28, а на границе раздела фаз: полимерная композиция - металлическое основание (рис. 4.29.) явно выражено наличие «переходной» полимерной пленки. Проведенные эксперименты показали, что доминирующим в большинстве случаев является адгезионное разрушение. Очевидно, что разрушается в первую очередь «переходная» и, следовательно, низкопрочная полимерная пленка.
