5.8. Энергетические факторы для обеспечения качества комбинированных химико-механических покрытий
Основным показателем качества любого покрытия, наносимого на поверхность металла, является адгезия, которая характеризует прочность схватывания между двумя материалами, возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных веществ, приведённых в соприкосновение.
Основными характеристиками адгезии являются: энергия адгезии, прочность сцепления и сила адгезии. Ранее было показано, что существует множество теорий и выражений для определения приблизительного значения энергии адгезии пар материалов, вступающих в контакт. Это подтвержено материалами работы [105], посвящённой исследованию характеристик адгезии контактирующих материалов с покрытиями, установлено, что энергия адгезии и прочность сцепления « покрытие-подложка» связаны между собой следующим соотношением:
где h - толщина покрытия.
Зависимость между силой адгезии и прочностью сцепления можно определить по формуле
где т -радиус индентора при вершине склерометрической иглы.
Таким образом, определив энергию адгезии по одной из вышеприведённых в разделе 1 методик, можно по формулам (5.13), (5.14) рассчитать прочность сцепления и силу адгезии МПС.
Количественной характеристикой адгезии является работа адгезии Wa - работа, необходимая для обратимого изотермического разделения двух приведенных в контакт конденсированных фаз по площади единичного сечения. Wa можно представить в следующем виде:
где Еа - средняя энергия единицы связи, обеспечивающей адгезию модифицированного путём химикомеханического синтеза локального микрообъёма на границе раздела контактирующих сред; N - число связей, приходящихся на единицу площади контакта «покрытие - подложка».
Если приравнять мольную энергию, определяющую условия образования модифицированного локального микрообъёма на границе раздела «покрытие - подложка», к средней энергии единицы связи, обеспечивающей его адгезию Uo=Ea,то на основе энергетической модели получим расчётно-аналитическую модель технологической системы вибрационной химикомеханической обработки, обеспечивающей получение покрытия на поверхности материала, требуемой по условиям эксплуатации прочности:
В момент времени τ=τ∩когда пластическая деформация становится предельной для данного материала, т.е.
d = dnp,а активность компонентов системы достигает термодинамической константы равновесия, процесс образования вибрационного химикомеханического покрытия завершается. Выделив тп, получим обобщённую формулу для оценки продолжительности процесса, обеспечивающего формирование ВнХМІ I:
Левая часть условия (5.17), представленная в виде функции времени, является кинетическим уравнением ВиХМО, которое при t < tn, где tn- продолжительность обработки, описывает процесс роста внутренней энергии формируемого покрытия.
С учётом раскрытых особенностей формирования ВиХМП формула для оценки продолжительности процесса ВиХМО может быть уточнена.
Полученная энергетическая модель и расчётно-аналитическая модель технологической системы нанесения покрытий при вибрационной
химикомеханической обработке позволяет на стадии технологической подготовки производства решить ряд оптимизационных технологических задач по обеспечению качества и эксплуатационных свойств поверхности деталей!.