<<
>>

Влияние качества ВиХМОП на эксплуатационные свойства деталей из алюминиевых сплавов

Вибрирующая среда, контактируя с поверхностью, растущей под действием химической составляющей комбинированного процесса оксидной пленки, разрыхляет ее, чем облегчает доступ оксидирующего химического раствора к поверхности металла.

Реакционная способность раствора усиливается за счет активации составляющих его компонентов.

Интенсивность протекающих процессов отмечается не только в реакционной зоне, но и в зоне непосредственного контакта. Под воздействием нормальных и тангенциальных сил поверхностный слой оксидной пленки изменяется за счет вибрационного механического воздействия системы.

К сдвиговым процессам упругопластической деформации относится механизм скольжения, проявляющийся в перемещении одной части зерна по отношению к другой. Внешне проявление этого перемещения выражается образованием на поверхности металла полос скольжения.

На рис.5.4 представлена структура алюминия АД1 до и после обработки.

Рис. 5.4. Структура алюминия АД1 ( х 220):а - исходная; б - после нанесения ВиХМОП

Характерные следы обработки шлифованной поверхности алюминия АД1 в полиэтиленовых шарах видны на рис. 5.5.

Рис.5.5. Следы на алюминии АМц после вибрационной обработки в среде полиэтиленовых шаров. Увеличение- Х 200. а - исходный шлифованный образец;б - после 15 мин обработки; в - после 30 мин обработки

Анализ фотоснимков показывает, что при оценке шероховатости,определяющей эксплуатационные свойства изделия, на исследуемой поверхности имеется большое число беспорядочно расположенных следов обработки - выступов и впадин. Они имеют разнообразную форму, глубину и размеры. Видны мелкие углубления и продольные разнонаправленные риски разнообразной формы и размеров, что является следствием прямых и косых ударов. Контуры следов неровные, что свидетельствует о переменном характере движения шара относительно обрабатываемой поверхности.

При рассмотрении фотоснимков поверхности образцов, обработанных в течение 15 минут, отмечается неоднородность поверхностного слоя обработанной поверхности. Различаются полированные участки поверхности и участки со следами разрушения. При более длительной обработке (35 мин) наблюдается соприкосновение и наложение множества единичных следов на поверхности металла. При рассмотрении обработочных следов видно, что отдельные шары при взаимодействии с обрабатываемой поверхностью оставляют на ней прерывистый след, состоящий из более мелких следов, обусловленных характером движения шаров.При таком перекрестном характере расположения рассмотренных следов обработки образуется своеобразный микрорельеф,оказывающий влияние на качество ВиХМП.

Анализируя полученные результаты можно отметить, что при нанесении ВиХМОП на поверхности покрытия образуются следы удлиненной формы,
образующиеся в результате скольжения шара относительно обработанной поверхности, и следы смешанного типа, являющиеся следствием как скольжения, так и прямого соударения. Большая часть следов обработки носит смешанный характер.

Большое число обработочных следов, покрывающих почти всю поверхность образца, указывает на протекание процессов упругопластического деформирования на микро/наноуровне и разрыхления поверхностного слоя естественной оксидной пленки.

Эти явления имеют большое значение при формировании оксидной пленки и микрорельефа поверхности, так как непосредственный контакт шара происходит по оксидной пленке.

Многочисленными исследованиями установлено наличие пластического течения материала в тонком поверхностном слое образца по ходу движения отдельной гранулы, поэтому при прямом ударе шара деформация направлена вглубь образца. Большинство следов свойственны ударам шаров, направленным под углом к поверхности, которые вызывают хрупкое разрушение оксида и сдвиг отдельных частиц. Такое взаимодействие с поверхностью позволяет взрыхлять слой оксида с образованием мелкодисперсных частиц, что ускоряет химические процессы. Часть частиц схватывается своими ювенильными поверхностями с оксидом, иногда попадая в поры и уменьшая их объем, частично уносится оксидирующим раствором, частично уплотняется последующими ударами шаров. Следовательно, в результате виброволнового воздействия оксидная пленка разрыхляется и сглаживается в процессе ее роста.

В зоне контакта, благодаря скользящим ударам шаров, наблюдается некоторое смещение растущего покрытия в сторону вращения рабочей среды (рис.5.6).

Рис. 5.6. Морфология вибрационного химико-механического оксидного покрытия: Т=20 мин, Аа=2 мм, масштаб- 100 нм

Исследования морфологии поверхности вибрационного химико­механического оксидного покрытия раскрыли этапы роста и размерность оксидной пленки, полученной в результате нанесения на полированную поверхность алюминия марки АЛ9 при режимах: амплитуда колебания А=2 мм и частота f= 33Гц, время 5, 10, 20 мин. Исходная поверхность алюминия представлена на рис.5.7 с увеличением (масштаб 10 и 1 мкм). Исследование поверхности покрытия на микро/наноуровне проводилось на аналитическом автоэмиссионном электронном микроскопе'Zeiss SUPRA25. На поверхности

видны продольные' линии после' механической обработки толщиной до 1 мкм.

Рис.5.7. Исходная поверхность алюминиевого сплава АЛ 9. Масштаб: а-10 мкм; б - 2

мкм

На рис.5.8, а, б (масштаб 20 мкм и 10 мкм) видно, что следы после полировки образцов перед нанесением покрытия не перекрываются. Формирование ВиХМОП на микроуровне происходит на поверхности металла таким образом, что покрытие копирует- рельеф исходной поверхности (рис. 5.8. в, г. масштаб 2 мкм и 1 мкм), о чем свидетельствуют контрастные полосы. На рис.5.8, д, ж (масштаб 200 нм) отчетливо видна форма и размеры зародыша оксидного покрытия. Овальной формой обладают не все ячейки, их размеры составляют от 10 до 50 нм (показано стрелкой рис.5.8, д), также видны структуры

сформированного покрытия размером до 100 нм (рис.5.8, ж).


Рис.5.8. Морфология поверхности вибрационного химико-механического оксидного покрытия. Время нанесения 5 мин.Масштаб: а -20 мкм; б -10 мкм; в —2 мкм; г -1 мкм; д -200 нм; ж -200 нм

Увеличение продолжительности обработки до 10 минут приводит к получению покрытия, перекрывающему основной металл (рис.5.9,а), отсутствуют полосы после механической обработки. При увеличении до 200 нм видно, что поверхность покрытия обладает 100% сплошностью, величина зародыша увеличилась от 20 нм на вершине до 150 нм у основания (рис.5.9, в, г),

сформировались разрывы между ячейками (рис.5.9,г) размером 50 нм (стрелка).


Рис.5.9. Морфология поверхности, вибрационного химико-механического оксидного покрыт ия. Время нанесения 10 мин. Масштаб: а - 20 мкм; б - 200 нм; в - 20 нм; г - 100 нм

Гидрооксидный слой вибрационного химико-механического покрытия, сформированный при обработке в течение 20 минут, имеет- законченную структуру покрытия толщиной 5-6 мкм (рис. 5.10, а, б), ширину и длину ячейки от 1 до 4 мкм, форма неправильная (рис.5.10, в, г, стрелка). На рис.5.10, д, ж видна структура покрытия: поры размером 66 нм (стрелка), расстояние между ячейками 50-100 нм, а также структура пленки в виде образований неправильной формы 10 - 50 нм.

а)

б)

Рис. 5.10. Морфология поверхности вибрационного химико-механического оксидного покрытия. Время нанесения 20 мин [.Масштаб: а -20 мкм; б -20 мкм; в -2 мкм; г - 1 мкм; д - 100 нм

При изменении угла наклона предметного стола на 30° удалось определить ростовые слои ячейки ( приблизительно 10 шт. толщина 184,4 нм) (рис. 5.11).

Рис.5.11.Толщина вибрационного химико-механичесжого оксидного покрытия.Время

нанесения 20 мин;угол 30°; масштаб 100 нм

При увеличении времени обработки до 30 минут происходит процесс саморазрушения покрытия за счет' химического воздействия оксидирующего раствора и механической вибрирующей рабочей среды. На рис.5.12 видны резкие

очертания поверхности ячейки и ее отслоение от основного металла.

Рис.5.12. Морфология поверхности вибрационного химико-механического оксидного покрытия. Время нанесения 30 мин.Масштаб: а - 2 мкм; б - 1 мкм

Анализ морфологии поверхности показал. что формирование вибрационного химикомеханического оксидного покрытия происходит в течение 15-20 мин. Формируются ячейки с наибольшими размерами. нет' отслоения от основного металла.

5.4.

<< | >>
Источник: ИВАНОВ Владимир Витальевич. ПРОЦЕССЫ И МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ВЫСОКОРЕСУРСНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПУТЕМ ВИБРАЦИОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ростов-на-Дону 2017. 2017

Скачать оригинал источника

Еще по теме Влияние качества ВиХМОП на эксплуатационные свойства деталей из алюминиевых сплавов:

  1. Влияние качества ВиХМОП на эксплуатационные свойства деталей из алюминиевых сплавов