Анализ влияния предварительной механической активации поверхностного слоя на адгезионные характеристики поверхности металла системы «подложка-покрытие»
Автор: Морозов О.И., Титов Ю.А., Мишов Н.В., Морозов Д.И., Родионов Д.А.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 6 т.26, 2024 года.
Бесплатный доступ
В статье предложена новая концепция теории адгезии, в основе которой находится анализ энергетического состояния поверхностного слоя субстрата (подложки). Представлены результаты исследований по анализу и выявлению природы и механизмов адгезионных сил, а также характера изменения энергетического потенциала контактирующих фаз системы «подложка-покрытие» при комплексном анализе феноменологических процессов структурирования зёренной межфазной поверхности в процессе реализации предварительной механической активации с использованием схем нагружения, характерных для процессов ОМД. Предложен и выявлен характер и вклад в процесс влияния характеристик структурно-деформированных составляющих субстрата/подложки, их морфологии, влияния качества поверхности межзёренного контакта на величину поверхностной энергии (показатель Гиббса), а также уровня поверхностного натяжения , определяющего характер смачивания поверхности субстрата и протекания адгезионных явлений механической активации его поверхностного слоя. Предложена методика фиксирования стадийности интенсивной пластической деформации с учетом структурно-деформационных характеристик модифицированной подложки и уровня накопленной деформации, исходя из дислокационного механизма холодного пластического нагружения, а также изменения структуры зерна (накопленной деформации). Предложена математическая модель изменения структуры зерна при деформационном упрочнении металла. Разработана физическая и математическая модель изменения поверхностной энергии контактирующих сред адгезионного соединения, включающего в себя модифицированный металл субстрата, в том числе, с учетом топологии контактной поверхности. Предложена математическая модель, описывающая образование устойчивых адгезионных связей системы «модифицированная подложка-покрытие».
Износостойкие покрытия, нитрид титана, подложка, пластическая деформация, механическая активация, адгезия, зерно, упрочнение, наклеп, свободная энергия, математическая модель
Короткий адрес: https://sciup.org/148330415
IDR: 148330415 | УДК: 621.98 | DOI: 10.37313/1990-5378-2024-26-6-56-68
Analysis of the effect of preliminary mechanical activation of the surface layer on the adhesion characteristics of the metal surface of the substrate-coating system
The article proposes a new concept of the theory of adhesion, which is based on the analysis of the energy state of the surface layer of the substrate (substrate). The results of research on the analysis and identification of the nature and mechanisms of adhesive forces, as well as the nature of changes in the energy potential of the contacting phases of the substrate-coating system are presented in a comprehensive analysis of the phenomenological processes of structuring the granular interfacial surface during the implementation of preliminary mechanical activation using loading schemes characteristic of OMD processes. The nature and contribution to the process of the influence of the characteristics of the structurally deformed components of the substrate/substrate, their morphology, the influence of the quality of the intergranular contact surface on the amount of surface energy (Gibbs index), as well as the level of surface tension sn, which determines the nature of wetting the surface of the substrate and the course of adhesive phenomena of mechanical activation of its surface layer, are proposed and revealed. A technique is proposed for fixing the stages of intense plastic deformation, taking into account the structural and deformation characteristics of the modified substrate and the level of accumulated deformation, based on the dislocation mechanism of cold plastic loading, as well as changes in the grain structure (accumulated deformation). A mathematical model of grain structure change during deformation hardening of metal is proposed. A physical and mathematical model of the change in the surface energy of the contacting media of an adhesive compound, including a modified metal substrate, has been developed, including taking into account the topology of the contact surface. A mathematical model describing the formation of stable adhesive bonds of the modified substrate-coating system is proposed.
Список литературы Анализ влияния предварительной механической активации поверхностного слоя на адгезионные характеристики поверхности металла системы «подложка-покрытие»
- Кротова, Н.А. Исследование физического состояния и химической активности поверхности, образованной при нарушении адгезионной связи / Н.А. Кротова // Проблемы физико-химической механики дисперсных структур и материалов. – Рига.: ЗИТАТНЕ, 1967. – С. 14-37.
- Кардашов, Д.А. Синтетические клеи / Д.А. Кардашов. – М.: Химия, 1968, 504 с.
- Дебройн, Н.А. Некоторые вопросы адгезии / Н.А. Дебройн // Химия и технология полимеров. – 1961. №6. – 126с.
- Дерягин, Б.В. Адгезия твердых тел / Б.В. Дерягин, Н.А. Кротова, В.П. Смилга. – М.: Наука, 1973. – 279 с.
- Дудчак, В.П. Теоретические предпосылки к исследованию адгезионной прочности полимерных конденсационных покрытий с основой / В.П. Дудчак // Электронная обработка материалов. – 2003, – №1. – С. 27-30
- Воюцкий, С.С. Аутогезия и адгезия высокополимеров / С.С. Воюцкий. – М.: Ростехиздат, 1960. – 216 с.
- Москвитин, Н.И. Склеивание полимеров / Н.И. Москвитин. – М.: Химия, 1968.
- Берлин, А.А. Основы адгезии полимеров / А.А. Берлин, В.Е. Басин. – М.: Химия, 1974.
- Бикерман, Я.О. Новые представления о прочности адгезионных связей полимеров / Я.О. Бикерман // Успехи химии, 1972. – Т. 41. – Вып. 8. – С. 1431-1436.
- Гуль, В.Е. Микрореологические представления об адгезии пленочных полимерных материалов / В.Е. Гуль, С.В. Генель //Адгезия и прочность адгезионных соединений. – М., 1968. – С. 30-38
- Лаврентьев, В.В. О молекулярно-кинетической трактовки зависимости адгезионной прочности / В.В. Лаврентьев // Высокомолекулярные соединения. – 1973. – №11. – С.2579-2582
- Притыкин, Л.М. О возможности оценки термодинамической гибкости макромолекул по энергии когезии их сегментов / Л.М. Притыкин, А.А. Аскадский, Е.С. Гальперн // Высокомолекулярные соединения. – 1985. – № 1. – С.24-28.
- Притыкин, Л.М. Расчет зависимости поверхностной энергии полимеров от их молекулярной массы / Л.М. Притыкин, Ю.В. Емельянов // Высокомолекулярные соединения. – 1984. – № 6. – С.433-442.
- Притыкин, Л.М. Адгезия низкомолекулярных соединений: Теория и практика / Л.М. Притыкин, А. Н. Любченко, О. Б. Селютин и др. – Междунар. инженер. акад. и др. – СПб.: НИИХ, 1998. – 346 с.
- Watanabe T. Grain boundary engineering histocal perspective and future prospeets // Mater sci USA, №6, 2011.
- Мартин, Дж. В. Стабильность микроструктуры в металлических системах / Дж. В. Мартин, Дж. Д, Доэрти, Б. Кантор. – Кембридж.: Изд. Кем. университета, 1997.
- Ауст К.Т. Энергия и структура зерен. Металлические интерфейсы / К.Т. Ауст, Б. Чармелс. – Кливленд, Огайо: ASM, 2012, – 153 с.
- Саттон А. Интерфейсы в кристаллических материалах / А. Саттон, Р.В. Баллуфи. – Оксфорд.: Изд. Оксф. университета, 2007.
- Watanabe T., Nishizawa S., Tsurekawa S. Complex inorganic solid structural stability and magnetic properties of alloys. – N. York.: Springer. 2005, 327 p.
- Качанов Л.М. Основы теории пластичности / Л.М. Качанов. – М.: Наука, 1969. – 402 с.
- Гун, Г.Я. Теоретические основы ОМД. Теория пластичности /. Г.Я. Гун. – М.: Металлургия, 1973г.
- Ильюшин, А.А. Пластичность: Основы математической теории / А.А. Ильюшин. – М.: АН СССР, 1963.
- Ильюшин, А.А. Механика сплошной среды / А.А. Ильюшин. – М.: МГУ 1990.
- Рудской, А.И. Теория и технология прокатного производства / А.И. Рудской, В.А. Лунев. – СПб.: Наука, 2005.
- Колбастников, Н.Г. Теория обработки металлов давлением. Сопротивление деформации и пластичность / Н.Г Колбастников. – СПб.: СПбГТУ, 2000, 320 с.
- Лихачев, В.А. Кооперативные деформационные процессы и локализация деформации / В.А. Лихачев, В.Е. Панин и др., – Киев.: Наукова думка, 1989.- 320 с.
- Качанов, Л.М. Основы теории пластичности / Л.М. Качанов. – М.: Наука, 1969. 420 с.
- Полухин, П.И. Физические основы пластической деформации / П.И. Полухин, С.С. Горелик, В.К. Воронцов. – М.: Металлургия, 1982. – 584 с.
- Хилл, Р. Математическая теория пластичности / Р. Хилл. – М.: Гостехиздат, 1956. – 407 с.
- Ильюшин, А.А. Упругопластические деформации / А.А. Ильюшин. – М.: Логос, 2004. – 388 с.
- Трусов, П.В. Эволюция зеренной структуры металлов и сплавов при интенсивном пластическом деформировании: континуальные модели / П.В. Трусов и др. // Вестник ПНИПУ. Механика. 2022. – №1. – С. 123-155.
- Симонов, Ю.Н. Физика прочности и механические испытания металлов / Ю.Н. Симонов, М.Ю. Симонов. – Пермь.: ПЦИПУ, 2020.
- Лычагин Д.В. Классификация и масштабная иерархия структурных элементов деформации ГЦК-монокристаллов / Д.В. Лычагин, В.А. Старченко, Ю.В. Соловьева // Физическая мезомеханника. – 2005. –№ 8. – С. 67-77.
- Кокорин, В.Н. Структурообразование в процессе консолидации порошковых материалов в присутствии жидкой фазы / В.Н. Кокорин, А.А. Скворцов, и др. // Вестник СГТУ. – 2010. – № 3.
- Кокорин, В.Н. Ротационное обратное выдавливание высокоплотных тонкостенных цилиндрических деталей из спеченных порошковых заготовок: Автореф. дисс. … канд. техн. наук: (05.03.05) / В.Н. Кокорин. – Ленингр. политехн. ин-т им. М. И. Калинина. – Л., 1988. – 15 с.
- Кокорин, В.Н. Исследование адгезионной способности модифицированной системы «подложка-покрытие» / В.Н. Кокорин, О.И. Морозов, Н.В. Мишов // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2023. – Т. 19. – № 11 (220). – С. 164-169.
