В останні роки в розвинених країнах був введений і розповсюджений подібно терміну оінженерія мате
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Основні поняття та визначення
1. В останні роки в розвинених країнах був введений і розповсюджений, подібно
терміну оінженерія матеріалівп, термін оінженерія поверхніп.
Інженерія поверхні металів охоплює всі наукові і технічні аспекти
виготовлення поверхневих шарів і нанесення більшості покриттів (рис. 2.1).
Використовуються наступні визначення:
оповерхневий шар металуп шар металевого матеріалу, обмежений
поверхнею оброблюваної деталі, що вміщує в собі обєм матеріалу з властивостями,
відмінними від властивостей матеріалу основи; причиною, що викликала зміну
властивостей поверхневого шару, може бути одиничний чи спільний вплив
механічних і електричних сил, хімічних факторів;
опокриттяп шар металу, сплаву, керамічного матеріалу, пластмаси
чи інших матеріалів або їх композиції, стійко нанесений на поверхню металевого
матеріалу; термін оінженерія поверхніп не охоплює лакофарбових покриттів,
покриття тимчасового захисту і деяких інших.
Мета зміни властивостей поверхні в обох випадках – підвищення
експлуатаційної стійкості (підвищення міцності, корозійно- і зносостійкості),
відновлення геометричних розмірів деталей або покращання їх декоративних
властивостей, створення виробів унікального функціонального призначення.
Інженерія поверхні металів, відповідно до вище сказаного, є новим науковим
напрямком, що займається розробкою методів обробки поверхневих шарів і
нанесення покрить із заданими властивостями, дослідженням їх структури й
експлуатаційних властивостей. У загальному випадку обробка поверхневого шару може викликати зменшення
або збільшення розмірів деталі; покриття завжди збільшують його розміри.
Класифікація методів інженерії поверхні
2 Методи керування властивостями поверхні умовно можна розділити на
наступні основні групи: нанесення покриттів, легування поверхні, модифікація
структури поверхневого шару (табл.2.1).
При нанесенні покриття на поверхні виробу формується додатковий шар
матеріалу, що за своїм складом у більшості випадків відрізняється від основного
матеріалу деталі. При цьому габаритні розміри деталі збільшуються на товщину
шару покриття, що дозволяє використовувати методи нанесення покриттів не тільки
при виготовленні нових, але і при відновленні спрацьованих деталей і конструкцій.
При легуванні поверхні або модифікації її структури зміна властивостей
поверхні відбувається за рахунок зміни хімічного складу поверхневого шару
матеріалу деталі чи зміни його структурного стану (аморфізація, створення
метастабільних структур та ін.). Розміри виробу при цьому не змінюються.
При нанесенні покриттів, як правило, забезпечується нова якість деталі
(підвищена довговічність, особливі тепло- і електрофізичні властивості, привабливий
зовнішній вигляд тощо). При цьому практично не існує обмежень на сполучення
матеріалів у системі «основа-покриття».
Як основа може бути використаний не тільки метал, але й скло, порцеляна,
фаянс, дерево, тканина, папір, картон та ін.
Залежно від виду енергії, що використовується для обробки, всі методи
обробки (створення) поверхневих шарів умовно можна розділити на шість груп Класифікація методів інженерії поверхні
Механічні методи. Механічні методи використовують енергію тиску
інструментів або частинок для холодного зміцнення поверхневого шару
Термомеханічні методи. Термомеханічні методи використовують спільний
вплив теплової і кінетичної енергії з метою одержання покриттів, рідше поверхневих
шарів, шляхом
Термічні методи. Термічні методи використовують явища, пов'язані з впливом
теплової енергії на матеріали (в основному метали) з метою зміни
Хіміко-термічні методи. Хіміко-термічні методи використовують спільний
вплив теплової енергії і хімічно активного середовища на метал, що обробляється, з
метою насичення його іншою речовиною для одержання необхідних властивостей
поверхневого шару зі зміненим хімічним складом і структурою.
Електрохімічні і хімічні методи. Електрохімічні і хімічні методи
використовуються для одержання металевих чи неметалевих покриттів на металевій
поверхні шляхом осадження. Ці методи охоплюють електрохімічне (електролітичні і
конверсійні покриття) і хімічне відновлення (хімічні і конверсійні покриття). Покриття
відрізняються більш високою корозійно- і зносостійкістю, відмінними від матеріалу
основи фізико-хімічними властивостями, великим коефіцієнтом відбивання
випромінювання
Фізичні методи. Фізичні методи використовують для осадження на поверхні
металів чи неметалів покриттів, зв'язаних з основою адгезійно (у меншому ступені
дифузійно), чи для обробки поверхневого шару за допомогою різних фізичних
ефектів, що протікають при зниженому тиску, у більшості випадків за участю іонів
(осадження з пари, напилення, розпилення, імплантація іонів металевих і
неметалевих речовин)
3 Електрохімічні і хімічні методи. Електрохімічні і хімічні методи
використовуються для одержання металевих чи неметалевих покриттів на металевій
поверхні шляхом осадження. Ці методи охоплюють електрохімічне (електролітичні і
конверсійні покриття) і хімічне відновлення (хімічні і конверсійні покриття). Покриття
відрізняються більш високою корозійно- і зносостійкістю, відмінними від матеріалу
основи фізико-хімічними властивостями, великим коефіцієнтом відбивання
випромінювання.
Електролітичне (гальванічне) осадження дозволяє одержати покриття з металу
чи сплаву на іншому металі (на катоді) за допомогою електричного струму іонів
металів. Отримані покриття можуть бути одношаровими чи багатошаровими.
Найчастіше знаходять застосування наступні електролітичні процеси: хромування,
нікелювання, цинкування, лудіння, кадмування, медування, свинцювання, сріблення,
золочення, родування, паладування, рутування, залізнення, кобальтування,
індування (процеси перераховані в порядку поширення їхнього застосування).
Хімічне осадження дозволяє одержати покриття з металу чи сплаву в
результаті хімічного відновлення і знаходить застосування для нанесення покриттів
на поверхні, на які важко наносити електролітичні покриття (деталі складної форми,
глибокі отвори малого діаметра та ін.).
Конверсійне осадження дозволяє шляхом хімічної чи електрохімічної обробки
одержати на поверхні металу чи сплаву покриття із сполук металу основи: хроматів,
фосфатів, оксидів та ін.
4 Закономірності газофазного осадження
При газофазному осадженні покриття утворюються в результаті хімічних
реакцій поблизу від поверхні, на поверхні чи в приповерхневому шарі основи.
Вихідними продуктами є газоподібні галогеніди, карбоніли чи металоорганічні
сполуки, при розкладанні чи взаємодії котрих з іншими газоподібними складовими
сумішей (воднем, аміаком, вуглеводнями, оксидом вуглецю та ін.) можуть
створюватися і осаджуватися на оброблюваній поверхні потрібні матеріали.
Газофазне нанесення покриттів можна умовно подати як послідовність
елементарних процесів:
1) хімічне випаровування, пов’язане з отриманням металомістких сполук;
2) перенесення газоподібної металомісткої речовини;
3) взаємодія газоподібної металомісткої речовини з поверхнею основи;
4) формування покриття.
Властивості газофазних покриттів визначаються, насамперед, завдяки
отриманню поверхневого шару на основному металі якомога більшим економним
легуванням. Для умов спрацьовування на зношування можуть бути отримані
мартенситні поверхневі шари, які складаються з нітридів чи карбідів. При збагаченні
низьковуглецевої сталі хромом досягається стійкість проти корозії і
окалиностійкість.
При газовому азотуванні, як і цементації, можна отримати тверді поверхневі
зносостійкі шари, що мають високий опір втомленості. На маловуглецевих сталях
можна отримати корозійностійкий шар хрому, а на матеріалах з більш високим
вмістом вуглецю – зносостійкий шар карбідів хрому.
6Електроіскрове легування
Закономірності легування
Існують різні схеми процесу електроіскрового легування (ЕІЛ). Найбільш
поширена схема, де поверхнею, яку обробляють, є катод, а легуючим електродом
– анод (рис. 8.1).
При зближенні анода і катода росте напруженість електричного поля і при
певній відстані між електродами виникає іскровий електричний розряд. Через
утворений канал провідності жмут електронів фокусовано ударяється об поверхню
анода і нагріває її до оплавлення. Від анода відокремлюється крапля
розплавленого матеріалу і рухається до катода випереджаючи анод.
З моделі видно, що матеріал анода переноситься на катод з моменту
пробою міжелектродного проміжку до стикання його з поверхнею. При цьому
відбуваються два імпульси струму, а речовина анода переноситься в рідко-
крапельному стані. Модель відображає “чисте” легування, тобто випадок високих
напружень і малих струмів короткого замикання (I
кз< 10...15 A). Дослідженнями
встановлено, що пробій міжелектродного проміжку відбувається при зближенні
поверхонь анода і катода на відстань (5...10) мкм при напрузі (20...50) В.
Формування шару відбувається як в результаті перенесення і взаємодії
речовини електродів, так і за рахунок теплової дії іскрового розряду
12 . Дробоструменеве зміцнення
За допомогою пневмодробоструменевих і доробометних процесів
зміцнюють, а також очищують деталі практично будь якої геометричної форми, при
цьому не потрібна їх сувора орієнтація у просторі. Введення у дробоударне
зміцнення мастильно-охолоджуючих рідин і розробка методів гідродробоударного
зміцнення дозволяють зробити процес більш тонко регульованим і стабільним.
Для зміцнення використовують кулевий та міцний дріб (рис. 10.6). Щоб не
було деформування дробу в момент удару, твердість його повинна бути вища за
твердість оброблюваного матеріалу. Але при великому підвищенні твердості
дробу підвищується його крихкість, що призводить до розколу дробу, пошкодження
зміцнювальної поверхні та знижує ефективність процесу. На практиці
застосовують дріб діаметром (0,4...2) мм
10 . Ультразвукове зміцнення
Обробка ультразвуковим інструментом передбачає декілька принципових
схем
При закріпленні виробу, який обробляється на масивній основі (рис. 11.1, а),
ультразвукові коливання розповсюджуються спочатку по виробу, а потім по основі,
де і затухають. Така схема обробки використовується в основному для локального
поверхневого зміцнення крупногабаритних виробів. Схема, яка використовує два магнітострикційні перетворювачі (рис. 11.1, б), застосовується з метою збільшення
амплітуди ультразвукових коливань.
Основним недоліком такої схеми є складне узгодження резонансних
режимів роботи перетворювачів.
Довговимірні вироби при ультразвуковій обробці можуть оброблятися за
такою схемою: один кінець закріплюється до концентратора ультразвукових
коливань, а другий залишають вільним, або занурюються у розчини або розплави
солей, луг з визначеними акустичними параметрами. Довжина виробів при такому
способі обробки звичайно кратна півдовжині ультразвукової хвилі.
Найбільш ефективною з точки зору коефіцієнта використання енергії
ультразвукових коливань є схема, яка передбачає використання пасивної
коливальної ланки
7Електронний промінь – потік електронів, що випромінюються одним
джерелом і рухаються за близькими траєкторіями у певному напрямку.
Електронний промінь створюється спеціальним приладом – електронною
гарматою (рис. 13.1), за допомогою якої отримують вузькі електронні пучки з
великою густиною енергії
Гармата має катод 1, який може нагріватися до високих температур. Катод
розміщений всередині додаткового електрода 2. На деякій відстані від катода
знаходиться прискорюючий електрод (анод) 3 із отвором. Електрони, які виходять
із катода, фокусуються за допомогою електричного поля між додатковим і
прискорюючим електродами в пучок, діаметр якого дорівнює діаметру отвору в
аноді 3.
Позитивний потенціал прискорюючого електрода може досягати кількох
десятків тисяч вольт, тому електрони, які випромінюються катодом, на шляху до
анода набувають значної швидкості та енергії. Живлення гармати електричною
енергією здійснюється від високовольтного джерела постійного струму 15. Для
збільшення густини енергії в промені, після виходу електронів із першого анода,
вони фокусуються магнітним полем у спеціальній магнітній лінзі 6. Сфокусовані в
густий пучок електрони, що рухаються, вдаряються з великою швидкістю об
поверхню виробу 13.
9. Механізм плазмового загартовування та закономірності
структурних перетворень
Основною фізичною характеристикою поверхневого зміцнення
висококонцентрованим джерелом нагрівання є температурне поле. Ця
характеристика дозволяє визначити температуру матеріалу в кожній точці зони
термічного впливу в різні моменти часу, швидкість нагрівання і охолодження,
тривалість перебування нагрітого металу ЗТВ в заданому інтервалі температур
залежно від параметрів режиму обробки і теплофізичних характеристик матеріалу,
який обробляється. Рівняння процесу розповсюдження тепла в масивному напівбезмежному тілі
від потужного джерела нагрівання, яке швидко рухається, із нормальним
розподілом питомого теплового потоку
Основною характерною особливістю методів поверхневого зміцнення
висококонцентрованими джерелами нагріву є можливість отримання швидкостей
нагрівання і охолодження, які на кілька порядків перевищують значення, що
характерні для традиційних методів зміцнення (пічного загартовування,
загартовування струмами високої частоти (СВЧ), газополуменевого
загартовування тощо)
5. Закономірності дифузійного насичення
Механізм дифузії є основою утворення дифузійних покриттів. Виявлення
цього механізму ілюструється прикладом утворення покриттів з парогазової фази
Із загальної кількості частинок N0 речовини А, які досягають поверхні тіла В
за одиницю часу, одна частина Np ревипаровується (відбивається), інша – Nк
конденсується і залишається в чистому вигляді на поверхні, третя – Nд
поглинається тілом В. Поглинання відбувається як за рахунок дифузії А в В, так і в
результаті зустрічної дифузії речовини В у А. Швидкість зустрічного процесу іноді
може на два-три порядки перевищити швидкість прямого процесу.
Таким чином, для отримання дифузійних покриттів необхідно, щоб основа
гарно розчиняла атоми матеріалу покриття, який наноситься, і температура основи
була достатньою для інтенсивного проходження дифузійних процесів.
Основними стадіями формування покриттів є:
1) очищення поверхні від оксидних плівок (їх розчинення, відновлення);
2) отримання елемента покриття в атомарному стані (з пари, з газової,
рідкої та твердої фаз);
3) перенесення елемента покриття у будь-якому транспортному середовищі
(газ, пара, рідкий розчин);
4) адсорбція на поверхню і зародкоутворення кристалічної структури
зовнішнього шару покриття (твердий розчин або сполука);
5) зміна складу і структури в прилеглому об’ємі основного металу, а також
ріст шарів покриття (формування одно- або багатокомпонентних покриттів в
перехідній зоні).
8Іонна імплантація
Отримання і формування пучків іонів здійснюється в спеціальних іонно-
променевих установках. Використовують декілька схем установок
До головних елементів установки іонного легування належать: джерело
іонів, мас-сепаратор, системи прискорення, формування і сканування пучка,
камера обробки, вакуумна система.
Джерела іонів повинні забезпечувати можливість отримання
високоінтенсивних пучків іонів (десятки і сотні міліампер) та необхідний ступінь
іонізації атомів твердих тіл. До головних елементів установки іонного легування належать: джерело
іонів, мас-сепаратор, системи прискорення, формування і сканування пучка,
камера обробки, вакуумна система.
Джерела іонів повинні забезпечувати можливість отримання
високоінтенсивних пучків іонів (десятки і сотні міліампер) та необхідний ступінь
іонізації атомів твердих тіл.
2. Маркетинговые аспекты развития межфирменных сетей в России
3. О таможенном тарифе
4. Металлургиялы~ процестерді~ теориясы п~ні бойынша тест с~ра~тары 5В070900 Металлургия маманды~ы студе
5. Тема монополий и их регулирования является одной из самых актуальных в странах с рыночной экономикой
6. Тема- Политическая жизнь и властные отношения ЗАДАНИЕ N 1 отправить сообщение раз
7. Венгрия
8. тематиков всех времён и народов
9. х годов велись научные поиски и экспериментальные пересчеты макроэкономических показателей стран в единую
10. Тема 1. Апаратні засоби персональних комп~ютерів.html
11. Космо
12. Невропатология
13. Актуализация возможностей проблемного обучения в начальной школе
14. Введение Несмотря на широкое применение различных механизированных методах сварки плавлением наибольшее
15. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук
16. Шахтинский ЯПБакланова казачий кадетский корпус 2013 Информация о в
17. Лотки для транспортирования деталей анализ конструкций и расчет основных параметров
18. Антропогенез Кафедра биологи МГМСУ А
19. 1 Назначение и конструкции обрабатываемой детали Заданная деталь ~ вал представляет собой тело вращения
20. Таблиця 51 Гранично допустимі концентрації деяких шкідливих речовин у повітрі виробничих приміщень та ат