CC BY
8
№ 9 (102)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
сентябрь, 2022 г.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
О ВЛИЯНИЕ ЙОДА НА ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ SP-МЕТАЛЛОВ
Авалбаев Гаффар Абирович
cm. преподаватель, Джизакский политехнический институт, Республика Узбекистан, г. Джизак E-mail: avalbaev54@mail.ru
ABOUT THE INFLUENCE OF IODINE ON THE WORKABILITY OF SP-METALS
Gaffar Avalbaev
Senior Lecturer, Jizzakh Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Jizzakh
АННОТАЦИЯ
Приведены результаты влияния йода на обрабатываемость легкоплавких металлов, характеризуемых слабыми когезионными силами связи, скорости резания и температуры на электродонорные свойства этих металлов. Установлено, что адсорбционный эффект на алюминии, титана, железа и никеля обьясняется электроотрицательностью атомарного йода по отношению энергетического параметра.
ABSTRACT
The results of the effect of iodine on the machinability of low-melting metals characterized by weak cohesive bonding forces, cutting speed and temperature on the electron-donating properties of these metals are presented. It has been established that the adsorption effect on aluminum, titanium, iron and nickel is explained by the electronegativity of atomic iodine with respect to the energy parameter.
Ключевые слова: энергия активации, фреттинг-коррозия, хемосорбция йода, обрабатываемость металлов, когезионные силы, энергетический параметр.
Keywords: activation energy, fretting corrosion, iodine chemisorption, metal machinability, cohesive forces, energy parameter.
Введение. В соответствии с кинетической концепцией физико-химической теории прочности основным условием сколько-нибудь значительного облегчения механической обработки металла при его контакте с диэлектрической средой является соизмеримость энергии активации разрушения (энергией атомизации или сублимации Lм) и абсолютных величин энергии хемосорбции (поверхностной химической реакции Q ) [1], т.е. в макроаспекте должно выполняться условие
ДGr - Q > О , (1)
где ДGr - энергетический параметр, определяющий степень компенсации поверхностных связей адсорбента и характеризующий энергетический баланс взаимодействия металла (М) и адсорбата (А). Выражение (1) в микромасштабе отвечает условию минимума энергий смешения атомов М и А (правило Щукина - Ющенко) [2].При ДО г < 0, как правило,
наблюдаются коррозионные явления или образование новых фазовых продуктов, что, вообще говоря, исключает возможность проявлений заметных эффектов адсорбционного понижения прочности (а.п.п.) [3,4]. Однако условие ДО < 0 более благоприятно для эксплуатационных свойств (например, износостойкости и характеристик смазывающей спо -собности) рабочих поверхностей металлических деталей, что иллюстрируют факты повышенной работоспособности пар трения при фреттинг- коррозии и особенно при нормальном механо-химическом износе (пассивации) по сравнению с механической формой абразивного разрушения[5].
Наиболее яркие проявления а.п.п. при обработке в неметаллических средах были обнаружены при действии галоидов на & металлы (Л, Fe, № и т.д.) [6 - 8].
Экспериментальная часть. В настоящей работе анализируется влияние йода на обрабатываемость простых(легкоплавких)металлов, характеризуемых гораздо слабыми когезионными силами связи, чем переходные металлы.
Библиографическое описание: Авалбаев Г.А. О ВЛИЯНИЕ ИОДА НА ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ sp-МЕТАЛЛОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 9(102). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14294
№ 9 (102)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
сентябрь, 2022 г.
Таблица 1,
Сопоставление энергетических характеристик взаимодействия и эффективности обработки в системах
Бр- металлы/йод*
Параметр Металл
Pb Sb Bi Sn In Cd Zn Al
Ьм.эВ 2,02 2,13 2,29 3,13 2,45 1,15 1,34 3,41
Фм, эВ 4,06 4,14 4,29 4,30 4,00 4,05 4,28 4,25
Q, эВ 1,92 1,84 1,69 1,68 1,98 1,93 1,70 1,73
AGr. эВ 0,10 0,29 0,60 1,45 0,47 -0,78 -0,36 1,68
Ар*10-7. Дж/м3 239 524 84 115 19 154 140 335
К 11,1 2,9 1,8 1,1 3,4 1,1 1,0 2,6
*Ар - работа сверления всухую; коэффициент К ном растворе йода в этиловом спирте
В таблице представлены результаты оценок согласно критерию (1) в сопоставлении с удельными работами разрушения ¿р-металлов Ар при сверлении всухую и в присутствии 5%-ного спиртового раствора йода. Величину Q определяли по формуле[9]
в = ¿ма |Фм - Хл (2)
где ¿ш - число образующихся химических связей между металлом и адсорбатом (в нашем случае ¿ма = 1), Фм - работа выхода электрона из металла, Ха - электроотрицательность частицы адсорбата по Малликену, ХА=(1А + Еа)/2,1А - первый ионизационный потенциал, Еа - сродство к электрону. Как показал анализ, количественные оценки по соотношению (2) удовлетворительно согласуются с опытом и результатами известных более сложных расчетных методик определения энергий полярной химической связи металл - адсорбат.
В литературе отсутствуют сведения о диссоциативной хемосорбции йода на ювенильной поверхности большинства ¿р - металлов. Учитывая необходимость сравнительно малоинтенсивных режимов резания и низкие температуры при обработке легкоплавких металлов, отсутствие у них й- электронной подсистемы (а следовательно, и характерных каталитических свойств), а также значительно более высокие, чем у переходных элементов, элек-тронодонорные свойства (близкие к электронодонор-ным характеристикам фазы спиртового растворителя), можно предположить, что диссоциация молекулярного йода при резании в данном случае мало вероятно. Поэтому, при оценках в соотношениях (1) и (2) принимали во внимание значение ХА = 5,98 эВ для молекул йода и справочные данные по Ьм и Фм.
Испытания проводили в соответствии с методикой [10] на специально подготовленной установке
геризует отношение работ сверления всухую и в 5%-
при постоянных, оптимальным образом выбранных скоростях резания и нагрузках. Для сверления применяли образцы чистых металлов (99,9%) за исключением алюминия (сплав Д16). Величину Ар определяли согласно известному соотношению
Л /ЛЧ
' (3)
где М- крутящий момент, N - полное число оборотов сверла, й - его диаметр, И - глубина резания.
Обсуждение результатов. Из данных таблицы следует, что между значениями Ар и АОг существует удовлетворительная корреляция. Наибольшее снижение Ар имеет место в случае свинца, для которого, как видно, положительное значение АОг минимально. Когда АОг отрицателен ^п, Сё) или наоборот, составляет достаточно большую положительную величину (8п), а. п. п. практически отсутствует. Значительность адсорбционного эффекта на алюминии, по-видимому, связана с диссоциативной хемосорб-цией йода (как и на Т^ Fe, №), и, следовательно, в этом случае для оценок АОг можно исходить из электроотрицательности атомарного йода (6,73 эВ).
Следует заметить, что обнаруживаемое действие йода на обрабатываемость ¿р-металлов может оказаться значительней, чем органических соединений полярной природы. Так, поверхностно-активное пальмовое масло в меньшей степени интенсифицирует сверление свинца (К=5), чем иод (К=11), несмотря на более сильное понижение крутящего момента. Это указывает на превалирующую роль а.п.п. по сравнению со смазывающим действием среды[11]. Вместе с тем в случае йода следует ожидать и значительного облегчения деформаций металла при холодной обработке давлением.
№ 9 (102)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
сентябрь, 2022 г.
Рисунок 11 Машинные диаграммы зависимости усилия деформирования от величины абсолютной деформации при осадке свинцовых образцов с использованием различных сред: 1 - вазелиновое масло, 2 - пальмовое масло, 3 - 5%-ный раствор йода в эталоне
Пластифицирующее действие 5%-ного спиртового раствора йода оценивали по изменению деформирующих усилий при свободной осадке цилиндрических свинцовых образцов диаметром 20мм и высотой 30 мм. Испытания проводили на универсальной машине УМЭ-10ТМ при комнатной температуре со скоростью деформирования 50 мм/мин. При осадке осуществляли запись диаграмм "усилие - перемещение". Перед осадкой образцы подвергали опрес-совке с 8=25% (о5 = 18.5 МПа), которую осуществляли в специальной ванночке, заполненной исследуемым составом. Соответственно наряду с поверхностным (по контактным поверхностям) оценивался
и объемный эффект пластифицирования. Как видно на рисунке, применение раствора йода привело к уменьшению деформирующих усилий на 15-20% (при погрешности эксперимента по определению усилий на 10-13 %). Напротив, деформация в среде пальмового масла сопровождается лишь незначительным понижением усилия.
Таким образом, в данной работе, на примере деформации металлов в растворе йода, показана адекватность предлагаемой методики оценки влияния химического взаимодействия на проявление адсорбционного понижения прочности.
Список литературы:
1. Костецкий Б.И. - Проблемы прочности, 1981, № 3, с. 90.
2. Латыщев В.Н. Повышение эффективности СОЖ.М., 1975, 88 с.
3. Ле Ван Зиен. - Автореф. канд. дис. М., 1980, 16 с.
4. Сердюк В.Н. - Автореф канд. дис. М., 1980, 16 с.
5. Сердюк В.Н., Перцов Н.В - Физ. и хим. обраб. материалов. 1982, №4, с. 73.
6. Щукин Е.Д.-В кн.: Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем. Вып. 13. Киев, 1981. с 46-53.
7. Щукин Е.Д.- Физ.-хим. механика материалов 1976, 12, с. 3.
8. Щукин Е.Д., Полукарова З.М., Ющенко В.С. И др. - ДАН СССР, 1972, 205, с. 86.
9. Щукин Е.Д., Ющенко В.С.-Физ.-хим. механика материалов, 1966, 2, с. 133.
10. Ющенко В.С., Щукин Е.Д.- VIII Всесоюзная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике. Тез. докл Часть II Ташкент, 1983, с. 3, 4.
11. Яковлев В.М., Терентьев В.А.- Деп. ОНИИТЭхим г. Черкассы, № 983хн-Д83, 1983, 19 с.
