CC BY
52. Проведен анализ динамической модели, который показывает возможность управления временем выхода на стационарный режим до 10 крат при конструировании путем выбора геометрии термоэлементов и в процессе эксплуатации вариацией рабочего тока до 3 крат.
3. Исследования показали возможность создания быстродействующих термоэлектрических систем обеспечения теплонагруженных элементов, для которых динамические характеристики являются определяющими.
Литература
1. Thermoelectric modules market. Analytical review / RosBussinessConsalting, 2009. - 92 р.
2. Jurgensmeyer, A. L. High Efficiency Thermoelectric Devices Fabricated Using Quantum Well Confinement Techniques / A. L. Jurgensmeyer // Colorado State University, 2011. - 54 р.
3. Zebarjadi, M. Perspectives on thermoelectrics: from fundamentals to device applications / M. Zebarjadi, K. Esfarjani, M. S. Dresselhaus, Z. F. Ren, G. Chen // Energy & Environmental Science, № 5, 2012.
- Р. 5147-5162.
4. Sootsman, J. R., Chung D. Y., Kanatzidis M. G. New and Old Concepts in Thermoelectric Materials / J. R. Sootsman, D. Y. Chung, M. G. Kanatzidis // Angewandte Chemie International Edition, Vol. 48, № 46,
- 2009. P. 8616-8639.
5. Singh, R. Experimental Characterization of Thin Film Thermoelectric Materials and Film Deposition VIA Molecular Beam Epitaxial / R. Singh // University of California, 2008. - 54 р.
6. Зайков, В. П. Прогнозирование показателей надежности термоэлектрических охлаждающих устройств. Книга 1. Однокаскадные устройства / В. П. Зайков, Л. А. Киншова, В. Ф. Моисеев // Одесса: Политехпериодика, 2009 г. - 120 c.
7. Rowe, D. M. Thermoelectrics and its Energy Harvesting. Materials, Preparation, and Characterization in Thermoelectrics / D. M. Rowe // Boca Raton: CRC Press, 2012. - 544 р.
8. Громов, Г. Объемные или тонкопленочные термоэлектрические модули / Г. Громов // Компоненты и технологии, № 9. - 2014. - С. 38.
9. Ямпурин, Н.П. Основы надежности электронных средств / Н.П. Ямпурин, А.В. Баранова // М.: Академия, 2010. - 240 с.
10. Ping, Yang. Approach on thermoelectricity reliability of board -level backplane based on the orthogonal experiment design / Ping Yang // International Journal of Materials and Structural Integrity, 4(2-4), 2010. - P. 170-185.
11. Zaykov, V. Analysis of the possibility to control of the inertia of the thermoelectric cooler / V. Za-ykov, V. Mescheryakov, Yu. Zhuravlov // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6/8 (90), 2017. - P. 17-24.
Kazymyrenko Y.O.
Associate Professor Department of Materials Science and Technology of Metals Dept Admiral Makarov National University of Shipbuilding Казимиренко Юлгя Олексивна кандидат технгчних наук, доцент кафедри матергалознавства i технологи металгв Нацюнальний ymiверситет кораблебудування iменi адмiрала Макарова
POWDERS OF Na2O-CaO-SiO2 AND KjO-PbO-SiO2 SYSTEMS: WASTE DISPOSAL AND
PROCESSES OF SOFTENING ПОРОШКИ СИСТЕМ Na2O-CaO-SiO2 I KjO-PbO-SiO2: ПЕРЕРОБКА ВЩХОДГО ТА ПРОЦЕСИ
РОЗМ'ЯКШЕННЯ
Abstract: The chemical composition, properties and morphology of powders obtained by dry crushing of crystal glass and with use of X-ray equipment, which are related to Na2O-CaO-SiO2, K2O-PbO-SiO2 systems have been investigated. The influence of temperature on their structure in accordance with the silicate systems state diagrams has been analyzed. The processes of powders softening, and their morphological changes have been investigated on the example of thermal processing of powders in the oxide atmosphere and electric-arc spraying as part of metal-glass coatings. The obtained results expand the physical and chemical representations of the new compositions structure formation and are used for the development of technological recommendations.
Keywords: glass powders, softening, morphology, structure, silicate systems, temperature influence, coatings.
Анотащя: Дослвджено хiмiчний склад, властивосл та морфолопю порошив, одержаних сухим здрь бненням бою скла кришталевого посуду та рентгетвського обладнання, яи вщносяться до систем Na2O-CaO-SiO2, K2O-PbO-SiO2. Проаналiзовано вплив температури на гх структуру у вщповщносл з дь аграмами стану силжатних систем. На приклащ термiчного оброблення порошив у окиснш атмосферi та електродугового напилення у склащ метал-скляних покритлв дослщжено процеси розм'якшення порошив та гх морфолопчш змши. Одержат результата розширюють фiзико-хiмiчнi уявлення про структуроу-творення нових композицш та використат для розробки технолопчних рекомендацш.
Ключовi слова: порошки стекол, розм'якшення, морфологiя, структура, силжатш системи, темпе-ратурний вплив, покриття.
Постановка проблеми.
Одним iз перспективних напрямив сучасного неоргашчного матерiалознавства вважаеться вико-ристання вторинно! сировини, що обумовлено ене-ргетичними, економiчними чинниками i дефщитш-стю вихiдних компонентiв, необх1дних для варшня стекол спецiального призначення [1]. Стекла систем CdO-PbO-Bi2Oз-CdO-BaO-B2Oз; Bi2Oз-CdO-B2Oз; Bi2Oз-CdO-SiO2; BaO-Cd2Oз-SiO2; Li2O-PbO-B2Oз, PbO-TeO2-B2Oз-GeO2,
Na2O-Al2Oз-P2O5, Na2O-Al2Oз-CaO-B2Oз-SiO2, Na2O-CaO-SiO2, Ka2O-PbO-SiO2 е перспектив-ними для захисту вiд рiзновидiв iонiзуючих випро-мiнювань [2], тому набули поширеного застосу-вання для виготовлення обкладинок, екрашв, шю-мiнаторiв, тари для продукци радiохiмiчноl промисловостi, а також iммобiлiзацil радюактив-них вiдходiв. Проте висока варпсть та дефiцитнiсть сировини сприяе пошуку конкурентоспроможних шляхов одержання радiацiйно захисних матерiалiв, зокрема створення нових композицiй з використан-ням скляного бою.
Аналiз останнiх публiкацiй дослiджень.
Проблемi створення скляних радiацiйно захисних композицшних матерiалiв присвяченi розробки Нацiонального техшчного унiверситету «ХП1» (м. Харкав), Обтнського iнституту атомно! енерге-тики (НИЯУ МИФИ, РФ); Фiзико-технiчного шсти-туту Уральського вiддiлення РАВ (м. 1жевськ, РФ), Днiпропетровського нацiонального унiверситету iменi Олеся Гончара (м. Днiпро); ФГУП «Радон» (Москва, РФ), Львiвського нацюнального ушверси-тету iменi 1вана Франка, Белгородського державного технологiчного ушверситет iм. В. Г. Шухова (м. Белгород, РФ). В класичних роботах [3, 4] увага надаеться застосуванню свинцевосилiкатних стекол, оптичнi i електричнi властивостi яких залежать не пльки ввд складу, а й вщ структури, яка визнача-еться умовами одержання. На вiдмiну вщ лужних i лужно-земельних металiв Pb виконуе у структурi стекол подвшну функцiю: модифiкатора (для стекол з вмютом PbO < 50 % мол.) з хiмiчним станом PbO та сiткоутворювача (для стекол з вмютом PbO > 50 % мол.) з хiмiчним станом PbO2 [3]. 1х радiа-цшна стiйкiсть визначаеться незначною взаемодiею атомiв хiмiчних елементiв, як1 входять до складу з випромшюваннями i слабко вираженими радiацiй-ними дефектами: утворенням центрiв пофарбу-вання, люмiнесценцiею, окрихчуванням, змiною тепло - та електропроввдшстю тощо [4]. Скло телевь зшних екранiв мiстить у своему склащ не менше 30 мас. % PbO, скло конуса - 10,5 мас. % PbO та 2,2...2,5 мас. % BaO (ГОСТ 26799-85), його засто-сування для виготовлення волокнистих наповнюва-чiв рентгенозахисних матерiалiв з полiмерною матрицею розглянуто у роботi [5]. Свинцевмiснi криш-талевi стекла традицiйно вiдносяться до високояисного сортового скла; окись свинцю сприяе пiдвищенню густини скла, полшшенню оп-тичних властивостей, зокрема прозоросп, проте !х виробництво пов'язано з певними труднощами, серед яких висока токсичшсть i дефiцитнiсть сиро-
вини [6]. Зпдно з сучасними стандартами, позначе-ними у ,n^eKraBi Свропейського Союзу за № 64/493/GC, вироби, як1 мають менш 10 % оксидiв вважаються кришталевим склом, до 24 % PbO -мало-свинцевим кришталем (кришталiном); вiд 24 до 30 % PbO - кришталем (Lead Crystal); бшьш 30 % PbO - елгтним кришталем (Full Lead Crystal). За дшчими на територи Укра1ни стандартами хiмiч-ний склад посудного кришталю регламентовано ГОСТ 24315-80 «Посуда и декоративные изделия из стекла». Бшьша частина скляного посуду вироб-ляеться з натршкальцшсилжатного скла, проте на ввдмшу вiд тарного через специфiчнi вимоги до якосп та рiзноманiтнi процеси формування воно насичене iншими хiмiчними елементами [2].
Видiлення невиршених ранiш частин загаль-но! проблеми.
Проблемам ращацшних ефектiв у стеклах, впливу на них методiв обробки, присвяченi роботи [4, 7], у яких ввдшчена роль теплових процеав, де теорiя змiни фазового складу силжатних стекол шд дieю опромшення грунтуеться на концепци поль морфiзму. Досвiд застосування здрiбненого бою скла кришталевого посуду та рентгенiвського обла-днання для формування рентгенозахисних метал-скляних електродугових покриттiв викладено у роботах [8, 9], проте не розглянуто питання одержання скляних порошив, не дослвджено морфоло-пю частинок та !х структурш особливостi у вщпо-вiдностi з дiаграмами стану. У сучаснiй лiтературi у повнiй мiрi викладено технолопчш напрямки одержання скляних виробiв як загального, так i вузько-спецiалiзованого призначення [10], висвiтлено фь зико-хiмiчнi процеси, що вiдбуваються на кожнш зi стадiй !х виробництва [11], проте вiдсутнi вiдомостi про технологи переробки битого кришталевого скла, не описуеться вплив температурних чинниив на !х структурний стан.
Мета роботи полягае у аналiзi морфологи порошив стекол систем Na2O-CaO-SiO2 i K2O-PbO-SiO2, одержаних сухим розмелом скляного бою, та дослвдження процеав !х розм'якшення в умовах термiчного впливу.
Для досягання поставлено! мети в робот необ-хвдно вирiшити наступнi завдання:
1) дослвдити форму, розмiр i хiмiчний склад порошив, одержаних сухим розмелом бою кришталевого посуду та скла рентгешвського обладнання;
2) проаналiзувати вплив температури на 1х структуру у ввдповщносл з дiаграмами стану силь катних систем;
3) на прикладi застосування високотемперату-рних технологiй, зокрема електродугового напи-лення, дослiдити процеси розм'якшення скляних порошив та 1х морфологiчнi змши.
Виклад основного матерiалу.
BuxidHi Mamepianu для одержання порошюв. Розвиток сучасних технологш спрямовано на ввд-мову ввд дороговарпсно! та дефщитно! сировини, поставки яко! залежать вiд виробництв, розташова-них на територiях шших кра1н. Тому у роботi розглянуто можливють застосування для композицшних електродугових покритпв скляних порошив,
одержаних шляхом сухого розмелу побутових вщ-ходiв, зокрема кришталевого посуду (ГОСТ 2431580), до хiмiчного складу якого входять, мас.%: SiO2 - 70,0; NaOs - 20,0; CaO - 8,0; B2O3 - 2,0, що дозво-ляе його ввднести до системи Na2O-CaO-SiO2. Для дослвджень використано скляний бiй кришталевого посуду (бокалiв) - бiлого кольору, прозорого, бли-скучого. За скло системи K2O-PbO-SiO2 обрано ви-падково зруйноване тсля тривало! експлуатацп скло дифрактометра (скло марки крон-флинт ТФ10), яке мютить у своему складi мас. %: SiO2 -55.57,33; K2O3 - 1,34.11,0; PbO - 33...40.
Одержання порошюв стекол та методики ix до^дження. Порошки одержано шляхом сухого розмелу у кульовому млиш барабанного типу (частота обертання ротора 800 об/хв, час розмелу - 20 хв) попередньо здрiбненого у дробарт до розмiру 10 мм битого скла. Застосування саме способу сухого розмелу дае змогу одержати частинки скла iз середнiм розмiром 40.70 мкм несферично! форми, що сприятиме додатковому наклепу тдкладки при електродуговому напиленнi покритпв. Яшсний i ш-льк1сний вмют елементiв дослiджено на вихвдних зразках скляного бою за допомогою мшрозондо-вого рентгеноспектрального аналiзу (МРСА) [12] з використанням електронного мшроскопа-мжроа-налiзатора РЭММА-102-02 з роздiльною здатнiстю 5 нм. Для утворення електричного контакту на по-верхнi зразк1в за допомогою установки ВУП5 (Ва-куумний унiверсальний пост) нанесено тонкий (~ 1 -2 мкм) шар алюмшевого покриття. Форму та роз-мiр порошков дослiджено за допомогою оптичного мiкроскопа ММР-2Р, обладнаного цифровою камерою Delta Optical HDCT-20C. Рентгеноструктурний аналiз (РСА) порошкiв виконано на установщ ДРОН-4 у випромiнюваннi залiза Feka=0,i93728 (U = 25 кВт, I = 28 мА), для чого застосовано попередньо спресоване наышення здрiбнених порошкiв. Досль дження середнього розмiру порошкiв та !х фактору форми проведено методами металографiчного ана-лiзу з використанням засобiв статистично! обробки
одержаних експериментальних даних [12, 13]. Мш-ротвердiсть скляних включень вимiряно на спета-льно тдготовлених мiкрошлiфах за ГОСТ 9450-76 на прилащ ПМТ-3 з навантаженням на iндентор -200 г.
ЕкспериментальнI дослгдження температур-них фактор1в. Вплив температури на структурний стан i розм'якшення скляних порошив дослвджено на прикладi !х термiчного оброблення та електро-дугового напилення при додаванш !х до складу на-пилених покритгiв iз суцiльнотягнутих дропв марок Св-АМГ5 (ГОСТ 7871-75) i Св-08Г2С (ГОСТ 2246-70). Експериментальш роботи з термiчного оброблення здшснено для вiльно засипаного у гра-фiтовий контейнер порошку з його наступним на-грiванням зi швидшстю пiдйому температури 40 °С/хв до 600 °С у лабораторнiй печi СН0Л-1,6.2.08/9-М1 з окисною атмосферою. Еле-ктродугове напилення покритгiв здiйснено на ста-леву пiдкладку зi Ст3, (ГОСТ 380-2005) за допомогою модершзованого металiзатора ЕМ-14 за реко-мендованими автором роботи [14] режимами: струму - 80.140 мА; напруга - 25.28 В; тиск по-вгтря - 0,4.0,6 МПа; дистанщя напилення -90.100 мм). Структурш змiни, як1 ввдбуваються у скляних порошках через температурний вплив, до-сл1джено методами РСА i МРСА, результата яких зiставлено з дiаграмами стану №20-Са0-8Ю2 i РЪ0-8Ю2 [15]. Мщшсть зчеплення покритгiв (5 = 2 мм) з шдкладкою визначено шляхом рiвномiрного поздовжнього розтягування пластини розмiром 140x100x3,5 мм, де величина адгези (Овщр) характе-ризуеться силою, вщнесеною до одиницi площi контакту, для чого використано розривну машину ИР 5057-50; швидшсть навантаження - 2,5 мм/хв.
Результати дослгджень хгмгчного складу, морфологИ та структури порошку скла системи Na2O-CaO-SiO2. Одержат результати наведет у виглядi спектограм з елементним складом (рис. 1) та пстограм розподшу частинок порошку за розмiром та фактором форми (рис.2).
Рис. 1. Результати МРСА зразюв посудного кришталевого скла
б в
Рис. 2.
Результати до^джень морфологи частинок одержаного порошку: а - оптична мiкрофотографiя, х 350; б - гктограма розподшу за розмiром; в - гктограма розподшу за фактором форми
Проведений МРСА показав наявшсть на спек-трограш (рис. 1) cneKTpiB Na, Ca, Si, Pb, K i Al (Al як результат метaлiзaцiï скла при пробошдготовш); виходячи з штенсивносп спектpiв Pb дослщне скло можна ввднести до кришталевого. Теpмiчне оброб-
лення до 600 °С, що за даними pобiт [9, 16] ввдповь дае темпеpaтуpi зак1нчення процесу розм'якшення скла, призводить до оплавления частинок з пору-шенням форми (рис. 3, а); проте спеченого агломерату не отримано.
а
б
а
Рис. 3. Вплив температури нагр1вання ^ = 600 °С) на структуру порошку у в1дпов1дност1 з д1аграмою
стану: а - оптична мгкрофотографгя (а, х 500); б - фрагмент дифрактограми; в - дгаграма стану частини потршног системи Na2O-CaO-SiO2 (за
Мореем) [15]
в
Результата РСА (рис. 3, б) показали !х загальну ренттеноаморфшсть з наявшстю вмюту кристалiч-но! модифкацп №20^102, що ввдповщае дiаграмi стану №20-Са0-8Ю2 [15] (рис. 3, в). Враховуючи фiзико-хiмiчнi процеси, що ввдбуваються при ва-рiннi кришталевото скла [9, 16] та одержанш з ньото виробiв, зiставлення результатiв РСА i МРСА з дiатрамами стану силiкатних систем [15] можна зробити висновок про однорщну структуру одержа-них скляних порошив.
Результати дослгджень хгмгчного складу, морфологИ та структури порошку скла системи K2O-PbO-SЮ2. Для проведения експерименталь-них дослщжень використано прозорий лист рентте-нозахисното скла дифрактометра свило-жовтото кольору, який пiсля тривало! експлуатацп було ви-падковото зруйновано; температурний штервал йото розм'якшення становить 430...550 °С. Як вь домо з робгт [6, 16] варка ренттенозахисното опти-
чното скла ввдбуваетъся у скловарних печах при те-мпературi 1500 °С у спецiальних вогнетривких тор-щиках; для досятнення однородного стану скломасу постiйно перемiшують та до складу шихти додають до 40 % склобою тото ж самото складу, що й скло, та просвилювальш речовини (наприклад, арчано-кислий натрiй). Для запобiтання розтрюкування пiд час охолодження затотiвка зазнае вiдпалювання у електропечах при температурi 500 °С з повiльним охолодженням (навiть протятом 6.8 днiв). Заклю-чною обробкою е полiрування з нанесенням тонких прозорих плiвок для покращення спецiальних, зок-рема оптичних властивостей. Проте пiд час тривало! експлуатацп хiмiчний склад скла може змшюва-тися. Так, за результатами МРСА (рис. 4) у склащ скла виявлено не тшьки спектри 81, РЬ, а й ш-ших компонентiв, яи через дифузiйне насичення пiд час тривало! експлуатацп та додаткову обробку увшшли до складу скла.
Рис. 4. Результати МРСА зразюв рентгенозахисного оптичного скла
Наявшсть спекав Са, Т1, Бе, Сг, 8 пов'язано з технологiею виробництва, спекав Cd - обумов-лено тривалою експлуатацiею в електроконтактних вузлах, дiею температур та рентгенiвського випро-мшення; спектрiв W - наслiдок шлiфування та по-л1рування, А1 - металiзацil для полiпшення контакту з мжрозондом. Таким чином, дослщне скло е багатокомпонетною системою, на хiмiчний склад
якого безпосередньо вплинули специфiчнi умови тривало! експлуатацп.
Результати дослвджень форми та розмiру час-тинок (рис. 5) показали, що одержаний сухим роз-мелом порошок мае губчасту форму, середнiй роз-мiр фракцп становить 50 мкм та при на^ванш до t = 550 °С зберiгають аморфний стан.
у п
А
3.120 ё 90
10..20 20..40 40..60 60..80 80..100 розгшр, мкм
б в Рис. 5. Результати дослгджень морфологи частинок одержаного порошку: а - оптична мгкрофотографгя, х 350; б - ггстограма розподшу за розм1ром; в - ггстограма розподшу за фактором
форми
Мжроструктурш дослвдження (рис. 6, а) термь чно оброблених до температури 600 °С порошив, показали поверхневе оплавлення частинок без по-рушення 1х форми. Результати МРСА показали, що при нагршант у окисному середовищi на вiдмiну
ввд атмосфери водню [6] хiмiчний склад порошку не змшюеться. За анал1зом дiаграми стану (6, б) у обласп певних концентрацiй РЬО i 8Ю2 досл1дне скло мае однорвдну структуру.
б
Рис. 6. Вплив температури нагр1вання ^ = 600 °С) на морфологт I структуру порошку скла у
в1дпов1дност1 з дгаграмою стану: а - оптична мгкрофотографгя (х500); б - дгаграма стану PbO-SiO2 [15]
а
а
Одержат результата розширюють науковi уя-влення про стан i структуру одержаних порошков стекол i далi беруться до уваги при поясненнi фь зико-хiмiчних процесiв структуроутворення елект-родугових покриттiв.
Розм'якшення скляних порошюв пiд дieю елек-тродугового напилення. Процес електродугового напилення протiкаe у режимi безперервно! подачi скляних наповнювачiв у високотемпературну зону електродугового розряду, де вони перемiшуються з краплями розплавленого металу i рiвномiрно роз-подшяються по об'ему покриття. За думкою автора роботи [14], скляш частинки при напиленнi компо-зицiйних покритпв знаходяться у струменi 0,6.2,0 мс, тому не зазнають температурних нава-нтажень. Для виявлення закономiрностей структуроутворення застосовано комплексний пiдхiд, який включае в себе структурнi дослвдження за елект-ронно-мiкроскопiчними знiмками з чггкими зобра-женнями скляних частинок, аналiз спектрограм, знятих зi зворотно! поверхнi вiдiрваних покриттiв та експериментальних даних щодо мiцностi зчеп-лення покриттiв з подкладкою; зiставлення шфор-маци з результатами розрахунк1в адгезшно! та ко-гезшно! мiцностi.
При електродуговому напиленнi склянi частинки зазнають часткового оплавлення через термь чну д1ю пiд час обволшання рiдким розплавленим металом, залишаючись рентгеноаморфними. Проте
на поверхнi под1лу метал-скло новi фази не утво-рюються. Це пояснюеться тим, що порошок одержано здрiбненням скляних виробiв, як1 у процесi виготовлення пройшли стади гомогешзаци i термь чно! обробки, що виключае !х структурну неодно-рiднiсть. При формуванш електродугових покрит-тiв на основi Св-АМг5 суцiльнi склянi частинки внаслвдок бiльш низьких температур плавлення А1 зазнають менших температурних навантажень i по-верхневого оплавлення (рис. 7) i у порiвняннi з по-криттями на основi Св-08Г2С мають бiльш низьку мiцнiсть зчеплення: сыдр = 15.21 МПа (табл. 1). Ущшьненню покриття i шдвищенню його мщносл зчеплення сприяе утворення ! накопичення скло-фази: при напиленш частинки поверхнево оплавля-ються, вшьний 81 шляхом дифузп переходить до сталево! пiдкладки, про що сввдчить зменшення його концентрацп на зворотнш поверхнi покриття, як це показано на рис. 8 для покриття на основ! Св-08Г2С. При додаванш до складу покритпв скла си-стеми №20-Са0-8Ю2 iнтенсивнiсть спекав Бе зменшуеться (Бе ~ 90,56 %), проте на рис. 8, а мо-жна побачити спектри Мп, як1 накладаються на спе-ктри Бе, його вм1ст (Мп ~ 2,48 %) дещо перевищуе концентрацiю у Св-08Г2С (ГОСТ 2246-70), що обу-мовлюе формування адгезшно! мщносп за рахунок дифуз1йних процеав з пiдклaдкою Ст3 (ГОСТ 38094, ГОСТ 5521-93). Це пояснюе пiдвищену м1цн1сть зчеплення Овщр саме цих покритпв (табл. 1) у порь внянн1 з покриттями з шшими наповнювачами.
/
\ТО=25.0тт
20.00кУ \800
а б
Рис. 7.
Електронно-мiкроскопiчний .зтмок поверхнi покриття на основi Св-АМг5, наповненого порошком скла:
а - №20-Са0-8Ю2; б - К2О-РЬ0-8102
Таблиця 1
Концентращя елеменпв i мщтсть зчеплення покритт1в на основ1 Св08Г2С з шдкладкою Ст3
Скляний наповнювач Концентрацiя елементiв у покриттях, мас. % бввдр, МПа
Бе Мп 81 А1 0
Скло системи №20-Са0-8Ю2 90,56 2,48 0,91 0,59 5,46 27,0
Скло системи К2О-РЬ0-8102 94,36 2,37 1,91 1,36 - 15,1
б
Рис. 8. Результати МРСА зворотног noeepxHi покриття на ocHoei Св-08Г2С, наповненого порошком
скла: а - Na2Ü-CaO-SiÜ2; б - K20-Pb0-SiÜ2
На cneraporpaMi (рис. 8 б), зняпй 3i зворотно! поверхш покриття, наповненого склом системи K20-Pb0-Si02, KpiM спекав, наявшсть яких узго-джуеться з дiаrpамою стану Al-Fe-Si [17], можна побачити спектри Pb, як1 ввдображають достатню к1льк1сть i стан скляних включень та сввдчать про неповну pозчиннiсть оксиду Pb304 у Si02. Зriдно з дiаrpамою стану Pb0-Si02 (рис. 6 б) склянi части-нки, температура яких вище температури 720 °С, набувають евтектичного стану. Про !х достатньо високий вмiст (на piвнi 30±7 % об'емн.) у складi електродугових покpиттiв сввдчить piвномipний pозподiл Pb з невисокою штенсивнютю спектpiв i наявнiсть на дифрактограмах одше! кpисталiчноl фази - a-Fe(110).
Коrезiйну (ноpмальнi напруження) та адге-зiйну (танrенцiальнi напруження) мщтстъ покрит-тiв приблизно розраховували за методикою, описа-ною у роботах [18] через фоpмулi (1) i (4), для чого пластинки Ст 3 pозмipом 140*100*3,5 мм з нанесе-ним з одного боку метал-скляним покриттям (5 = 2 мм) зазнавали розриву на розривнш машинi ИР 5057-50 зi швидшстю 2,5 мм/хв
2s
о = n
G /Н • G /Н o n
hk
2 G /H + G /Н
1 +
chkz chkl
(1)
on
де S0 - модуль зсуву матеpiалу основи (тобто сталево! пластини); h - товщина покриття; H- тов-
o
щина покриття й основи; Go, Gn - модуль зсуву вщ-повщно основи i покриття; к - коефщент, який ко-релюе значения модулiв пружностi i зсуву матерiа-
лiв основи i покриття:
( \
к2 = 2tl
1
2
l —
E F E F v n n o o
G / H ■ G / h o_n
G / H + G / h on
(2);
(3),
де F0, Fn - площа поперечного перетину основи i покриття; z - координата дшянки руйнування покриття; c - пiддатливiсть поперечного перетину, 1 2
яку виражено як с — ————h ——[18].
г —
E F n n
s к o
E0 F0
t (1/E F ^ n n
h 2/E F oo
\thkl ,(4)
де t - ширина пластини з покриттям.
Результати розрахуншв показали, що котезшна мщшсть метал-скляних покриттiв си складае 24.28 МПа, що приблизно прирiвнюеться до адте-зiйноi мщносп: т = 20.25 МПа. За результатами МРСА встановлено, що елементний склад скла у порiвияннi з вихвдним станом (рис. 1, 4, 8) не змь нено. Мжротвердють Яд200 включень натршсилша-тното скла у склащ покриттiв становить 1400.1420 МПа, свинцевмкното скла -1350.1370 МПа.
Одержат результати розширюють науковi уя-влення про стан i структуру скляних дисперсних систем i далi беруться до увати при поясненш фь зико-хiмiчних процесiв структуроутворення нових метал-скляних електродутових покриттiв.
Висновки I мромозицм
1. З битото скла кришталевото посуду та отля-довото екрану ренттенiвськото дифрактометра шляхом сухото розмелу у кульовому млиш бара-банното типу одержано порошки дисперсшстю 10.90 мкм, переважно середньо! тонкостi тубчас-то! форми, яш за результатами мiкрозондовото рен-ттеноспектральното аиалiзу ввдносяться до стекол систем №20-Са0-8Ю2 i К20-РЬ0-8Ю2.
2. Встановлено, що тд час вiдпалювання порошков до температури 600 °С вiдбуваеться поверх-неве оплавлення частинок, проте зберпаеться !х ре-нттеноаморфшсть.
3. При електродутовому напиленнi одержат скляш порошки зазнають частковото оплавлення через термiчну дш пвд час обволшання рiдким роз-плавленим металом, залишаючись ренттеноаморф-ними; на поверхш под^ метал-скло нових фаз не утворюеться.
Лггература.
1. Костотрыз, К. П. Переработка сырья и ресурсосбережение // Энертотехнолотии и ресурсбереже-ние. - 2012. - № 5. - С. 60-70.
2. Павлушкин, Н. М. Стекло : справочник / под ред. Н. М. Павлушкина. - М. : Стройиздат, 1976. -С. 324-345.
3. Своллоу, А. Радиационная химия органических соединений / А. Своллоу ; пер. с англ. - М.: Изд-во иностранной лит-ры, 1963. - 396 с.
4. Бреховских, С. М. Радиационные эффекты в стеклах / С. М. Бреховских, Ю. Н. Викторова, Л. М. Ланда. - М. : Энергоиздат, 1982. - 184 с.
5. Свинцевомютке скловолокно для радiацiй-нозахисних композипв / Л. Р. Вишняков, Т. В. Гру-дша, В. Д, Горобинська та ш. // Новi матерiали i технологи в металургп та машинобудуванш - 2007. -№ 1. - С. 97-100.
6. Гончаров, О. Ю. Оценка содержания составляющих свинцово-силикатных стекол / Ю. О. Гончаров, О. М. Канунникова // Журн. физической химии. - 2009. - Т. 83, № 12. - С. 2205-2210.
7. Радиационные центры окраски в активированных стеклах модельной системы K2O-Al2O3-PbO-P2O5 / Т. В. Бочарова, Д. С. Сысоев, К. В. Щербаков и др. // Изв.е СПб ГТИ (ТУ). - СПб., 2015. -№ 28. - С. 14-19.
8. Kazimirenko, Y. A. Radiation resistange of metal-glass coatings for floating composite structures / Y. A. Kazimirenko, V. V. Schlapatskaya // Shipbulding & marine infrastructure. - 2015. - № 1 (3). - Р. 111121.
9. Казимиренко, Ю. О. Перспективи застосу-вання металоскляних покритлв з шдвищеними рентгенозахисними властивостями для конструкцш техшчних засобiв перевезення радюактивних речо-вин / Ю. О. Казимиренко // Вюн. ЛДУ БЖД. - Л. : ЛДУ БЖД, 2013. - № 8. - С. 134-140.
10. Гулоян, Ю. А. Физико-химические основы технологии стекла / Ю. А. Гулоян. - Владимир : Изд-во «Транзит-Икс», 2008. - 736 с.
11. Даувальтер, А. Н. Хрустальные цветные и опаловые стекла / А. Н. Даувальтер. - М. : Гизлег-пром, 1985. - 235 с.
12. Методы исследования материалов : монография [Текст] / А. В. Плохов, Л. И. Тушинский, В. И. Синдеев [и др.]. - М. : Мир, 2004. - 384 с.
13. Основы теории вероятности и математической статистики : учебник / К. В. Болдин, В. Н. Башлыков, А. В. Рукосуев и др. - М. : Финита : НОУВПО «МПСИ», 2010. - 488 с.
14. Карпеченко, А. А. Разработка технологии электродугового напыления композиционных покрытий с использованием порошковых материалов: дис. ... кандидата техн. наук 05.03.06 / Карпеченко Антон Анатольевич. - Николаев, 2012. - 158 с.
15. Диаграммы состояния систем тугоплавких оксидов: Справочник. Вып. 6. Системы керамических высокотемпературных сверхпроводников / Под ред. Р.Г. Гребенщикова. - СПб : Наука, 1997. -336 с.
16. Аппен А. А. Химия стекла / А. А. Аппен. -Л.: Химия, 1974. - 352 с.
17. Мальцев, М. В. Металлография промы-шелнных цветных металлов и сплавов / М. В. Мальцев: 2-е изд. - М. :Металлургия, 1970. - 364 с.
18. Долгов, Н. А. Сопротивление деформированию и разрушению материалов с функциональными покрытиями : монография / А. Н. Долгов. - Т. : Крок, 2010. - 231 с.
