CC BY
6
Senina Alina Sergeevna, student
Kondratieva Lyudmila Aleksandrovna, doctor of technical sciences, Professor Samara state technical University, Samara, Russia
OVERVIEW OF METHODS FOR OBTAINING A NITRIDE COMPOSITION SI3N4-TIN
Abstract. The article provides an overview of methods for obtaining a nitride composition Si3N4-TiN. The advantages and disadvantages of each method are described. Keywords: self-propagating high-temperature synthesis, silicon nitride, titanium nitride.
ЗАВИСИМОСТЬ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННОГО ЖЕЛЕЗА ОТ СТРУКТУРЫ ПОКРЫТИЯ Серебровский Владимир Исаевич, д.т.н., профессор (e-mail: [email protected]) Калуцкий Евгений Сергеевич, к.т.н.
(e-mail: [email protected]) Серникова Ольга Сергеевна, аспирант (e-mail: [email protected]) Курская государственная сельскохозяйственная академия
На основе известных теоретических моделей проанализировано влияние структурных факторов гальванических железных осадков на их прочность. Рассмотрены модели зависимости твердости гальванического осадка от величины зерен, полученные по теоретическим данным.
Ключевые слова: электроосаждение, микротвердость, прочность осадков
При гальваническом осаждении железа и сплавов на его основе структура осадков часто имеет характерное слоистое строение, четко наблюдаемые в оптический микроскоп (рисунок 1). Слои электроосажденного железа состоят в основном из субзерен, размерами 500...2000 А. При этом важно отметить, что конфигурация слоев оказывает существенное влияние на конфигурацию субзерен. Кристаллиты с сильно искаженной решеткой ограничиваются стенками дислокаций, которые можно представить как границы между субзернами [1,2].
Границы субзерен при низких температурах весьма малоподвижны и являются непреодолимыми препятствиями на пути движения дислокаций, возникающих при приложении к гальваническому осадку внешней нагрузки. Внешняя нагрузка, создавая напряжения в кристаллической системе, влияет на генерацию дислокаций внутри кристалла. Деформация кристаллической решетки вызывается дислокациями, которые двигаясь от источника задерживаются посредством границ субзерен, накапливаясь в объеме. Увеличение количества дислокаций внутри кристалла заставляет прикладывать большее внешнее напряжение, необходимое для деформации, что является объяснением увеличения прочности зерна [3,4].
Рисунок 1 - Микроструктура железного гальванического покрытия
Прочность материала, обладающего слоистой структурой, поддается анализу с помощью теоретической модели Лиу и Гурланда. Основой для рассматриваемой модели явилось взаимодействие дислокаций, обусловленное деформацией кристалла с трещиной в металле. В рассматриваемом нами случае роль трещины играет граница между субзернами. Правомерность такого предложения подтверждается большим количеством нарушенных когерентных связей между соседними субзернами.
Схема нагружения материала, имеющего слоистость, и полученного методом электроосаждения, представлена на рисунке 2. Приложение внешних нагрузок к покрытию приводит к возникновению концентраторов напряжений в межзеренных границах. Следует отметить, что концентраторами напряжений могут быть межслойные границы и границы между зернами в одном слое, что происходит в зависимости от направления действия нагрузки [5,6].
Формула, показывающая критическое условие рассматриваемой модели, имеет вид:
ю!
■ щ"' Э ЕВ ■ В
где о - напряжение, прилагающееся к материалу, и разрушающее его; :7: - прочность кристалла бесконечного большого размера; - прочность матрицы;
- радиус кривизны поверхности концентратора напряжений; I - длина линии скольжения дислокации.
3 - межзеренная граница Рисунок 2 - Схема нагружения слоистого материала, полученного электролитическим осаждением
Приняв за основу предложенную модель, можно предположить, что I* = 0Д£?, где О - размер субзерна осажденного металла, тогда
Полученное выражение можно использовать для анализа влияния размера субзерен на прочность железного осадка. Чтобы провести расчеты, примем следующие значения: = 150 МПа; я* - для малоугловой границы и Ръйп. й 100л - для болыпеугловой границы. Как уже было отмечено в начале статьи, размеры субзерен имеют следующие размеры: 500...2000А. Графически выраженные результаты расчетов приведены на рисунке 3.
Анализируя рисунок, можно заключить, что уменьшение размеров первичных кристаллов электроосажденного железа, приводит к значительному повышению прочности покрытий. Особенно заметный эффект при этом наблюдается при широких границах между субзернами. Увеличение размеров субзерен приводит к снижению эффекта упрочнения как для покрытий с малоугловыми, так и большеугловыми границами.
0 500 1000 1500 с1, А
1 - малоугловая межзеренная граница;
2 - болыпеугловая межзеренная граница
Рисунок 3 - Влияние величины субзерен на прочность электроосажденных покрытий
Если размер зерна уменьшить менее 500А, то, согласно анализун модели, резко увеличится прочность электроосажденного покрытия. Даное заключение соответствует явлению масштабного фактора. Данное явление заключается в стеснении дислокаций критического размера настолько, что их движение становится практически невозможным, что также влияет на невозможность пластической деформации. В связи с этим для хрупкого разрушения частиц необходимо резко увеличить напряжение.
Экспериментально проверить приведенные данные можно с использованием соотношения твердости материала через предел текучести:
Н= 4,3-вг+2А (3)
Для определения зависимости решим совместно уравнения (2) и (3):
И - 4,3^1 + 05 ■ + 2,4, (4)
Для дальнейших расчетов подставим значения = 125МШР, р = 60А в уравнение (4). Решив уравнение, можем получить выражение зависимости твердости электроосажденного покрытия от размера субзерен
К= 540+ 2956-(5)
Графически значения зависимостей приведены на графике (рисунок 4).
и' МПа
8000
7000
6500
6000
5500
550 ¡000 1500 2000 2500 с!,А
О- экспериментальные результаты
1 - расчетная кривая;
2 - область экспериментальных значений
Рисунок 4 - Влияние размеров субзерен на твердость электроосажденных покрытий
Расчетные значения вполне удовлетворяют экспериментальным. Из приведенного выше видно, что рассматриваемая модель описывает поведение электроосажденного покрытия при нагружении с достаточно высокой адекватности. В качестве вывода можно заключить, что для увеличения микротвердости электроосажденного покрытия, необходимо добиться измельчения зерна.
Список литературы
1. Серебровский В.И., Сафронов Р.И., Серебровский В.В., Колмыков Д.В. Электроосаждение двухкомпонентных покрытий на основе железа // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2008. № 1. С. 36-39.
2. К вопросу о сцепляемости электроосажденных покрытий с основным металлом / Серебровский В.И., Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С., Бабичев А. С. // В сборнике: Актуальные проблемы и инновационная деятельность в агропромышленном производстве. материалы Международной научно-практической конференции. Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И. И. Иванова. 2015. С. 216-218.
3. Серебровский В.И., Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Калуцкий Е.С. К вопросу об усталостной прочности деталей, восстановленных электроосажденным железом // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 2. С. 4850.
4. Серебровский В.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С., Левина Е.В. Планирование эксперимента при исследовании износостойкости электроосажденных покрытий // Региональный вестник. 2016. № 2 (3). С. 38-39.
5. Серебровский В.И., Гнездилова Ю.П. Электроосаждение бинарных сплавов на основе железа для упрочнения деталей машин // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2009. № 1 (16). С. 9-12.
6. Серебровский В.И., Серебровский А.В., Коняшенко П.Ю., Джиоев С.И. Восстановление коленчатых валов пусковых двигателей электролитическим железнением на асимметричном токе // Региональный вестник. 2017. № 2 (7). С. 3-5.
7. О возможности переработки отходов шарикоподшипниковой стали методом электроэрозионного диспергирования/ Хардиков С.В., Агеев Е.В., Зубарев М.А.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 211-214.
8. Восстановление распределительного вала дизельного двигателя/ Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Латыпова Г.Р.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 146-150.
9. Оценка относительной прочности соединения металлов на этапе схватывания при сварке давлением/ Латыпова Г.Р., Латыпов Р.А., Булычев В.В., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 2 (2). С. 102-110.
10. Исследование и разработка технологии восстановления вала ротора турбокомпрессора электроискровой обработкой электроэрозионными наноматериалами/ Латыпов Р.А., Денисов В.А., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 141-146.
11. Свойства электроэрозионных порошков, используемых в производстве твердосплавных заготовок/ Кругляков О.В., Угримов А.С., Осьминина А.С., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 119-121.
12. Исследование свойств спеченных заготовок из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов быстрорежущей стали/ Агеев Е.В., Карпенко В.Ю.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 4 (7). С. 1016.
13. Упрочняющее легирование электроосажденного железа/ Серебровский В.И., Серебровский В.В., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П.// вестник курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 4. с. 68-71.
14. синтез нечетких решающих правил для прогнозирования и ранней диагностики по прогностическим таблицам с использованием методов рефлексодиагностики/ Серебровский В.И., Коптева Н.А., Крупчатников Р.А., Стародубцева Л.В.// Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2008. Т. 7. № 3. С. 643-648.
15. Упрочнение электроосажденных покрытий цианированием/ Серебровский В.В., Серебровский В.И., Сафронов Р.И., Гнездилова Ю.П., Калуцкий Е.С.// Электрика. 2015. № 11. С. 31-33.
16. Легирование молибденом электролитического железа/ Серебровский В. И., Сафронов Р.И., Калуцкий Е.С., Крюков А.Г.// Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 45.
17. Использование электроосажденных сплавов на основе железа для упрочнения и восстановления деталей машин/ Серебровский В.И., Серебровский В.В., Блинков Б.С., Калуцкий Е.С.// Региональный вестник. 2016. № 1 (2). С. 41-43.
Serebrovsky Vladimir Isaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor
(e-mail: [email protected])
Kalutsky Evgeny Sergeevich, Ph.D.
(e-mail: [email protected])
Sernikova Olga Sergeevna, post-graduate student
(e-mail: [email protected])
Kursk State Agricultural Academy
DEPENDENCE OF THE STRENGTH OF ELECTRODEPOSITIONED IRON ON THE COATING STRUCTURE
On the basis of well-known theoretical models, the influence of structural factors of galvanic iron deposits on their strength is analyzed. Models of the dependence of the hardness of the galvanic deposit on the size of the grains, obtained from theoretical data, are considered. Keywords: electrodeposition, microhardness, strength of deposits
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ПОКРЫТИЙ Серникова Ольга Сергеевна, аспирант (e-mail: [email protected]) Серебровский Владимир Исаевич, д.т.н., профессор (e-mail: [email protected]) Калуцкий Евгений Сергеевич, к.т.н. (e-mail: [email protected]) Курская государственная сельскохозяйственная академия
В статье рассмотрены зависимости износостойкости электроосажденных железных покрытий от удельного давления, остаточных напряжений И пути трения. Показаны аналитические и графические интерпретации этих зависимостей.
Ключевые слова: износ, электроосаждение, микротвердость.
Внутренние напряжения в железных покрытиях могут являться резервом повышения их износостойкости за счет управления остаточных напряжений с помощью различных условий электролиза. Следует, однако, отметить, что установленная в работе связь между внутренними напряжениями железных покрытий и их износостойкость является качественной [1,2]. С точки зрения практического использования гораздо удобнее выдвинутую гипотезу представить в математической форме, оценив количественно вклад остаточных напряжений [3]. Отсюда ставилась задача получения математической модели износа в зависимости от различных технологических факторов и ее анализ с целью исследования закономерностей изнашивания железных покрытий. Так как картина поведения покрытий с различными по знаку и величине внутренними напряжениями может изменяться в зависимости от величины удельного давления и пройденного пути, то в рассмотрение были включены и эти факторы [4,5]. Недостаточная изученность механизма явлений приводит к необходимости определения математической модели по данным эксперимента методами математической статистики. Заданную задачу можно представить в виде многофакторной системы. Модель системы показана на рисунке 1. Для простоты на модели показаны лишь управляемые параметры входа: х1 - удельное давление в
2 2 кг/мм ; х2 - остаточные напряжения, кг/см ; х3 - путь трения, м и параметр
выхода Y - износ покрытий, мг.
