Напряжения в диффузионных покрытиях

НАПРЯЖЕНИЯ В ДИФФУЗИОННЫХ ПОКРЫТИЯХ [c.239]

В более ранних исследованиях [1—3] было показано, что плазменное покрытие оказывает на процессы деформирования и разрушения твердых тел двойственное влияние в одном интервале температур и напряжений оно упрочняет основной материал, в другом — разупрочняет. Аналогичное воздействие, но с противоположным эффектом на основной материал оказывает диффузионный слой, образованный при дополнительной пос.ле напыления термообработке. Такое воздействие покрытия на твердое тело обусловлено динамикой дислокаций у поверхности раздела. Взаимодействие дислокаций с границей раздела определяется свойствами а) напыленного покрытия, изобилующего порами, примесями, окислами, в котором при приложении напряжений могут преждевременно зарождаться трещины, приводящие к разрушению композиций б) контактной зоны, формирующейся непосредственно при напылении покрытий и представляющей собой тонкий слой на поверхности основы в) диффузионного слоя, образовавшегося при отжиге и представляющего собой твердый раствор напыляемого материала в основе. [c.104]

Результаты исследования структуры покрытий и переходной зоны покрытие — основной металл показывают, что в приповерхностных объемах практически всегда имеются готовые зародыши разрушения различной величины и формы. В покрытии концентраторами напряжений являются поры, несплошности на границе с основным металлом, готовые трещины, возникшие в процессе напыления, рыхлые границы между слоями и т. д. Если покрытие формируется при достаточно высокой температуре, то в диффузионной зоне образуются объемы с повышенной плотностью дислокаций и вакансий [226]. Перераспределение избыточных вакансий и их сток в определенных точках обусловливают появление микропор. Образующиеся в диффузионной зоне области растяжения и сжатия способствуют микропластической деформации основного металла и превращению микропор в трещину. Таким образом, нанесение покрытия в этом случае сопровождается повышением дефектности поверхностных слоев основного металла. Причем, чем больше упрочнено покрытие, т. е. чем более оно склонно к хрупкому разрушению, тем опаснее становятся любые несплошности, поры [227]. [c.135]

Возможность образования диффузионных покрытий определяется прежде всего различием атомных диаметров металла основы и наносимого вещества. При диффузии в железо элементов с большим атомным диаметром указанное различие не должно превышать 15—16% [24]. В противном случае напряжения, возникающие р кристаллической решетке железа, превосходят предел ее упругой устойчивости. Решетка становится неустойчивой, что и определяет невозможность диффузионного проникновения таких больших атомов в решетку железа. [c.36]

Для создания диффузионного покрытия готовую лопатку помещают в пары бора. В результате химической реакции между нержавеющей сталью и бором, протекающей при температуре примерно 940 °С, на поверхности образуется очень твердый слой толщиной около 0,15 мм, практически не отделимый от основного металла. После покрытия лопатка проходит термообработку. К сожалению, само покрытие не обладает высокой пластичностью, чувствительно к концентрации напряжений [c.467]

В принципе отслоение может происходить не только по границе раздела покрытие-подложка, но и по телу покрытия или подложки, а природа возникновения напряжений может быть не только диффузионной, но й связанной с различием коэффициентов термического расширения контактирующих материалов, некогерентным сопряжением решеток при эпитаксиальном наращивании, фазовыми превращениями и захватом примесных частиц в процессе роста покрытия. Все перечисленные эффекты и превращения в материале покрытия приводят к развитию. напряжений. Поэтому ниже проанализируем, как влияют напряжения на процесс отслаивания покрытий. [c.82]

Рис. 84. Схемы распределения осевых остаточных напряжений в стержне с диффузионными, покрытиями

Процессы обработки разрядом и нанесения покрытия осуществляли в одной вакуумной камере. При такой обработке температура образца повышалась, но не более чем до 180° С. За время откачки камеры диффузионным насосом до высокого вакуума образец остывал, и температура его к началу напыления составляла 30—50° С. Образец силумина был катодом тлеющего разряда постоянного напряжения, в то время как анод изолировался от камеры. Было замечено, что форма и материал анода не влияют на 108 [c.108]

В качестве полуфабриката для диффузионной сварки можно использовать ленты из борного волокна, покрытые нитридом бора и пропитанные расплавленным алюминием. Для получения прочности композита, соответствующей правилу аддитивности, необходима надежная механическая связь на границе раздела. Выполнение этого условия обеспечивает в эксплуатации материала передачу нагрузки от матрицы к волокну. Вместе с тем компоненты композиционного материала, как правило, взаимодействуют между собой. Диффузионные процессы уменьшают прочность упрочняющей фазы и в большинстве случаев приводят к образованию интерметаллидной прослойки в контакте волокна с матрицей. При достижении ширины интерметаллидной зоны 0,5—2,0 мкм композит перестает существовать. Под нагрузкой матрица не передает напряжение на волокно, идет разрушение интерметаллидов, образование и развитие трещин в волокне. Образование твердых растворов еще не приводит к коренному ухудшению свойств, С целью повышения жаропрочности и срока службы композиционных материалов на волокна наносят барьерные диффузионные покрытия. Покрытия могут исключать или значительно замедлять процессы взаимодействия материалов волокна и матрицы. Метод нанесения покрытия должен обеспечивать хорошую связь с волок-но 1, равномерную толщину покрытия и исключать пористость последнего. Другим способом подавления образования нежелательных фаз на поверхности раздела является использование в качестве матрицы сплавов, имеющих пониженную реакционную способность с упрочняющим материалом. С термодинамических позиций необходимо добиваться минимальной разности химических потенциалов компонентов композита. [c.214]

Другой, более сложной системой является двухслойное углеродное покрытие. Внутренний слой пористого углеродного покрытия, имеющего низкую плотность, служит буферной зоной, а внешний слой изотропного пиролитического углеродного покрытия, обладающего высокой плотностью, служит как бы сосудом высокого давления или диффузионным барьером для продуктов деления твердого вещества. Внутреннее покрытие благодаря своему свободному объему представляет как бы резервуар для хранения газообразных продуктов деления. Оно также снимает напряжение за счет аккомодации вызванных радиацией изменений размеров топливного элемента и внешнего изотропного слоя. Такие покрытия подбирают для обеспечения определенной температуры, скорости выгорания и устойчивости топливного элемента в быстром потоке. [c.451]

Изменение состояния поверхностного слоя. Положительное влияние на стойкость против КР стали типа 18-8 в хлоридах оказывает азотирование [59]. Диффузионное хромирование, сплошные никелевые покрытия также повышают сопротивление КР в различных средах [22, 59]. Хорошие защитные свойства показало алюминиевое покрытие [22]. Обезуглероживание поверхностного слоя коррозионно-стойких сталей также вызывало повышение стойкости против КР. Перспективным способом защиты от КР является создание белого слоя (15—30 мкм) на поверхности стали. Это объясняется более высокой коррозионной стойкостью белого слоя, большой гомогенностью его свойств, а также значительными остаточными напряжениями сжатия в нем [22]. [c.75]

В результате химического никелирования и диффузионного хромирования стационарные потенциалы образцов повысились соответственно до —280 и —40 мВ, что в среднем на 300 мВ и 550 мВ положительнее потенциалов незащищенных сталей. Плотность коррозионного тока в незащищенных и ненагруженных переменными напряжениями сталей составляла 0,1—0,2 мА/см . После никелирования и хромирования плотность тока уменьшилась соответственно на 3 и 4 порядка. Для хромового покрытия характерно самопроизвольно возникающее устойчивое пассивное состояние при потенциалах от —200 мВ и выше при токе полной пассивации, достигающем 0,00008 мА/см (рис. 94). [c.178]

При более низких напряжениях (более пологий участок кривой коррозионной усталости) нагружение образцов также сопровождается резким сдвигом их потенциала в отрицательную сторону на 70-80 мВ (см. рис. 100, / участок кривой 2) из-за разрушения диффузионного слоя и образования в нем микротрещин, развитых относительно слабо, но достигающих основного металла. Значение потенциала возникшей коррозионной системы свидетельствует о том, что в дальнейшем сталь продолжительное время остается полностью защищенной от коррозионного разрушения в результате электрохимического воздействия покрытия. С течением времени потенциал образца сдвигается в положительную сторону вследствие оголения стали при механическом и особенно коррозионном разрушении покрытия, а также из-за экранирования поверх- [c.186]

Принцип работы разрушающихся теплозащитных систем характеризуется потерей поверхностного слоя (или разложением одной из компонент материала) ради сохранения благоприятного теплового режима внутренних слоев и самой защищаемой конструкции. Разрушение поверхностного слоя происходит в результате различных физико-химических превращений под воздействием подводимых к поверхности конвективных и радиационных тепловых потоков, диффузионных потоков химически активных компонент, а также под действием сил давления и трения. Химические реакции могут протекать как при участии компонент набегающего потока, так и независимо от них. Кроме того, на поверхности теплозащитного покрытия под действием внутреннего давления или внешних сил, а также вследствие термических напряжений может иметь место эрозия — механический унос в виде отдельных частиц. [c.117]

В работе исследовали влияние параметров технологического процесса — времени, температуры и давления прессования. Для улучшения диффузионной связи между слоями бериллиевой фольги прокладывали фольгу из алюминия. Структура зоны диффузионной сварки показана на рис. 55. Наиболее часто встречающимся дефектом композиционного материала является расслоение образцов вследствие термических напряжений. При уменьшении расстояния между волокнами до значений, меньших некоторого критического, или при перекрытии волокон наблюдается их разрушение в процессе диффузионной сварки. Хотя в работе [35] и не было получено удовлетворительных образцов композиционного материала, эта работа все же определила направление дальнейших исследований. В работе [33] была исследована возможность получения композиций на основе бериллия методом жидкофазной пропитки. В этих экспериментах прутки-полуфабрикаты, полученные пропиткой углеродных жгутов алюминиевым расплавом, погружали в ванну жидкого бериллия. Структура образцов до и после обработки жидким бериллием показана на рис. 56 и 57. Установлено, что выдержка в расплавленном бериллии в течение 15—30 с прутков-полуфабрикатов на основе волокон Торнел-75 вызывает травление углеродных волокон и приводит к заметному уменьшению площади их поперечного сечения. В то же время выдержка в течение 5 с в жидком бериллии не покрытых алюминием углеродных волокон Геркулес приводит почти к полному растворению волокон (рис. 57). [c.413]

Нанесение покрытий при повышенных температурах сопровождается диффузионным взаимодействием материала покрытия с подложкой или с промежуточным слоем на поверхнос1и подложки. Такое взаимодействие приводит к развитию преимущественно сжимающих напряжений в материале покрытий, которые служат причиной отслаивания покрытий. [c.82]

В заключение следует отметить, что практически не уделялось внимания напряжениям в диффузионных покрьпиях, полученных насыщением осаждаемого материала в процессе роста покрытий. Однако большое разнообразие возможных условий Их получения может приводить и к большим отличиям в напряженном состоянии. Исследования в этом направлении только начинаются. Необходимо обратить внимание исследователей, что данные, полученные методом рентгеновской дифракции и обработанные в рамках теории М.А. Кривоглаза [56], позволяют получать информацию о всех видах напряженного состояния и относительном содержании дефектов точечного и даслокационного типов. [c.145]

Таким образом, трубы из перлитной стали 12Х1МФ с диффузионным хромовым покрытием имеют повышенное сопротивление усталости при работе в условиях циклических охлаждений, величины термических напряжений в которых соответствуют максимальным перепадам температур на наружной поверхности трубы (А м=120—130 К) без покрытия. Такой результат в общем плане согласуется с результатами и лeдoвaния поведения хромированных труб в НРЧ мазутных котлов (см. рис. 4.38, табл. 4.10). [c.255]

Покрытия со структурой легированных (р- у )-фаз характеризуются как наиболее высокими по сравнению с другими алюминид-ными покрытиями характеристиками прочности, так и тем, что для них температурный коэффициент линейного расширения меньше, чем для защищаемых сплавов. Поэтому в таких покрытиях формируются сжимающие остаточные напряжения. Характерное для двухстадийных покрытий распределение остаточных напряжений в покрытии толщиной 85 мкм приведено на рис. 2. Наличие сжимающих напряжений в покрытиях приводит к тому, что после нанесения покрытия на детали их предел выносливости увеличивается. Это можно использовать, например, при ремонте лопаток турбин, предел выносливости которых после длительной эксплуатации уменьшается. Такой пример приведен на рис. 3, на котором видно, что нанесение двухстадийного диффузионного покрытия приводит к заметному увеличению выносливости лопаток турбин из сплава ХН51ВМТЮКФР (ЭП220). [c.171]

С ростом толщины покрытия в диффузионной зоне увеличивается количество интерметаллида Tia u. Увеличением количества интерметаллидов и напряженностью решетки титана объясняется падение его пластичности по мере увеличения толщины покрытия. [c.41]

Техника ближайшего будушего потребует применения более прочных материалов для работы в условиях высоких скоростей, вызывающих разрушение металла в микрообъемах. В связи с возрастающими требованиями новой техники дальнейшие исследования в этой области должны быть направлены в первую очередь на разработку теоретических положений легирования сталей, стойких к гидроэрозии. Необходимо провести глубокие исследования для разработки физико-химической теории образования эрозионностойких многокомпонентных диффузионных покрытий. Следует изучить влияние напряженного состояния на интенсивность процесса гидроэрозии. Исследования необходимо проводить также в направлении изыскания эрозионно-стойких наплавок и удобных методов их нанесения. Наплавки могут быть использованы и для восстановления изношенных деталей и их упрочнения. [c.8]

Нельзя не остановиться на природе единичных выростов на поверхности покрытий, которые возникают в процессе диффузионной гомо-генизащш. Наиболее подробно изучены выросты (усы) на оловянных покрытиях, нанесенных на медные или латунные подложки. Схема строения выроста приведена на рис. 36 [32]. Поперечные размеры выростов 1—2 мкм, длина до 5000 мкм. Появляются они не в процессе нанесения покрытия, а спустя некоторое время (до 25 лет) при температуре не Вы-ше 300 К. Внешнее давление интенсифицирует рост выростов на один-два порядка. Нагрев же полностью приостгиавливает этот процесс. Установленные зависимости скорости роста выростов от приложенного давления и температуры довольно однозначно указывают на главенствующую роль напряжений в процессе образования выростов [35]. На основе этой посылки был предложен следующий механизм роста выростов-усов. [c.91]

Он исходит из того, что вырост представляет собой одно сильно разросшееся зерно покрытия. Причиной бурного разрастания приповерхностного зерна являются сжимающие напряжения в покрытии, развивающиеся в результате диффузионных процессов на границе подложка—покрытие. Образующиеся при этом интерметаллиды, имеющие больший молекулярный объем, чем составляюшле их компоненты, приводят к развитию сжимаюпщх напряжений в покрытии. Под действием таких напряжений приповерхностное зерно выдавливается как паста из тюбика. Вещество (в данном случае олово), необходимое для сохранения сплошности покрытия, диффузионно поступает к внутреннему торцу зерна. Направленный поток атомов к торцу зерна обеспечивается разностью напряжений в растущем зерне и в окружающих его зернах. [c.91]

Для получения покрытий на поверхность деталей и заготовок наносят шликер (суспензию), сухой порошок, раствор или пасту, поэтому консистенция исходных продуктов в известной степени определяет выбор способа нанесения. Шликер и растворы наносят обычно окунанием, обливом, распылением с помощью пульверизатора, методом электрофореза, кистью. Сухие порошки наносят распылением в электростатическом поле высокого напряжения. Сухие порошковые смеси используют для получения диффузионных покрытий, которые образуются на деталях и заготовках, помещенных в муфель с порошковой смесью, при повышенных температурах. Пасты наносят на детали и заготовки путем намазывания шпателем, кистью, разбрызгиванием, напылением с помощью торкрет-машин. После нанесения покрытия сушат для удаления суспендирующих жидкостей, растворителей. [c.73]

Наряду с перечисленными требованиями необходимо также учитывать, что композиционное тело покрытие — инструментальный материал подвергается относительно длительному воздействию высоких напряжений и температур, при которых возможны твердофазовые диффузионные реакции на границе раздела материалов покрытия и инструмента, которые при определенных условиях могут привести к значительным изменениям состава и структуры взаимодействуюшей пары. Положительная роль покрытия может быть преждевременно утрачена. Поэтому одним из важнейших требований к материалам покрытия и основы является снижение склонности указанной пары к твердофазовым диффузионным реакциям во всем диапазоне температур и напряжений в условиях процесса резания. [c.34]

Часто для повышения адгезии с учетом конструктивных технологических требований перед нанесением покрытия субстрат подвергают механической обработке. Рекомендуется увеличивать шероховатость металла для повышения плошади контакта с адгезивом. Однако при этом растут контактные напряжения, снижающие долговечность покрытий [3]. Проведены исследования зависимости величины адгезии от режимов точения чугунной подложки (.материал резца ВК6). Исследования методами радиоактивных изотопов, контактной авторадиографии, апределення работы выхода электронов, спектрального анализа и шероховатости поверхности показали, что увеличение адгезии связано с образованием донол-нительных дефектов структуры чугуна в зоне внедрившихся инст-ру.ментальных частичек при точении, что приводит к повышению диффузионной способности субстрата и росту контактной поверхности с адгезивом благодаря микроволосяны.м трещинам. Адгезия повышается на 25—30% при следующих оптимальных режимах резания скорость—130—140 м/мин, подача — 0,5 мм/об, глубина — 0,35 мм. [c.144]

К, для арсенида галлия с никелевым покрытием граница несвариваемости 773—873 К. Диффузионное соединение кремния и германия с молибденом и вольфрамом через алюминиевое покрытие производят ниже температуры эвтектики при 773—823 К для кремния и 643—673 К для германия. При диффузионной сварке полупроводниковых кристаллов с металлами усилие сжатия (одноосное сжатие) приводит к упругой деформации с непрерывным движением и размножением дислокаций, которые наиболее благоприятно ориентируются относительно приложенного напряжения. В алмазоподобных кристаллах скольжение происходит преимущественно в плоскости октаэдра, образуя линии скольжения. Для уменьшения неоднородности деформации кристаллов усилие сжатие не должно вызывать степень деформации более 3—4% и его сохраняют до полного охлаждения диффузионного соединения. Исследованиями установлено, что подвижность [c.236]

Адгезия двух тел определяется близостью их по. мрностей, то есть интенсивностью молекулярных взаимодействий в этих телах и их совместимостью, то есть взаимной растворимостью, а также способностью к взаимному диффузионному проникновению частиц. При образовании полимерных покрытий вследствие усадки в плёнке возникают касательные напряжения, возрастающие с повышением толщины-нокрытия. Причиной нарушения адгезии часто являются не только эти внутренние напряжения, но и термические напряжения вследствие разности коэффициентов теплового расширения пленки и подложки. Если плёнкообразующее вещество или клей в текучем состоянии яроникает в гл> бокие неровности поверхности или поры подложки, то после отверждения [c.54]

Для ряда покрытий сжимающие остаточные напряжения имеют максимум у линии раздела защитный слой — подложка (рис. 15, б, слева). Такая эпюра напряжений может иметь мёсто при насыщении углеродистых сталей некарбидообразующими элементами, оттесняющими углерод из зоны насыщения в глубь основного металла, а также при получении защитных покрытий гальванотермическим способом. При диффузионном отжиге деталей с гальваническими покрытиями, металл которых способен диффундировать в сталь, на границе раздела покрытие—подложка будет возникать диффузионный слой, обладающий большим удельным объемом, чем основной металл покрытия, что вызовет в этом месте появление сжимающих напряжений. [c.75]

К числу физических явлений, оказывающих влияние на жаростойкость покрытий, относятся полиморфные превращения и рекристаллизация. Даже покрытие с нулевой начальной пористостью может утратить свои защитные свойства в результате рекристаллизации, которая способствует проникновению газов через покрытие к металлу за счет граничной диффузии [1, 2]. В случае фазовых превращений из-за напряжений, возникающих вследствие разницы удельных объемов фаз, участвующих в превращении, должна происходить диффузия входящего в избытке в данную фазу компонента по направлению к растущему центру, тем самым автокаталитически ускоряя реакцию. Скорость диффузии, вызванной напряжениями, может значительно превысить скорость объемной диффузии. Именно эти диффузионные токи приводят к быстрому и полному разделению компонентов в большинстве фазовых превращений диффузионного типа [3, 4]. Поэтому предотвращение рекристаллизации и полиморфных превращений материала покрытия имеет существенное значение для повышения его жаростойкости. [c.20]

Диффузионное титанирование позволяет получить защитные покрытия с высокой коррозионной и эрозионной Стойкостью, повышенными прочностными характеристиками [2]. По данным работ [3, 4], диффузионное титанирование является достаточно эффективным способом повышения надежности и долговечности деталей судовых машин и механизмов, работающих в условиях сложно-напряженного состояния. [c.73]

Зарождение и развитие холодных трещин протекает во времени, в течение которого в сварном соединении могут продолжаться процессы перераспределения напряжений, структурных превращений и диффузии водорода. В связи с этим образование холодных трешин в термически необработанных сварных соединениях может происходить в течение нескольких суток после окончания сварки [32]. Из этого следует, что эффективными мерами борьбы по предупреждению холодных трещин в сварных соединениях теплоустойчивых сталей является подофев при сварке, прокалка сварочных материалов (покрытых электродов, флюса) с целью удаления из них влаги как источника диффузионного водорода, проведение послесварочной термической обработки (термического отдыха, высокого отпуска). Предварительный и сопутствующий подогрев выполняет ряд функций [c.91]

Композиционный материал также должен обеспечить высокое качество изготовления дeтaлиJ, в том числе сложной конфигурации, сложной укладки волокон с градиентами давления в мат-р ицах с уменьшающимися по размерам прессуемыми слоями сложной формы. Такой подход к проблеме технологии привел к выбору метода изготовления детали диффузионной сваркой при очень высоких температурах позволяющих свести к минимуму напряжения сдвиговой ползучести в матрице, и, следовательнод к выбору волокна борсик, имеющего в этих условиях преимущества по сравнению с борным волокном без покрытия. Такой выбор волокна позволяет применять более высокие температуры в процессе сварки, не опасаясь ухудшения свойств волокна. [c.493]

Наличие пленок окислов на поверхности стали влияет на коррозионные и диффузионные процессы. Как уже говорилось, электродные потенциалы на ювенильных металлических поверхностях более анод-ны, чем на порерхностях металла, которые имеют хотя бы небольшое загрязнение или окисление. В случае, если поверхность металла покрыта пленкой и какая-нибудь причина нарушает эту пленку, то энергично происходит коррозионный процессе коррозионным поражением именно ювенильных мест на металле. Нарушение защитных пленок особенно часто встречается при механическом нагружении, которое значительно способствует усилению коррозии. Таким образом, если величина механического напряжения достаточна для того, чтобы разрушить пленку окислов, коррозионный процесс ускоряется. [c.38]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...