Тявловский А.К.1, Ажаронок В.В.2, Жарин А.Л.1

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ТОПОЛОГИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТЫ ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНА ПОВЕРХНОСТИ

Валеев И.Ш., Валеева А.Х., Фазлыахметов Р.Ф., Н.П. Барыкин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук

г. Уфа, Россия

[email protected]

Электрохимическое осаждение имеет ряд преимуществ, по сравнению с другими методами получения покрытий, среди которых можно отметить то, что в процессе электрохимического осаждения не нарушается структура и свойства под- ложки. В случае применения методов напыления, либо других высокоэнергетиче- ских «горячих» методов нанесения покрытий, подложка подвергается интенсивно- му температурному и механическому воздействию [1, 2], приводящему к сущест- венным изменениям ее структуры и свойств. Однако широкое промышленное при- менение получили только латунирование, бронзирование, осаждение сплавов золо- та, магнитных сплавов, что объясняется большой трудоемкостью осаждения спла- вов по сравнению с осаждением чистых металлов, а также обусловлено недоста- точной изученностью самого процесса осаждения сплавов.

Целью данной работы является получение электрохимических покрытий из тройных сплавов на основе олова и меди на подложке из бронзы и исследование их износостойкости.

В работе получены покрытия следующих составов: Sn–39%Sb–15%Cu; Sn– 2%Sb–1%Cu; Cu–32%Sn–4%Sb; Cu–22%Sn–12%Sb; Cu–27%Sb–13%Sn. В качестве подложки применяли бронзу марки БрОС8-12.

Режимы электрохимического осаждения выбирались в соответствии с [1]. Анализ химического состава (соотношения компонентов) и микроструктуры полу- ченных покрытий проводили с помощью микроанализатора «INCA X-ray microanalysis system», установленного на растровом электронном микроскопе

«JEOL JSM 840А» и на электронном микроскопе JXA6400.

Испытания на износ проводили на машине трения СМЦ-2 по схеме «диск-

колодка» с применением масла КС-19.

Показано, что исследуемые покрытия значительно снижают значения износа и интенсивности изнашивания бронзы БрОС8-12 как на этапе приработки, так и на установившейся стадии.

Полученные составы электрохимических покрытий могут быть рекомендо- ваны в качестве антифрикционных покрытий и применяться в технологии изготов- ления подшипников скольжения.

1. Г.И. Медведев, Н.А. Макрушин. Электроосаждение сплава Sn-Sb-Cu из сульфатных электролитов с органическими добавками/ Журнал прикладной химии, 2001. – Т.74, вып.8. – С. 1362 -1366.

2. Н.А. Дубинский. Исследование износостойкости композиционных покрытий, полу- ченных электрохимическим способом/ Трение и износ, 2006. – Т.27, №1. – С.78-82.

1 Белорусский национальный технический университет, Минск, Беларусь 2 Институт физики им. Б. Степанова НАН Беларуси, Минск, Беларусь [email protected]

Работа выхода электрона (р.в.э.) поверхности представляет собой исключи- тельно чувствительный параметр характеризации свойств поверхности, зависящий от ряда факторов: химического состава поверхности (в том числе наличия адсор- бированных веществ), дефектов кристаллической решетки, наличия коррозии, микротрещин, механических напряжений и т.д. [1]. Важным достоинством являет- ся возможность неразрушающего бесконтактного измерения р.в.э. методами зон- довой электрометрии. При этом сложность разделения вклада отдельных факторов в интегральный измерительный сигнал, низкая воспроизводимость результатов из- мерений на больших интервалах времени препятствуют активному внедрению ме- тодов, основанных на измерениях р.в.э., в практику неразрушающего контроля ве- ществ и материалов.

Разработанная методика предусматривает сканирование исследуемой по- верхности с помощью вибрирующего зонда Кельвина (метод Кельвина-Зисмана [2]) с последующим построением карты распределения р.в.э. Измеренные значения представляются условными цветами, или же в виде 3D-графика. Измерения по ме- тоду Кельвина-Зисмана являются относительными, что, при отсутствии информа- ции о значении р.в.э. используемого зонда, не позволяет определять абсолютные значения р.в.э. исследуемой поверхности. В то же время, неоднородности распре- деления р.в.э. в пределах карты позволяют с высокой эффективностью выявлять и локализовать такие дефекты поверхности, как пятна коррозии, в том числе на ее начальных стадиях, зоны усталостных трещин и термических напряжений, а также зоны неравномерного износа при мониторинге процессов трения [3]. Для количе- ственного сопоставления получаемых результатов разработанная методика преду- сматривает статистическую обработку массива данных о значениях р.в.э. в преде- лах карты. Обработка включает в себя построение гистограмм распределения зна- чений р.в.э., оценку закона распределения и полуширины гистограммы, вычисле- ние и построение для каждой из карт автокорреляционных функций второго по- рядка.

Методика реализована в конструкции разработанного и изготовленного в НИЛ полупроводниковой техники БНТУ аппаратно-программного комплекса ха- рактеризации прецизионных поверхностей и использовалась, в частности, для ис- следования процессов упрочнения поверхности металлов при воздействии магнит- ными импульсами и плазменной обработкой.

1. Zhou, Y., J. Q. Lu, et al. Change in the electronic work function under different loading conditions // Materials Chemistry and Physics. – 2009. – No. 118. – P. 12-14.

2. Zharin, A.L. Contact Potential Difference Techniques as Probing Tools in Tribology and Surface Mapping // Applied Scanning Probe Methods. – 2010. – V. 14. – P. 687-720.

3. Жарин, А.Л. Контроль трущейся поверхности методами контактной разности потен- циалов / А.Л. Жарин, О.К. Гусев, А.И. Свистун, А.К. Тявловский // Известия ТулГУ. Технические науки. – Вып. 5: в 3 ч. Ч. 2 / под научной ред. В.Я. Распопова. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. – С. 286-295.

Дата добавления: 2017-01-14