Главная » Просмотр файлов » Диссертация

Диссертация (1173087), страница 16

Файл №1173087 Диссертация (Поверхностное упрочнение инструментальных и конструкционных материалов нанесением дискретного диффузионного покрытия) 16 страницаДиссертация (1173087) страница 162020-05-14СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Сопоставительную оценку среднихнапряженностей поля в области чехла ЕЧЕХ и во внешней зоне ЕВН проведемвоспользовавшиськусочно-линейнойэкстраполяциейраспределенийпотенциала  в этих областях, показанной на рисунке 2.16. При этомЕЧЕХ V   d  Е   d , ВН L  dd(2.10)104Рисунок 2.16  Кусочно-линейная экстраполяция распределенийпотенциалавмежэлектродномпромежуткесположительнокоронирующим игольчатым электродомЗначениепотенциаланаграницекороны(d)найдемиздифференциального уравнения взаимосвязи между потенциалом  инапряженностью поля Е в приближении (2.3):d   Edx  Vro dx(ro  x) 2(2.11)Интегрируя (3.11), находимV1иxro(2.12)(d)  V1+(2.13)droПодставляя (2.13) в (2.10) получаемЕЧЕХ Vro  d ,EВН  ЕЧЕХ roLd .В примере с V=15кВ и rO = 5  10-2 см для d = 0,125 см:Е (d ) V  ro15  0,05 24,5кВ/см ,2ro  d  0,05  0,1252105V (d ) 1ЕЧЕХ dro15 4,3кВ0,12510,05V15 85,7кВ/смro  d0,05  0,125ЕВН  ЕЧЕХ (2.14)ro0,05 85,7  4,9кВ/смLd1  0,125Движение положительных ионов во внешней зоне короны игольчатогоэлектрода,внаправленииобрабатываемойимиповерхностиноситдрейфовый характер со скоростью ДР  k   E ВН ,(2.15)где: к+  подвижность положительных ионов в воздухе.

Для значений к+ =2,1 см2/Вс [60] и ЕВН =4,9 кВ/см из (3.15) следуетυДР = 2,1  4,9  103 = 10,3 103 см/с = 103 м/с,(2.16)т.е. примерно 1/3 от скорости звука в воздухе при нормальныхусловиях: υ ЗВ = (331,36 + 0,54 t о C) м/с [58]. Применительно кстандартной атмосфере, образуемой частицами воздуха с усредненноймассойmС ρc1,225 48,094 1027 кг24n c 25,471 10(2.17)кинетическая энергия направленного дрейфового движения «стандартной»частицы со скоростью (2.16) и массой (2.17) (ионизация практически невлияет на величину mC).ε др =m C  2др2=48,0941027 1,032 104= 2,55110 22 Дж = 1,6 10 3 эВ2В примере с напряжением на электродах V = 15кВ и разрядным током I= 100мкА в коронном разряде выделяется мощностьР = I V =100 10-6 15 103 =1,5 Вт106Нетрудно видеть, что в случае вакуумного межэлектродного промежуткався эта мощность расходовалась бы на ускорение одноразрядных ионов докинетической энергииε вак  e  V  15кэВ  2,4 1015 Дж ,поскольку с учетом niIeIP eV  n i  ε вак и скорость каждого, имеемeиона при подлете к не коронирующему электроду определялась бы2m C   вак= eV , откударавенством2 вак =2e2  1,602 1019V = 15  103  316 103 м/с  3000 др26mC4,81 10Однакоприатмосферномдавлениипрактическивсяэнергия,приобретаемая ионами в поле разрядного промежутка, передается врезультате соударений молекулам воздуха.

Энергия дрейфового движенияионов оказывается много меньше энергии их теплового движения при ТС =288 К:εТ 33kTC   1,38  10 23  288  59,616  10 22 Дж  37,2  10 3 эВ  23,3  ε др22Подводимая к не коронирующему электроду мощность от дрейфовогодвижения положительных ионов составляет ничтожно малую величину, неоказывающую влияния на его температурный режим:PДР= n i+ ε ДР =ε ДРε вак n i+ ε вак=ε ДРε вакР 1,6 10315103 Р = 10 7 Р(2.18)Тем не менее, именно дрейфовая скорость является причинойпротекания тока во внешней зоне коронного разряда, согласованного с токомво внешней цепи электродного промежутка и особенностями поверхностныхпроцессов на не коронирующем электроде, связанных с нейтрализациейпоступающих на него положительных ионов свободными электронами из егообъема.

Образуя надтепловой добавок к εТ величина εДР все же способна кактивации поверхностных термофлуктуационных процессов, нарушающей107условия их реализации, сравнительно со случаем при I = 0. Изменениеусловий равновесия поверхностного слоя не коронирующего электрода сокружающей газовой средой, в зоне адсорбированных из нее молекулорганических и неорганических веществ, инициирует процесс очисткиповерхности от загрязнений, способствуя тем самым осуществлениюдиффузионного проникновения положительных ионов в металл.Доглубинпорядканаибольшейвысотымикронеровностей(шероховатости) профиля поверхности hmax, (см.

рисунок 2.17) существенноевлияние на формирование покрытия способны оказать обусловленные имимикронеоднородности электрических и тепловых полей, в отношениикоторых вершины микровыступов играют роль концентраторов. Влияниемикронеоднородностей рельефа на возможность его локальных нагревов,обусловленных нарушением баланса между подводимой и отводимойэнергией за время t применительно к элементу неоднородности в видевыступа шероховатости высотой hmax и площадью основания s можнооценить.

Если S – площадь всего токового пятна на электроде, а РДР подводимая к нему дрейфовая мощность, то в приближении однородности токапо поверхности пятна мощность, подводимая к рассматриваемому элементумикрорельефа рдр , равняетсяр ДР  Р ДР sS , а подвод энергии за время t будет wДР = рДР  t.Доля этой энергии, равная 0 <  < 1, за счет нарушения энергетическогобаланса преобразуется в тепло q, идущее на разогрев выступа:sq = χ  wДР = χ   PДР  tSПри удельной теплоемкости материала электрода Со, его плотности  имассе выступа порядка m = shmax теплоемкость выступа Сh равняется Сh =Соm, а его нагрев  за время t оценивается выражениемΔΤ =PДР  tq=χChCo  ρ  h max  S108Например, для h max =1мкм, S = 10мм2 и t = 1  3,6  103 с,где 1 – количество часов обработки.ΔΤ = 3,6  1014  χ  1 Р ДРСо  ρ .(2.19)В качестве материальных характеристик электрода воспользуемсяданными по железу, полагая  = 7,88  103 кг/м3 и Со = 447,3 Дж/кгК, длякоторых из формулы (2.19) следуетΔΤ = 1,02108  χ  1  Р ДР .Если при V = 15 кВ, ток I = 2  100 мкА, где 2 – количество сотен мкА,то, принимая во внимание (2.18), получимР ДР = Р ДР (Ι =  2 100мкА) = 107   2  Р(Ι = 100мкА) = 1,5 107   2 Вт87и тогда ΔΤ = 1,0210  χ  1 1,5 10   2 = 15 χ  1   2В частности, при 1 = 3 и 2 = 4 имеем  = 180о К и  = 90о К при = 0,5.Выступ шероховатости высотой hmax в своей вершинной области схарактеристическим радиусом закругления rh может действовать и какусилитель поля относительно среднего значения ЕВН в формуле (2.14).Перепадпотенциалавокружающемвыступепространстваснапряженностью поля ЕВН, считая от линии выступов на рисунке 2.17 сусловием  = 0 до линии впадин, составляет величину h = ЕВН  hmax.Рисунок 2.17 – Фрагмент профилограммы шероховатости109При этом поле у вершины выступа, также характеризуемой значением = 0, усиливается, по аналогии с (2.4), до оценочного значенияEh =hrh= E BH h maxrhВедя отсчет текущей толщины покрытия от линии (поверхности) впадинна рисунке 2.17 можно предположить, что на глубинах, не превышающихhmax, покрытие, образуемое ионной обработкой поверхности, будет носитьсмешанный адгезионно  диффузионный характер, поскольку адгезионнаясоставляющая, следуя рельефу шероховатости, будет присутствовать на всехэтих глубинах.

Наиболее проблематичным для предварительных оценокявляетсясовокупныйвышеупомянутыхучетвлиянияфакторов,наструктуруобусловленныхпокрытиявсехшероховатостьюобрабатываемой поверхности и особенно значимый для покрытий толщиной hmax.2.3 Особенности диффузионного процесса при формированиидискретного диффузионного покрытияВ этой связи воспользуемся оценкой эффективной характеристикипроцесса образования покрытия, порождаемой представлением его в видедиффузионного проникновения ионов на глубину Н за время обработки t.Эффективной характеристикой такого представления служит коэффициентдиффузии ДЭФ, связанный с величинами Н и t равенством [62, 63].Д ЭФН24t(2.20)Для Н = 1 мкм= 10-4 см и t = 1 3,6103 c из формулы (2.20) следуетД ЭФ7  1013см2/с.1и ДЭФ ≈ 2,3  10-13 см2/с при 1= 3.110Формирование покрытия обусловлено неоднородностью электрическихи тепловых полей.

Таким образом, происходит локальный нагрев,обусловленный нарушением энергетического баланса, за определенноевремя, идущее на разогрев пятна площадки основания и процесс образованияпокрытия, осуществляется диффузионно по границам поверхностных зерен.Механизм проявления этих особенностей вызывает затруднения,поскольку:– «самые сложные процессы, трудно поддающиеся исследованию,протекаютнаповерхностиметаллаприеговзаимодействиисионизированной газовой фазой» [64];– «отсутствие научных представлений о взаимодействии газовой среды,активизированнойтлеющимкороннымразрядом,снасыщаемойповерхностью металла затрудняет понимание механизма формированиядиффузионного слоя и управления его качеством» [64];– «вопрос – механизме пограничной диффузии – один из наименееясных» [65];– «измерить коэффициент диффузии при температурах ниже 0,6 Тпл (Тпл–температураплавления)обычнонеудается,т.к.нехватаетчувствительности» [65].В силу отмеченных обстоятельств обсуждение конкретных механизмовформирования диффузионного покрытия несколько преждевременным иограничимсяформальнымподходомкрассмотрениюследствийпредполагаемого влияния.

При этом в качестве рабочей воспользуемсягипотезой возникновения излома в линейной зависимости логарифмакоэффициента диффузии Д от величины, обратной температуре Т,дополнительного к инициируемому возрастающим влиянием пограничнойсоставляющей диффузионного процесса при Т ≤ 0,6 ÷ 0,7 Тпл [65], нопроявляющего себя при значительно меньших температурах в связи соткрытием дополнительных «путей ускоренной диффузии» [62].111ОписываемаязакономАррениусатемпературнаязависимостькоэффициента диффузии Д имеет вид [62] Q Д  Д о  exp  , kT (2.21)где: До и Q – соответственно предэкспоненциальный множитель и энтальпияактивации диффузии, зависящие от диффундирующего элемента и материалаобрабатываемой поверхности; k = 1,3810-23Дж/оК = 8,61710-5 эВ/оК –постоянная Больцмана.Воспользуемсянормированнымпрактическимибезразмернымудобствамивеличинамивотпереходакачествекусловныхобозначений примемД о  0,01см 2 / с , Q  1эВ, Т  293о К,(2.22)полагаяД о  1  Д о , Q   2  Q,T   3  T,(2.23)где: 1, 2 и 3  безразмерные сомножители.

При этомQkT 39,612 ,а после перехода от основания е к основанию 10, формула (2.21) принимаетвид Д  10 2  1  exp  - 39,612 2   1  10 n см 2 / с3 (2.24)где:n  2  17,2032(2.25)3В функциональных координатах (lgД; 1/3) и при условии неизменностивеличин 1, 2 во всем температурном диапазоне имеет место линейнаязависимость lgД от 1/3:lg Д  lg1  2  17,203   2 1,3(2.26)112Область с 3 ≥ 1 разделим на два диапазона – нижний с 3 ∈ [1; 3 ] иверхний с 3 = 3 .

Значения 1 и 2, относимые к нижнему 3 – диапазону,помечены штрихами, полагая 1\\lg217,203при 123 1;  3 ;3lg Д  1lgλ  2  17,203   при  3   32 13(2.27)Для верхнего 3 - диапазона примем условия независимости величин 1 и2 от 3, а для нижнего диапазона допустим возможность изменений 1\ и 2\при изменении 3, но с сохранением линейности у функциональнойзависимости lgД от 1/3.Если значениям аргумента этой функции, равным 1/ 3 и 1, сопоставленызначения функции, обозначенные соответственно lg Д и lgД1, то уравнениепрямой, проходящей через две точки с координатами (1/ 3 ; lg Д ) и (1; lgД1),в общем случае имеет видlg Д lgД 131 lg Д113lg Д1  lg Д 1131 3(2.28)В (2.27) сохранение линейности для нижнего 3 – диапазонаобеспечивается использованием зависимостейp\1  1 1013qи 2\ = (а3 + в) 2(2.29)с постоянными коэффициентами р, q, а, в приводящих к выражениюlg Д  (lg1  q  17,203 a   2  2)  (p  17,203 в   2 ) 13(2.30)с граничными значениямиlg Д1  lg1  (p  q)  2  17,203 (a  в)   2при 3  1(2.31)113и*lg Д  lg1  (p *1 q)  2  17,203 (a   3  в) *32**при  3   33(2.32)Нетрудно убедиться, что (2.31) и (2.32) могут быть получены и изусловия равенства между (2.28) и (2.30).Дополняя (2.29) равенствамир + q = lgα,а+в=βa  3  в  ,p 1qlg,3(2.33)получаем следующие определения граничных значений 1\ и 2\ :1\ = α  1,2\ = β  2– при 3 = 1,1\ =   1,2\ =   2 – при 3 = 3(2.34)Следствиями (2.33) являются соотношения:  lg  lg q  lg   p  3 ,3 1p  3  lg ,3 1 а  (2.35)   в а   3 3 1,3  1Выражения (2.31) и (2.32) с учетом (2.33) принимают вид:lg Д1  lg1  lg  2  17,203    2 ,*lg Д  lg1  lg  2  17,203    2 1(2.36)*3Условие непрерывности для зависимости lgД (1/3) на общей границенижнего и верхнего 3 – диапазонов, где 3 = 3 и lgД = lg Д , будетсоблюдено при удовлетворении равенстваlg1  lg  2  17,203    2 1*3 lg1  2  17,203  2 1*3114определяющего, для заданного значения 3 , взаимосвязи между величинами  и  в (2.34):lg3(2.37)  1lg  17,203  2 ( 1),17,203  2*3Взаимосвязи между величинами α и β в (2.34), аналогичные (2.37),следуют из (2.36) при условии задания значения lgД1:lg  (lg Д1  lg1  2)  17,203    2 ,  lg   (lg Д1  lg 1  2)17,203  2(2.38)График кусочно-линейной зависимости lgД (1/3), экстраполированный вобласть температур Т > Тпл, качественно приведен на рисунке 2.18 длядиапазона значений 1/ 3 ∈ (0; 1].

Характеристики

Список файлов диссертации

Поверхностное упрочнение инструментальных и конструкционных материалов нанесением дискретного диффузионного покрытия
Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6430
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее