Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Роль поверхневої енергії, вакансій і дислокацій у підвищенні контактної температури в умовах плазмового напилення
На рис.11.6 на прикладі системи Fe–Mo представлена зміна контактної температури при одному термічному циклі напилення на мікровиступі сферичної форми. З рисунка видно, що удар високотемпературної частинки й нагрівання поверхні твердого тіла є процесом, що протікає у дві стадії перша, область високих температур і малого часу контакту (10-10–10-7с), і друга, область більше низьких температур і більшого часу. У момент удару в зоні контакту частинки з основою виникає напруга, що має дві складові: імпульсну (103 МПа), що діє протягом першої стадії, що переходить у напірну(100 МПа), що діє протягом другої стадії теплового контакту(10-7–10-3с). Високі температури доводяться саме на першу стадію удару. Друга стадія удару, більш тривала, хоча й має більше низьку температурну складову, але все-таки, завдяки досить високому тиску, що діє протягом тривалого часу, відіграє значну роль у формуванні міжфазної зони. При аналізі короткочасних теплових процесів необхідно враховувати кінцеву швидкість поширення тепла: (11.31) де – температуропровідність; – теплопровідність; – щільність; с – питома теплоємність; – час теплової релаксації. Тоді у випадку кінцевої швидкості поширення тепла процес контактного теплообміну буде описуватися рівнянням гіперболічного типу (11.32) де T, t – температура й час. За умови малого часу контактування й кінцевої швидкості поширення тепла представлення частинки у вигляді напівнескінченного тіла припустимо. У зв'язку із цим завдання спрощується й рішення рівняння (11.32) зводиться до виду: (11.33) для (11.34) для Тут прийняті позначення , де індекси "1" і "2" відносяться відповідно до частинки і матриці. За аналогією з коефіцієнтом b, називаним коефіцієнтом акумуляції теплоти або критерієм теплової активності (рівн.11.34), критерій у виразі (11.33) можна визначити, як критерій релаксаційної активності, що є важливим параметром, який описує короткочасний процес, що залежить від швидкості поширення тепла w. У рівнянні (11.35) припускаємо, що миттєві джерела тепла перебувають у приповерхневих зонах, охоплюючи 1-5 атомних шарів. Приблизно в такому об'ємі зосереджена питома поверхнева енергія твердої фази для більшості металів. Припускаємо також, що тепло від такого джерела розподіляється в глибину тіла по експонентній залежності. Тоді еквівалентну поверхневій енергії потужність миттєвого об'ємного джерела тепла можна представити у вигляді
(11.36) де х – координата, відлічувана від поверхні в глибину тіла; k – коефіцієнт зосередженості джерела, рівний для чотирьох моношарів 3,5/4l; l – відстань між найближчими сусідами в кристалічній решітці речовини; – дельта функція Дірака. Для рішення задачі скористаємося методом перетворення Лапласа. З урахуванням рівняння (11.36), початкових температур і питомих поверхневих енергій ( – для частинки й – для підложки) одержимо, згідно з рівнянням (11.35) температуру в контакті при у вигляді: (11.37) де k1 і k2 – коефіцієнти зосередженості джерела для кожної контактуючої фази. В отриманому виразі (11.37) для контактної температури ТК у порівнянні з виразом (11.33) є два додаткові доданки, що включають значення поверхневої енергії взаємодіючих фаз. Перший доданок, аналогічний класичному виразу (11.33),є результатом перерозподілу шляхом теплопровідності тепла між високотемпературною частинкою й поверхнею твердого тіла при їхній взаємодії, коли в локальних ділянках контактної зони встановлюється максимальна температура, як це видно на рис.11.6. Поява двох інших доданків у рівнянні (11.37) обумовлене тим, що в процесі ударної взаємодії відбувається активація великої кількості атомів, відбувається змочування поверхонь і подальша хімічна взаємодія. Результатом змочування й утворення хімічних зв'язків контактуючих поверхонь при протіканні на границі реакції є анігіляція поверхневих енергій обох тіл. Такий збиток вільної поверхневої енергії в системі, що утворилася, з новою міжфазною поверхневою енергією є мірою роботи адгезії. Енергія, що вивільнилася в результаті утворення нової системи, приводить до збільшення контактної температури. Отже, у випадку ідеального контакту при напиленні в локальних ділянках міжфазної зони можливо істотне підвищення температури (температурний спалах), що характеризується двома додатковими доданками, що містять поверхневу енергію, в рівнянні (11.37). Дуже важливими в рівняннях (11.37) є теплофізичні параметри , , що змінюються зі зміною температури.
Згідно з вищенаведеними даними розрахунки по рівнянню (11.37) приводять до значень ТК, що перевищують більш ніж в 2 рази значення температури, отриманих по рівнянню (11.33). Разом з тим, як и вже відзначали вище, взаємодія частинок з матрицею відбувається на активних центрах - місцях виходу вакансій і дислокацій, що приводить до збільшення числа осередків хімічної взаємодії. При цьому вихід дефектів на поверхню супроводжується виносом енергії в зону контакту. Тоді кожну вакансію й дислокацію, що вийшли на поверхню, можна розглядати, як діюче джерело тепла, здатне додатково розігріти локальні об'єми твердого тіла до певної температури. Додатковий внесок у величину контактної температури за рахунок дефектів може бути розрахований по рівнянню (11.35), аналогічно, методиці, запропонованій вище. Розглянемо з таких позицій роль дефектів у підвищенні контактної температури. У випадку вакансій при розрахунку контактних температур по формулі (11.35) як об'ємне джерело тепла візьмемо поверхневу енергію вакансійної порожнини ES, що дорівнює теплоті сублімації HS. У середньому для всіх металів (ГЦК, ОЦК, ГПУ) енергія утворення вакансії (11.38) Розподіляючи енергію вакансійної порожнини ES по об'єму радіуса порядку R =(2...3) b і вирішуючи рівняння (11.35),одержимо додатковий внесок у різке підвищення контактної температури від енергії вакансій, рівний (11.39) У рівняннях (11.38) і (11.39) G2 – модуль зсуву матеріалу основи, b – вектор Бюргера. При розрахунках значення параметрів необхідно брати для основи, на поверхню якої передбачається вихід вакансій. Так, наприклад, напилення частинок срібла на срібло приводить до додаткового підвищенні температури в зоні контакту на величину =(25–90)К, а для вольфраму – 100–320К. Аналогічно можна розрахувати додатковий внесок у ТК і за рахунок виходу дислокацій на поверхню. Вважаючи, що напилюєма частинка, яка перебуває в розплавленому або високопластичному стані, активована, розглянемо активацію матриці внаслідок виходу дислокацій на її поверхню. Питома поверхнева енергія кристала , а енергія одиниці дислокації , де G – модуль зсуву; b – вектор Бюргерса. Енергія ядра дислокації становить , а енерговиділення в ядрі площею перетину b2 буде порядку , Дж/м3, що дасть приріст підвищенню контактної температури в місці виходу дислокації на поверхню після рішення рівняння (11.35): (11.40) Таким чином в процесі плазмового напилення при досягненні певного рівня адгезії й відповідного сполучення теплофізичних властивостей взаємодіючих матеріалів спостерігається підвищення температури внаслідок виділення енергії в міжфазній зоні при анігіляції поверхневих енергій і виносу енергії дефектами на поверхню основи при її деформуванні.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 128; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.117.137.64 (0.008 с.) |