|
3.2 Экспериментальные исследования структуры и состава исход-
ной поверхности резиновых образцов и образцов, модифицированных ме-
таллами
Для развития и совершенствования методик нанесения антифрикционных
защитных покрытий, чрезвычайно важно исследовать связь измеряемых трибо-
логических параметров [151,152], таких как коэффициент трения, износостой-
кость, адгезия со структурой и составом поверхностного слоя. Использование
этих методов в сочетании с традиционными для РТИ методами испытаний на
устойчивость к истиранию в процессе трения и других свойств, позволяют вы-
явить механизм и характер разрушения модифицирующих покрытий, устано-
вить связь и закономерности между структурой поверхности и ее износостой-
костью.
3.2.1 Электронно-микроскопические исследования модифицированной
поверхности до проведения испытаний
Свойства получаемых покрытий зависит не только от их состава, но и от
их структуры [125]. Для исследования структуры поверхности модифициро-
ванных образцов резины провели напыление металла молибдена при темпера-
туре подложки 80 °С с различным временем напыления от 30 до 150 мин, с ша-
гом 30 мин, мощность напыления 100 Вт. При этом толщина покрытия изме-
нялась от 38 до 205 нм.
С целью изучения особенности структуры поверхностного слоя образцов
проведены микроскопические исследования с помощью сканирующего элек-
тронного микроскопа JEOL JСM-5700 в режиме высокого вакуума [148]. Полу-
чены микрофотографии поверхностей исходной резины до модифицирования и
84
модифицированной резины молибденом при различной толщине покрытия
(рис. 3.2 - 3.7). Как показывает анализ микрофотографий, рельеф покрытий для
разных толщин покрытий слоя молибдена существенно отличается. Исследова-
ния шероховатости покрытий подтверждает этот факт. Поверхность исходного
резинового образца (рис. 3.2) представлена большим количеством микрошеро-
ховатостей, контактирующих при истирании с твердым телом - с металлом.
А
Б
Рис. 3.2 - Микрофотография поверхности образца резины исходной до модифи-
цирования: 2D-формат (А) и 3D-формат (Б)
А
Б
Рис. 3.3 - Микрофотография резины, с покрытием молибдена, толщина 38 нм:
2D-формат (А) и 3D-формат (Б)
А
Б
Рис. 3.4 - Микрофотография резины, с покрытием молибдена, толщина 80 нм:
2D-формат (А) и 3D-формат (Б)
85
А
Б
Рис. 3.5 - Микрофотография резины, с покрытием молибдена, толщина 126 нм:
2D-формат (А) и 3D-формат (Б)
А
Б
Рис. 3.6 - Микрофотография резины, с покрытием молибдена, толщина 173 нм:
2D-формат (А) и 3D-формат (Б)
Рис. 3.7 - Микрофотография резины, покрытием молибдена, толщина 205 нм
Поверхность модифицированных образцов при различной толщине покры-
тия имеет собственную шероховатость, которая существенно отличается в за-
висимости от толщины покрытия. При толщине 38 нм наблюдается наличие
мелкозернистой структуры и мелких кластерных образований (рис.
3.8).
86
Рис. 3.8 - Точечный анализ нанокластера молибдена, толщина покрытия 38 нм
С увеличением толщины покрытия Мо отчетливо наблюдается образо-
вание более крупных зерен и кластеров размером от несколько сотен до ты-
сяч нанометров рис. 3.9 при толщине покрытия молибдена 126 нм и на рис.
3.10 с толщиной покрытия 173 нм. Кластеры интересны тем, что являясь пере-
ходным звеном между отдельным атомом и твердым телом, обладают новыми
физическими свойствами, порой существенно отличающимися от свойств, при-
сущих твердому телу. Кластеры - химические соединения, в которых атомы ме-
талла образуют между собой химическую связь, особую разновидность которой
составляет металлическая связь. Она и объясняет свойства металлов, в частно-
сти их прочность [153], которая, как показали результаты испытаний, придает
усиливающее воздействие на резину при разрыве (п. 4.2.1). Наличие в структу-
ре кластеров позволяет локализовать схватывание на малых участках поверхно-
сти, избежать заедания, снизить интенсивность изнашивания, что было доказа-
87
но после проведения ряда испытаний на износостойкость п. 4.1 и в работах
[154,155].
А
Б
Рис. 3.9 - Микрофотография с размерами кластерных образований (А) и распределение
интенсивности фаз (Б) с покрытием молибдена, толщина 126 нм
А
Б
Рис. 3.10 - Микрофотография с размерами кластерных образований (А) и распределение
интенсивности фаз (Б) с покрытием молибдена, толщина 173 нм
На рисунке 3.11 представлены микрофотографии с размерами кластерных
образований зависимости от толщины покрытия молибдена на резиновой под-
ложке. Также показаны микрофотографии молибдена на резине с толщиной по-
крытия 38 нм (рис. 3.12) и 173 нм (рис. 3.13) режим напыления мощностью
100, 125 и 150 Вт. На фото показаны размеры некоторых кластерных образова-
ний.
88
А
Б
В
Г
Рис. 3.11 - Покрытие Мо с размерами кластеров мощностью напыления 100 Вт с толщиной покрытия: 38 (А), 80 (Б), 126 (В), 173(Г)
89
А
Б
В
Рис. 3.12 - Микрофотографии с покрытием Мо с размерами кластеров толщиной 38 нм мощностью А – 100 Вт, Б – 125 Вт, В – 150 Вт
А
Б
В
Рис. 3.13 - Микрофотографии покрытием Мо с размерами кластеров толщиной 173 нм мощностью А – 100 Вт, Б – 125 Вт, В – 150 Вт
90
В таблицах сведены некоторые значения по размерам кластеров, по кото-
рым провели анализ данных. В таблице 3.4 и на графике (рис. 3.14) представ-
лена зависимость размеров кластерных образований от толщины покрытия
молибдена. В таблице 3.5 и на графиках (рис. 3.15) данные зависимости раз-
меров кластеров от мощности ионно-плазменного напыления. По представ-
ленным данным пришли к выводу, что при увеличении толщины покрытия от
38 до 173 нм при мощности 100 Вт методом ионно-плазменного напыления
происходит рост кластерных образований в линейной зависимости.
Таблица 3.4 - Размеры кластерных образований от толщины покрытия
мощность напыления 100 Вт
Толщина покрытия Мо на резиновой подложке, мкм
38
80
126
173
Размер кластерных образований, мкм
1,55
0,56
0,87
1,20
0,84
1,12
1,26
0,92
0,56
0,50
1,04
0,80
1,52
1,09
1,10
1,85
1,65
1,54
0,58
0,80
1,50
0,76
1,20
1,12
1,56
1,22
0,72
1,10
1,08
1,31
1,20
0,84
0,68
1,31
1,44
0,68
0,9
1,49
0,9
1,16
0,68
0,96
0,68
0,59
0,98
1,29
1,08
1,01
1,00
0,83
0,80
0,72
1,26
1,23
1,04
1,11
1,20
1,30
2,24
1,52
0,83
1,44
1,36
2,0
1,8
0,79
1,08
1,35
среднее значение
Do'stlaringiz bilan baham: |
