Твердохлебова С.В.

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара. Днепропетровск. Украина

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАТОДНОГО РАСПЫЛЕНИЯ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СВЯЗУЮЩЕГО В КОМПОЗИЦИОННЫХ СПЛАВАХ

В настоящее время широкое распространение в мировой практике получили композиционные материалы. Ахиллесовой пятой последних можно считать связующее (матрицу), а точнее межфазные границы между наполнителем и матрицей, определяющие эксплуатационные свойства композиционных материалов при многих видах нагружения. Эксплуатационные свойства значительно снижаются из-за физико-химического взаимодействия наполнителя и связующего и образования нежелательных хрупких структурных составляющих, способствующих охрупчиванию матрицы и выкрашиванию наполнителя. Контроль межфазного взаимодействия осуществляют рядом физических методов. Однако они отличаются либо субъективной оценкой качества по баллу микроструктуры (металлографический), либо только обнаруживают дефекты ( ультразвуковой и акустический), либо констатируют образование конечных продуктов кристаллизации сварочной ванны (микрорентгеноспектральный - МРСА). Поэтому для удовлетворения строгих требований, предъявляемых к качеству композиционных материалов, необходимо разработать такой способ контроля качества связующего, который бы, наряду с субъективностью, обладал бы меньшей локальностью и трудоемкостью по сравнению с МРСА. Более того, позволял бы по сравнению с рентгеноспектральным методом получать информацию о состоянии матрицы из ее основных структурных составляющих, свободную от сигнала наполнителя. Таким способом может быть спектральный метод анализа с искровым возбуждением спектра. Эффективность этого метода обусловлена использованием селективной электрической обработки поверхности искровым разрядом. Для исследования была привлечена стандартная спектральная аппаратура. Объектами исследования служили композиционные материалы, армированные как частицами карбида вольфрама, так и монокристаллическими волокнами гемиборида железа с матрицами на базе легированного железа. Установлено, что селективность эрозии, которой свойственно преимущественное разрушение межфазной поверхности композиционных материалов (Рис.1), обусловлена процессом, подобным катодному распылению.

Рис. 1. – Микростуктура донной части кратера после обыскривания борсодержащего сплава, х 1000

Причем, на долю этого явления приходится 66% от общей энергии, выделенной на поверхности катода при торможении ионов в единичном искровом разряде с длительности импульса 7,56 мкс. Найдено, что скорость объемной электрической эрозии композиционного материала коррелирует только с объемной долей структурных составляющих матрицы. Выявлена корреляция между интенсивностью спектральных линий элементов охрупчивающей фазы в продуктах эрозии и скоростью объемной электрической эрозии межфазной поверхности композиционного материала. На основании вышеизложенного разработаны способы спектрального анализа химического состава матрицы [1] и контроля состояния межфазной поверхности композиционных материалов [2].

Литература:

[1] Способ анализа состава матрицы композиционного материала./ С.В.Твердохлебова, И.М.Спиридонова, А.П.Жудра, А.И.Белый. Патент России №2030734. G 01 N 23/00, C 22 C 29/00. Бюл.№7 от 10.03.1995.

[2] Tverdokhlebova S. Metallic matrix composites engineering. Predicted alloying of matrix from structural state of interface / Nauka i studia (Poland). 2007. –№1. S.52-59.