Технические науки

8. Обработка материалов в машиностроении

 

Некоторые особенности параллельной стадии финишной обработки материалов

 

Павлюс С.Г., Соборницкий В.И., Замурников В.М., Папанова И.И.,             Антонов А.С., Букреев В.Ю.

 

         При различных видах финишной обработки поверхности металла – травление, нанесение покрытий, происходит параллельная реакция абсорбции атомарного водорода поверхностью металла и проникновение его в кристаллическую решетку. Ранее проведенными исследованиями показано, что массоперенос водорода в ней практически всегда осложнен взаимодействием со структурными дефектами. [1] В общем случае такое взаимодействие может быть представлено кинетической схемой

 


                                                                                                          (1)

 

где k1  и k2 – соответственно константы скоростей процессов захвата и освобождения

водорода, а знаком  помечено состояние водорода, связанного с дефектами структуры или «ловушками».

Было оценено влияние процесса (1) на кинетику электрохимической экстракции. Предполагалось, что взаимодействие водорода с «ловушками подчиняется простейшей модели Мак-Набба-Фостера [2,3].

Диффузионная задача (рис.1) была записана в относительных единицах

                                                         (2)

и

                                                          (3)

с начальными и граничными условиями

                                            (4)

                                                 (5)

                                                 (6)

Рис. 1. К формулировке диффузионной задачи для случая, когда имеет место взаимодействия водорода с твердой фазой.
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


В формулах (2)-(6) принято:

V=Nθ/Cон;            λ=NK1L2/Dн;                  σ=K2L2/Dн;

N – число ловушек в единице объема;

Dн – коэффициент диффузии.

Краевая задача (2)-(6) в изображениях по Лапласу-Карсону имеет решение

gн(Z,p)=1-ch[(Z-1)γ1/2(p)]/[ch[γ1/2(p)] , где                                    (7)

γ(p)=p(p+λ+σ)/(p+σ).

Была найдена формула для тока экстракции водорода

                                              (8)

Когда взаимодействие водорода с ловушками отсутствует, т.е. когда λ, σ→0, вместо (8) имеем

.                                                                           (9)

Оригинал последнего выражения (9) дает известное классическое уравнение кривой экстракции.

Обратное преобразование для (8) найденное с помощью теоремы разложения получилось слишком громоздким и здесь не приводится. Ограничимся лишь анализом вычислений оригинала тока I(τ) для различных значений λ и σ (рис.2).

Рис. 2. Зависимости токов экстракции водорода от времени при λ=10, величина σ указана на кривых
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


         Как видно из рис.2 кинетика стадии (1) влияет на форму кривых экстракции. При σ >> λ зависимости I(τ) имеют обычный экспоненциальный вид. При малых σ на кривых экстракции в среднем интервале времени наблюдается плато, а затем при больших временах  I(τ) также экспоненциально убывает до 0. Появление промежуточной площадки кинетического тока на зависимостях I(τ) является, очевидно, характерной особенностью влияния процесса (1)

 

1.     Гельд П.В., Рябов Р.А., Кодес Е.С. Водород и несовершенство структуры металлов. М.: Металлургия, 1989.

2.     Mc Nabb A., Foster P.K.//Trans.Met.SocAIME.1963, V. 227 P. 618.

3.     Foster P.K., Mc Nabb A., Payne C.M.//Trans. Met. Soc. AIME, 1965, V. 233. P.1022.