41. Вплив плівок на фізико-механічні властивості матеріалів(ефекти Роско, Крамера і інші)

Существует 4 эффекта.

1.Эффект Крамера

Было обнаружено, что при отсутствии некоторых органических кислот на поверхности твёрдых тел вызывает пластификацию и снижение прочности этих тел. В 1950 году Крамер, наблюдая пластификацию при воздействии кислот предположил, что на поверхности образуются химические соединения. Поскольку образование таких соединений нельзя было объяснить обыкновенными химическими реакциями, он предположил, что инициаторами реакции являются электроны, испускаемые поверхностью при деформации (экзоэлектроны). Экзоэлектроны служат источником энергии, необходимой для химических реакций и образования соединений. Дальнейшие исследования показали, что причиной экзоэлектронной эммисии с поверхностью твёрдого тела является не деформация этой поверхности, а её взаимодействие с окружающей средой (кислород). При взаимодействии кислорода с поверхностью после хемосорбции и ревкции окисления наблюдается освобождение энергии в форме эмиссии электронов. Природа эезоэлектронной эмиссии – это химические процессы, а не деформации.

2.Эффект Роско.

Роско, наблюдая влияние оксидных плёнок на микротвёрдость кристаллов обнаружил уменьшение пластической деформации кристалла, повышение микротвёрдости поверхностного слоя.

3.Эффект Иоффе.

Эффект наблюдается в присутствии водных плёнок на поверхности галоидных кристаллов (соли, фтора, бора…). Такой, обычно хрупкий иатериал как натрий хлор, становится более пластичный во влажном воздухе. Брусок соли, изгибаемый на воздухе обычно разрушается на куски, а в водном растворе ту же пластину можно согнуть как пластилин.Это свидетельствует о том, что зарождение трещин на поверхности блокируется в присутствие поверхностноактивных веществ. Эффект приводит к повышению пластичности поверхностного слоя на ряду с подавлением зарождения и роста трещины. Средой, в которой реализуется эффект могут быть и вода, и кислород, и водород.

4.Эффект Ребиндера.

Ребиндер установил, что добавка некоторых органических кислот к вазилиновому маслу увеличивает пластичность смазанных поверхностей твёрдых тел. Степень их деформации и снижает твёрдость поверхностных слоёв этих тел. Присутствие органических соединений на поверхности влияет на механическое состояние материала. Он обнаружил, что органические вещества снижают сдвиговую прочность и твёрдость металла и не металла.

Суть эффекта: при одновременном воздействии нагрузок и среды понижает уровень поверхностной энергии металла, облегчает образование новой поверхности, снижает потенциальный барьер для выхода дислокаций на поверхность, пластифицирует его.

Р ис. Суммирование эффектов

На рисунке показаны кривые напряжения деформированных материалов.

1 – обычное состояние, 2- с оксидной плёнкой (эффект Роско), 3 – с активной плёнкой (эффект Ребиндера)

42. Адгезія і когезія плівок та покриттів. Робота адгезії.

На границе соприкосновения двух фаз при благоприятных условиях происходят физико-химические процессы взаимодействия, приводящие к формированию прочных связей. При этом следует различать первичные процессы от вторичных. Возникновение Ван-дер-Вальсовых сил притяжения или химической связи между покрытием и подложкой – есть первичный процесс. Он имеет чисто поверхностный характер. В результате первичного процесса происходит адгезия и смачивание.

Адгезия – притяжение между атомами, находящихся в разных фазах или взаимодействие между поверхностями двух разнородных контактирующих тел. Для нарушения этой связи необходимо внешнее воздействие определённой величины.

Адгезия плёнок и покрытий – это явление, которое возникает при контакте твёрдых поверхностей с плёнками, находящихся на этих поверхностях.

Покрытия – это тонкий слой, нанесённый на основу с целью предания определённых свойств композициям.

Адгезия плёнок связана с явлениями когезии, аутогезии.

Когезия – взаимодействие между собой атомов материала плёнки.

Когезионное взаимодействие противодействует разрушению материала самой плёнки.

Аутогезия – это взаимодействие между собой плёнок, изготовленных из одного материала или между слоями многослойного покрытия.

Методы оценки адгезии основаны на отрыве плёнок, при этом возможно нарушение целостности самой плёнки, т.е. когезии..

Различают адгезионный отрыв по границе раздела и когезионный отрыв, когда разрушение идёт по телу.

Адгезия имеет размерность работы:

[эрг / см²] [Ккал / моль]

Термодинамической мерой адгезии служит удельная работа адгезии, т.е. работа разделения жидкой и твёрдой фаз.

Уравнение Юнга:

W т ж = W a = σ ж г (1+ cos Θ)

Или двух твёрдых фаз с площадью 1 см².

Формула Дюпре:

W a = σ т г + σ ж г – σ т ж

В случае адгезии твёрдых тел:

W a = σ т1г + σ т2 г – σ т1т2