Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая стойкость материалов. Учебное пособие
.pdf
91
– совместная прокатка матрицы и наполнителей для полу-
чения листового или рулонного композиционного материала;
– электрохимический способ совместного осаждения ме-
таллической матрицы и частиц наполнителей.
Для получения композиционного материала с высокой
химической стойкостью подбирают особые компоненты. Поскольку в композитах имеются межфазные границы, то
при их эксплуатации разрушение материала начнется с
границы раздела фаз, которая обладает избытком поверхностной энергии. Стойкость материала к разрушению будет определяться высокой адгезией компонентов на межфазной границе.
При подборе компонентов композита необходимо учитывать ряд требований:
• Вещества матрицы должно хватать для объединения
всех частиц наполнителя в единое целое. Поэтому количество
фазы наполнителя должно быть оптимальным, при котором
обеспечивается непрерывная протяженность фазы матричного материала.
• Для увеличения адгезии на границе раздела фаз наполнители должны хорошо смачиваться матричным материалом.
• Все компоненты композиционного материала должны
быть устойчивы в данной агрессивной среде в определенных
пределах рН. Низкая химическая стойкость любого из компонентов композита может привести к изменению его структуры и разрушению.
• Материалы наполнителей и матрицы должны иметь
близкие коэффициенты линейного термического расширения. Большая разница коэффициентов в условиях колебания
температур приводит к образованию трещин на фазовых
границах, что способствует проникновению агрессивной среды вглубь материала и быстрому разрушению.
92
3.7. Классификация
композиционных материалов
Большое разнообразие композиционных материалов вызвало появление нескольких классификационных групп для
них. В первой классификации учитывали геометрическую
форму частиц наполнителя и его природу. Согласно этой
классификации выделяли композиты с наполнителями в виде дисперсных частиц и композиты, армированные волокнами. В дальнейшем была разработана классификация, учитывающая не только форму, но и взаимное расположение частиц наполнителя. Ее используют в настоящее время. По
этой классификации композиты делят на четыре группы.
К первой группе относят композиты, наполнители которых
находятся в виде отдельных дискретных частиц, разделенных матричным материалом. Их название производится от
названия материала наполнителя с добавлением слова
«наполненный». Например, графитонаполненный, асбестонаполненный и т. п.
Композиты, характеризующиеся непрерывной протяженностью вещества наполнителя и матрицы с взаимопроникающими компонентами, относятся ко второй группе. Их
название производится от названия материала наполнителя
с добавлением слова «волокнит».
Высоконаполненные композиты относятся к третьей группе.
В них наполнителями являются отдельные дискретные частицы, которые присутствуют в материале в большом количестве,
формируя в нем волокна, состоящие из близко расположенных
дискретных частиц. Их название производится от названия
материала наполнителя с добавлением «высоконаполненный
волокнит». Например, высоконаполненный карбоволокнит.
К четвертой группе относятся композиты с армированными материалами, имеющими структуру ткани. Их название
93
производят от названия материала наполнителя с добавлением слова «текстолит». Например, стеклотекстолит, карботекстолит [6; 7].
3.8. Влияние различных факторов
на состав и механизм образования
комбинированных покрытий
Формирование покрытий определенного состава зависит
от многих условий. Необходимо учитывать взаимодействие
между частицами в составе электролита, взаимодействие частиц с поверхностью образующегося осадка, выделение водорода. На первом этапе нужно установить существование
определенного сродства или несовместимости между катодной поверхностью и частицей. Для этого предварительно
определяют заряд частиц дисперсной фазы, адгезию частиц к
катоду, смачиваемость частиц второй фазы электролитом и
возможность протекания химических реакций в растворе.
Эти свойства зависят от ионной силы, рН и присутствия в
электролите поверхностно-активных веществ. Сила тока, потенциал, температура, скорость перемешивания суспензии,
природа и размеры осаждающихся частиц являются важными параметрами, изменение которых позволяет контролировать свойства получаемых комбинированных покрытий [4].
Увеличение плотности тока при осаждении способствует
осаждению не только частиц второй фазы, но и твердых частиц шлама, которые загрязняют осадок. В результате получаются неравномерные, шероховатые покрытия, что существенно ухудшает их свойства.
Влияние температуры связано с изменением вязкости
электролита. Уменьшение вязкости при недостаточно интенсивном перемешивании может приводить к седиментации
частиц второй фазы. В результате их содержание в покрытии
94
уменьшится. При увеличении температуры может снижаться
адгезия частиц к поверхности катода.
Большое значение имеет электропроводность осаждающихся частиц. Электропроводящие частицы лучше включаются в состав осадка, что способствует повышению их содержания в покрытии. В то же время включение большого количества частиц может привести к шероховатости, а также изменению структуры и свойств покрытия.
Качество композиционных покрытий существенно зависит
от присутствия в электролите различных ПАВ. Добавление
ПАВ приводит к изменению поверхностного натяжения
электролита, что облегчает смачивание частиц и способствует
их включению в осадок.
Большое значение имеет размер частиц. Обычно используют частицы размером от 0,01 до 10 мкм. Для сохранения
устойчивости суспензии размер частиц должен быть 0,1–2 мкм.
Устойчивость суспензии с частицами размером более 10 мкм
меньше. Кроме этого, они труднее осаждаются и легче подвергаются седиментации.
Композиционные покрытия чаще используют с целью предания определенных свойств поверхности изделия, а также
для увеличения стойкости металлических конструкций. Широкое использование композиционных материалов в виде покрытий объясняется тем, что изделия при эксплуатации контактируют с агрессивной средой именно с поверхности. Композиционные покрытия чаще всего являются коррозионностойкими, поскольку частицы второй фазы влияют на электрохимические свойства матричного материала и могут защищать металл от коррозии благодаря экранирующему действию. При выборе композиционного покрытия необходимо
учитывать природу защищаемого металла, осуществлять
специальную подготовку поверхности и оценивать адгезию
покрытия к подложке.
95
Основные закономерности химического взаимодействия
пленочных композиционных материалов с агрессивной средой те же, что и в случае монолитного композита того же состава. Однако существенным моментом для композиционных
покрытий является их адгезия к подложке. При отслаивании
материала покрытия от подложки определять химическую
стойкость уже не имеет смысла.
Комбинированные электрохимические покрытия наиболее
часто получают на основе хрома, никеля, железа или меди,
реже – на основе благородных или других металлов. К ним
относятся и многослойные осадки, состоящие из двух или нескольких различных металлов. Такие покрытия еще называют слоистыми композиционными покрытиями. Электрохимические покрытия, содержащие в своем составе различные
включения из природных или искусственных химических соединений, также можно отнести к этой группе.
Включение неметаллических частиц в электролитический
осадок возможно, если их непрерывно поддерживать во
взвешенном состоянии с помощью перемешивания, так как
эти частицы вводят непосредственно в электролит для осаждения металла. Перемешивание проводят механическим
способом в ваннах малой емкости либо с помощью барботажа
воздухом или инертным газом. Выбор способа перемешивания определяется формой изделия, условиями электролиза и
экономической целесообразностью. В качестве наполнителей
в этом случае применяют тугоплавкие бориды, карбиды, силициды и др. Фазой наполнителя композиционного покрытия могут быть и металлические порошки. Их необходимая
дисперсность достигается измельчением крупных частиц в
коллоидных мельницах. Эти частицы имеют весьма развитую поверхность и поэтому очень активны, но также склонны
к коагуляции.
96
Литература
1. Адаменко, Н. А. Свойства полимерных материалов: учеб. пособие /
Н. А. Адаменко, Г. В. Агафонова. Волгоград: ВолгГТУ, 2018.
2. Бабушкин, В. И. Физико-химические процессы коррозии бетона и
железобетона / В. И. Бабушкин. М.: Стройиздат, 1968.
3. Воробьева, Г. Я. Химическая стойкость полимерных материалов /
Г. Я. Воробьева. М.: Химия, 1981.
4. Дасоян, М. А. Технология электрохимических покрытий: учеб.
пособие / М. А. Дасоян, И. Я. Пальмская, Е. В. Сахарова. Л.: Машиностроение. Лен. отделение, 1989.
5. Дворкин, Л. И. Структура, состав и свойства минеральных строи-
тельных материалов: учеб. пособие / Л. И. Дворкин. М.; Вологда:
ИнфраИнженерия, 2020.
6. Заикин, А. Е. Полимерные композиционные материалы: учеб.
пособие / А. Е. Заикин. Казань: КНИТУ, 2018.
7. Запруднов, В. И. Строительное дело и материалы: учебник для
вузов / В. И. Запруднов. СПб.: Лань, 2023.
8. Ратинов, Б. В. Химия в строительстве / Б. В. Ратинов, Ф. М. Иванова. М.: Стройиздат, 1982.
9. Соколов, В. Н. Коррозия и защита. Химические источники тока:
учеб. пособие / В. Н. Соколов. Екатеринбург: Лань, 2018.
97
Учебное издание
ЧЕРНЯВИНА Валентина Владимировна
ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ
Редактор Н. В. Бирюкова
Корректор Н. В. Бирюкова
Компьютерная верстка Е. А. Солоненко
98
Подписано в печать 15.12.2023.
Бумага офсетная. Формат 60 × 84 1/16. Тираж 30 экз.
Усл. печ. л. 5,7. Уч.-изд. л. 5,0. Заказ № 9293.
Издательство Южного федерального университета.
Отпечатано в отделе полиграфической, корпоративной и сувенирной продукции
Издательско-полиграфического комплекса КИБИ МЕДИА ЦЕНТРА ЮФУ.
344090, г. Ростов-на-Дону, пр-т Стачки, 200/1, тел. (863) 243-41-66.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]