ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Деформационно-прочностные свойства металлической подложки в адгезионном соединении из "Адгезионная прочность" Приведенные в предыдущих разделах главы данные касались воздействия межфазной поверхности на полимер в адгезионном соединении. Однако адгезионные соединения состоят, по меньшей мере, из двух компонентов. Есть все основания ожидать, что не только полимеры, но и другие материалы в адгезионном соединении могут проявлять необычные свойства. Самые различные материалы при совместной работе обнаруживают повышенную деформируемость, эффекты упрочнения п другие аномалии. Нам удалось наблюдать упрочнение кристаллической подложки — слюды в контакте с эпоксидной смолой [77]. Суть эксперимента заключалась в следующем. На пластинки свежерасщепленной слюды мусковит (толщиной около 25 мкм) наносили из разбавленного раствора пленку (толщиной около 5 мкм) эпоксидной смолы ЭД-20 с отвердителем полиэтиленполиамином. Деформационно-прочностные испытания таких пластинок на динамометре Инстрон позволили обнаружить (рис. 3.29) существенное повышение прочности слюды (в 1,5—2 раза) и повышение разрывного удлинения (на 30—50%). Разнообразные примеры подобных аномалий рассматривались в начале этой главы, однако систематических исследований этой проблемы до настоящего времени не проводили. Ввиду существенного научного и практического интереса затронутых вопросов целесооб-разно рассмотреть их более подробно. [c.161] В зависимости от конкретного сочетания различных факторов можно наблюдать не только облегчение деформации и разрушения материала (с чем обычно связывают эффект Ребиндера), но и упрочнение материала. Иногда такое упрочнение возникает под действием жидких сред (металлов) и твердых пленок [89]. В частности, обнаружено, что тончайшие оксидные пленки на металлах тормозят движение дислокаций, приводя к их скоплению в приповерхностном слое. Скопление дислокаций около поверхностных оксидных пленок было обнаружено экспериментально. Повышение плотности дислокаций, согласно (3.10), повышает предел текучести металла. Нанесение на поверхность тончайших слоев электролитических покрытий приводит к тем же результатам. [c.164] Подобный же эффект наблюдается в многослойных металлических системах [2]. Аналогичное явление наблюдал Вествуд при абсорбции жирных кислот на поверхности кристаллов фтористого лития [90]. Если адсорбированная молекула десорбируется, полупетлевая дислокация получает возможность двигаться. Таким образом, достаточно прочно адсорбированные на поверхности твердого тела слои, лишенные миграционной подвижности, могут оказывать действие, обратное пластифицирующему эффекту адсорбционных слоев. Например, октадециламин, хемосорбированный на поверхности кристаллов хлорида серебра, затрудняет развитие пластических деформаций [79]. В работе [5] наблюдали упрочняющее действие полимерных покрытий, нанесенных на алюминиевый сплав. При этом было установлено существенное различие в дислокационной структуре приповерхностных слоев образцов с покрытием и без покрытия. У образца без покрытия плотность дислокаций в различных зернах крайне неоднородна. Наоборот, образец с покрытием содержал равномерную и густую сетку дислокаций. [c.164] СКОЙ подложки должно проявляться тем сильнее, чем больше отношение площади поверхности образца к его объему, т. е. чем более развита поверхность подложки Объем тела тем сильнее должен ощущать влияние поверхности, чем больше удельная площадь поверхности. [c.165] Следует ожидать, что влияние полимера на механические свойства подложки должно зависеть от энергии ее взаимодействия с подложкой — адгезии. Прочная адгезионная связь пленки покрытия с подложкой обеспечивается при взаимодействии функциональных групп макромолекул с активными центрами поверхности. При этом в первую очередь закрепляются места выхода на поверхность дислокаций, поскольку они обладают высокой адсорбционной и каталитической активностью [91]. На рис. 3.30 схематически показано взаимодействие фрагмента полимерной макромолекулы с полупетлевым источником. (Дислокации, генерируемые приповерхностными источниками, обычно имеют форму полунетель.) Закрепление этого источника путем адгезионного взаимодействия в системе подложка — покрытие должно привести к воздействию на распределение дислокаций в приповерхностном слое. Поэтому время оседлой жизни адсорбированной молекулы влияет на подвижность поверхностных дислокаций и, в конечном итоге, на механические свойства металла. Очевидно, что интенсивность такого механизма упрочнения должна зависеть от энергии связи. [c.165] ХОДИТ нарушение адгезионной связи и тем эффективнее роль покрытия. Когда прочность связи пленки с поверхностью металла достигнет определенного уровня, деформация системы подложка — покрытие уже не будет приводить к нарушению адгезии, и поэтому ее влияние на механические свойства должно прекратиться. [c.166] С помощью диаграмм растяжения систем Си— ПЭНД—ПЭТФ и Си—СТГ—ПМ и отдельных компонентов рассчитана прочность при растяжении медной фольги, находящейся в системе. В образцах Си—СТГ— ПМ и Си—ПЭНД—ПЭТФ прочность медной фольги оказалась существенно выше, чем у эталонов (рис. 3.34). [c.167] Адгезионная прочность влияет на механические свойства подложки, в частности в системах Си—СТГ—ПМ и Си—ПЭНД—ПЭТФ. Кривые зависимости относительного удлинения при разрыве и сопротивление разрыву фольги (рис. 3.35) имеют насыщение , т. е. влияние адгезии на механические свойства подложки постепенно прекращается. В ряде случаев наблюдается немонотонная зависимость механической прочности подложки и комбинированного материала в целом от адгезионной прочности. Это имеет место, например, при сочетании алюминиевой фольги с полимерами (рис. 3.36) [И]. Снижение механических характеристик системы после достижения определенного уровня адгезионной прочности авторы [11] объясняют возрастанием механических напряжений в граничном слое. [c.168] Когда возникают эти дефекты, свежеобразованные поверхности быстро покрываются оксидным слоем, что затрудняет захлопывание интрузий, даже если приложенное напряжение стремится это сделать. Кроме того, оксидный слой на поверхности интрузий вызывает скопление дислокаций. Встреча дислокаций противоположного знака приводит к их аннигилированию, что в итоге сопровождается образованием плоской полости — скрытой трещины, которая затем соединяется с интрузией короткой микротрещиной. Этапы этого процесса схематически показаны на рис. 3.37. Можно предположить, что наличие на поверхности металла пленки полимерного покрытия предохраняет свежеобразованную поверхность металла от окисления и тем самым затрудняет развитие усталостных трещин по описанному механизму. [c.169] Другой механизм, предложенный Фудзитой, связан с окислением поверхности ступеньки, возникающий в первой половине цикла. В следующей половине цикла дислокации противоположного знака приводят к уничтожению ступеньки. Одновременно происходит затягивание внутрь кристалла и поверхностного оксидного слоя. Благодаря диффузии часть атомов кислорода остается в объеме. Они образуют стабильные препятствия типа оксидных частиц, что приводит к скоплению дислокаций и последующему развитию микротрещин и усталостному разрушению металла. Схематически этот процесс показан на рис. 3.38. Наличие пленки покрытия на поверхности металла препятствует затягиванию кислорода в объем металла и тем самым затрудняет развитие усталостных трещин. Если предполагаемые механизмы влияния полимерного покрытия на механические свойства металлической подложки справедливы, то следует ожидать корреляции механических свойств металла с адгезионной прочностью. [c.170] Относительная устойчивость к знакопеременному изгибу образцов жесткой (а) н отожженной (мягкой) (б) свободной медной фольги (/) и медной фольги в системе Си — СТГ — ПМ (2). [c.170] Вернуться к основной статье