Структурные особенности вольфрамового покрытия на резине

Размещено на http://www.allbest.ru/

резиновый подложка молибден вольфрам

Статья по теме:

Структурные особенности вольфрамового покрытия на резине

А.В. Шеина, Е. П. Целых, Е.А. Рогачев, Вал. И. Суриков

В работе рассматриваются структурные особенности покрытия на основе вольфрама на резиновой подложке, полученного методом магнетронного распыления. Показано, что характер профиля поверхности и структурные образования для одних и тех же параметров напыления зависят от времени напыления. Экспериментально определен размер зерен, входящих в структурные образования, в зависимости от времени напыления.

Ключевые слова: резина, вольфрам, магнетронное распыление, покрытие, структура, зерно.

Существуют различные методы улучшения физико-механических, триботехнических и других свойств полимерных композиционных материалов, в том числе и резин. Одними из перспективных методов являются методы, связанные с модифицированием свойств поверхности изделий путем нанесения на их поверхность покрытий на основе различных материалов. «Преимуществом поверхностного модифицирования является возможность обрабатывать уже готовые РТИ без изменения технологии их производства» [1]. Одним из распространенных подходов в этом направлении является ионно-плазменный метод напыления на поверхность изделий нано дисперсных материалов [2]. Этот подход в особенности применим к резинотехническим изделиям (РТИ), так как процесс нанесения покрытий возможен при невысоких температурах поверхности изделий. В ряде работ [3,4] показано, что нанесение покрытий на основе тугоплавких металлов путем магнетронного распыления позволяет существенно улучшить эксплуатационные свойства РТИ, такие как износостойкость, физико-механические показатели, стойкость к агрессивным средам и высоким температурам и т.д.

Объектами исследования в данной работе являлись образцы на основе каучуков бутадиен-нитрильного БНКС-28 АМН и хлоропренового Денка PS-40A.Модифицированиеобразцов осуществлялось путем нанесения вольфрама на их поверхность методом магнетронного распыления на установке «ADVAVAC VSM-200».

«Ионную чистку поверхности образцов перед нанесением покрытия производили непосредственно в рабочей камере в среде аргона в течение 10 мин при мощности 100 Вт.

Сам процесс напыления проводили также в аргоновой среде при давлении (3,3 ч 3,4) 10-1 Па. Оптимальное значение температуры подложки (80°C) были определены эмпирически» [3].

Детальное изучение структуры покрытий осуществляли методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) на установке «JEOL JSM 6610-LV».

Структуру поверхности модифицированной резины изучали при одних и тех же параметрах напыления за исключением времени напыления. Результаты изучения структуры приведены на соответствующих рисунках. РЭМ-изображение поверхности образца исходной резины приведено на рис. 1, Для сравнения на рис. 2показаныРЭМ-изображенияповерхности покрытий вольфрамом при времени напыления 55 мин.

Анализ РЭМ-изображений показывает, что структура модифицированного образца заметным образом отличается от структуры исходного образца.

РЭМ-изображения поверхности покрытия на основе вольфрама для разного времени напыления представлены на рис. 3.

Рис. 3 - РЭМ-изображение поверхности резинового образца после напыления вольфрамом: а) 10 мин., б) 35 мин., в) 80 мин., (х3000), г) 80 мин., (х10000)

Как следует из рис. 3, время магнетронного распыления вольфрама заметным образом влияет на характер структурных образований, формирующихся на поверхности резиновой подложки. Распыление металла в течение 10 минут (рис. 3а) приводит к образованию разрыхленной структуры, состоящей в основном из относительно крупных фракций. С увеличением времени распыления до 35 - 55 минут (рис. 2, 3б) наблюдается образование заметного числа мелких структурных образований - зерен, часть из которых входит в состав крупных фракций. Важной особенностью структурного покрытия является нарушение его сплошности - появление трещин (рис. 3б). Для сравнения структурных особенностей вольфрамового покрытия с покрытиями на основе других тугоплавких металлов на рис. 4 и 5 приведены РЭМ-изображения покрытий, полученные распылением на резиновой подложке молибдена и тантала.

Из сравнения РЭМ-изображений видно существенное отличие структуры вольфрамового покрытия от танталового и молибденового покрытий.

Исследования на износостойкость покрытий на основе тугоплавких металлов, проведенные в указанных выше работах [3,4], показывают, что наиболее эффективными являются покрытия с мелкозернистой структурой. На рис. 6 показана зависимость среднего размера зерна (для образца с покрытием, полученным в течение 10 минут - среднего размера крупных фракций) в зависимости от времени напыления. На рис. 7 для сравнения приведены зависимости средних размеров зерен от толщины напыления относительно стандартной химически не активной подложки в молибденовом и танталовом покрытиях (толщина напыления прямо пропорциональна времени напыления)[5].

Как следует из рис. 6, наименьшие размеры зерен имеют покрытия, полученные распылением вольфрама в течение 35 и 55 минут. Поэтому следует ожидать, что наиболее оптимальными с точки зрения триботехнических свойств будут покрытия на основе вольфрама, полученные магнетронным распылением в течение интервала времени от 30 до 50 минут.

Сравнение зависимостей, приведенных на рис. 6 и 7, показывает, что характер изменений размеров зерен со временем напыления для вольфрамового покрытия существенным образом отличается от аналогичных зависимостей для молибденового и танталового покрытий.

Библиографический список

1. Поляков П.В., Душко А. А. Методы повышения работоспособности РТИ узлов трения, работающих в условиях эксплуатации, близких к экстремальным //Межвузовский сборник науч. трудов. Волгоград. ВолгГАСА. 2000. 10 с.

2. Витязь П. А., Ильюшенко А.Ф., Хейфец М.А. [и др.] Технологии конструкционных наноструктурных материалов и покрытий: моногр. Минск: Беларус. навука, 2011. 283 с.

3.Целых Е.П., Полонянкин Д.А., Рогачев Е.А., Суриков В.И.Улучшение триботехнических свойств резин путем поверхностного модифицирования тугоплавкими металлами // Омский научный вестник: серия Приборы, машины и технологии. 2015. № 1 (137). С. 97 - 100.

4. Surikov V.I.; Polonyankin D.A.; Tselykh E.P.; Rogachev E.A. Study the effect of surface magnetron sputtering modification on operating properties of rubber // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). 2014. DOI: 10.1109/Dynamics.2014.7005696. Publication Year: 2014. P. 1 - 6.IEEE Conference publications.

Размещено на Allbest.ru