В первой части статьи рассматриваются причины и методы устранения дефектов твердых хромовых покрытий, во-второй - способы предотвращения дефектов, их обнаружения и устранения.
На хромированной поверхности часто заметны дефекты. Правильно определить причины этих дефектов - такая задача стоит перед гальваниками и перед потребителями их продукции. Откуда и как возникают эти дефекты, то ли из-за применения неподходящего электролита, то ли плохого обращения с оборудо-ванием, то ли дефектов в самом металле, то ли каких-то других источников - все эти вопросы и рассматриваются в этой статье.
Необходимо понимать, что большинство дефектов твердых хро-мовых покрытий, таких как впадины, сетки, дендриты берут свое начало прежде всего в основном металле или на подготови-тельной поверхности предшествующей нанесению покрытия, стадии работ, и в меньшей степени эти дефекты возникают вследствие использования нестандартного электролита. Если заготовки получаются с широко распространенными дефектами, но хотя бы одна из них получилась с удовлетворительным покрытием, то маловероятно, что исполь-зуемый электролит бракованный. Как правило, причину или источ-ник дефектов следует искать в другом месте.
Однако всё ещё случается брак вследствие использования неподходящего электролита. С этого мы начнем.
Дефекты, вызванные применением нестандартных растворов.
Эти дефекты могут появиться, если подобран неправильный состав электролита или в нем скопились магнитные или другие частицы. Применение растворов с высоким отношением содержания хромовой кислоты к содержанию катализатора может приводить к образованию больших слегка окрашенных впадин диаметром до 3 мм (1/8 дюйма) "налипших корочек" или "полулуний. Эти дефекты характерны для растворов с низкой концентрацией катализатора.
Правильно сбалансированные растворы, но с высоким содер-жанием металлических включений приводят к заметно неровным и узловатым поверхностям покрытий, в большей степени, чем совершенно чистые растворы. Успешно применялись растворы с общей концентрацией железа и 3-х валентного хрома 10-15 г/л (1,5-2 унц/гал), но в покрытиях с толщиной более 0,13 мм (5 милов) при превышении концентрации Fе + ,Сr 3+ на 4 г/л(0,5унц/г)очень заметными были различия в получающейся шероховатости поверхности.
Плавающие в гальванической ванне, отлагающиеся в осадок неадгезионные и немагнитные частицы не влияют на покрытие вертикальных поверхностей. В большинстве гальванических ванн с хромом в не свежеприготовленным электролите содержится определенное количество нерастворимого хромата свинца, поступающего с анодов, а также сульфата бария из-за добавок карбоната бария. Некоторые находят выгодным фильтровать электролиты с хромом. Те, кто это делает, должно быть, получают высококачественное покрытие с толщиной слоя выше 0,18 мм (5 милов).
Однако применение вспомогательных средств может привести к загрязнению раствора и вызвать серьезные дефекты в твердых хромированных покрытиях. К категории вспомогательных средств относятся: гальваническая лента, пластиковые шарики, пласти-фикатор, лак для изоляции, проволочные (крацовочные) щётки.
Адгезионные частички от масла или от ленты стремятся всплыть на поверхность раствора и при погружении заготовки в ванну могут прилипнуть к ней. Такие частицы могут привести к нарушению процесса гальванопокрытия и к появлению точечных дефектов (питтинг).
Известно, что всплывающие пластиковые шарики, использу-емые для контроля испарения электролита собирают восковые и другие продукты расщепления и образуют липкую пленку. При погружении заготовки в ванну и при её соприкосновении с за-грязненными шариками, липкая пленка может перейти с поверхности шариков на поверхность заготовки, что может привести к дефектам покрытия. Кроме того гибкие полихлорвиниловые трубки могут выделять с поверхности жидкость, образуя при этом липкую плёнку вызывающую дефекты в местах контакта чистой заготовки с труб-ками. Постоянной причиной браков является неполное удаление лака для изоляции или воска.
Для их удаления нельзя исполь-зовать разбавители или растворители, так как остающуюся после промывки тонкую плёнку очень трудно обнаружить перед процессом гальванопокрытия. После нежелательной остановки процесса по-крытие сдирается ножом, заготовки зачищаются мелко зернистой наждачной бумагой, а затем пемзой или "меловым" порошком.
Различные магнитные (железные) частицы, например кусочки роторных проволочных щеток, вещество отделившееся от заготовки при травлении, отходы от непокрываемых внутренних поверхностей и мелкие частицы, уносимые с поверхности вращающихся контактов и подшипников; все эти частицы притягиваются к заготовке маг-нитным полем от электрического тока. Эти частицы прилипают к покрываемой поверхности, приводя к образованию узловых дефектов, несмотря на перемешивание раствора.
Меры, предотвращающие появление дефектов.
Надо делать следующее:
- Снимать накипь, загрязнения с поверхности резервуара и содержать в чистоте надводные борта.
- Устранять источник загрязнений.
- Увлажнять рабочую поверхность заготовки при погружении её в раствор.
- Тщательно очищать заготовку, полностью удалить масло, грязь,шлифовальные смеси.
- Не полировать, не шлифовать в месте нанесения гальванопокрытия.
- Содержать в чистоте стеллаж, лабораторные столы, резервуары для перевозки растворов, лотки и т.д.
- Лакировать края и кромки изоляционных лент, во избежание растворения латекса, клейкого в растворе.
- Очистку и травление заготовки производить в отдельных резервуарах (не в том, в котором проводится процесс гальвано-покрытия).
- Тщательно очищать все внутренние поверхности и надежно уплотнять их от попадания электролита.
- Никелировать или лудить вращающиеся станины втулки или кольца коллекторов.
Дефекты, возникшие при транспортировке.
До процесса гальванопокрытия необходимо с большой осто-рожностью переводить заготовку к месту покрытия, чтобы пре-дотвратить её соприкосновение с другими поверхностями.
Неосторожность приводит, например, к ряду впадин на по-верхности покрытий гидравлических штоков, которые были уложены кучами на тележках с металлическими колесами. Вибрация от ка-чания колёс по жесткому основанию приводила к фрикционной кор-розии на участках, расположенных вдоль линейных контактов между заготовками. Эту проблему удалось решить установкой на колёса тележки резиновых бандажей с целью снижения уровня виб-раций и применением бумажных прокладок между заготовками для того, чтобы предотвратить контакт между ними.
Сразу после отделочной обработки поверхности заготовки, эти поверхности,.полированные или нет, необходимо обернуть прадт-бумагой, чтобы защитить от каких-либо вредных воздей-ствий. Чтобы обеспечить надёжную защиту при самом напряжен-ном режиме работы, наверно, достаточно несколько слоев бумаги.
Также к появлению поверхностных дефектов может привести соприкосновение поверхности заготовки с катодной шиной.
При загрузке заготовки в резервуар в момент непредвиден-ного задевания её или контакта с катодной шиной, проска-кивает электрическая дуга, которая может привести к микропитингу (микроточечными дефектами). Контактирование поверхности заготовки с поверхностью анодов также приводит к серьезным дефектам. В любом случае заготовку, побывавшую в контакте с катодной шиной или с анодом, необходимо вытащить.из ре-зервуара (ванны) и снова соответствующим образом провести её отделочную обработку и перед повторным проведением процесса гальванопокрытия тщательно её осмотреть.
Часто дефекты могут образоваться и при небрежной перевоз-ке или загрузке заготовок. Поэтому рабочему персоналу необхо-димо очень тщательно соблюдать технологию перевозки или загрузки заготовок, а также быть очень аккуратными в своих действиях.
Дефекты в основном металле.
Если сам основной металл считать источником дефектов, то надо рассмотреть 2 вопроса: (1) механическая отделочная обра-ботка и другие способы подготовки поверхности и (2) металлур-гическая сплошность (цельность) структуры металла на самой его поверхности и вблизи.
Процессы механической отделочной обработки можно сравнить с работой плуга на пашне. Независимо от того, чем нарезается борозда одной ли точкой режущего инструмента или множеством точек шлифовальных кругов или хонинговальных брусков, каждая точка плуга образует борозду с поднятыми кромками по краям. В этих кромках обычно содержания осколки и микрозаусенцы метал-ла. Образованные таким образом острые кромки и кусочки металла становятся концентраторами высокой плотности тока, с которых и начинается осаждение хрома, что было продемонстрировано Джонсом и Кенезом в исследовательском проекте 1 4AES . В этих местах зарождаются узловые дефекты, которые доставляют много неприятностей при получении твердых хромированных покрытий. При шлифовке готового покрытия эти дефекты выкрашиваются, приводя к образованию впадин.
На фиг.1 показан вал из стали 4140, отшлифованный до чистоты 16 мкм и покрытый слоем хрома 0,5 мм (20 милов). На поверхности покрытия множество узлов и газовых включений. На фиг.2 показано в увеличенном виде газовое включение, дающее начало крупному дефекту основного металла. Хром на аноде рас-творялся. Микроскопическое исследование поверхности основного металла (Фиг.З) дало возможность обнаружить последствия ин-тенсивного шлифования. Так интенсивно проходило истирание основного металла, что происходило упрочнение поверхности и под действием растягивающих напряжений происходило образование трещин на поверхности, перпендикулярно направлению шлифовки.
Подобный вал (фиг.4) до гальванопокрытия подвергли отде-лочной механической обработке различными способами. По резуль-татам видно, что даёт каждый такой способ. Первоначально перед поступлением в лабораторию сплошной вал подвергался черновой шлифовке.
Участок окружной поверхности средней части вала не трогался совсем, а другие участки полировались (вручную абра-зивными материалами без использования суппорта (опорных элемен-тов)) на токарном станке набором наждачных бумаг; с постоянно увеличивающейся степенью зернистости: вначале со степенью зернистости 320, затем 400, затем применялась бумага с карби-дом кремния со степенью зернистости 600. Затем проводили об-работку по продольным участкам перпендикулярно направлению полирования бумагой окружных участков, по ширине эти продоль-ные участки охватывали примерно 1/4 - 1/3 окружности вала. Один участок полировался кругом с использованием смеси со сталь-ной стружкой. Другой участок продувался всухую частицами глино-зема со степенью зернистости 120. 3 участок обработке не подвергался. Полученные таким образом поверхности показаны на микроснимках на Фиг.5-10.
На фиг 5 показана шлифованная стальная поверхность до и после нанесения покрытия. Покрытие хрома крайне узловатое, с расположением узловых дефектов вдоль борозд от шлифовки.
На фиг.б показана поверхность, полированная бумагой, до и после нанесения покрытия. Линии от шлифовки, очевидные на фиг.5 (вверху), удалены, но заметны остаточные царапины и неровности. Однако хромированная поверхность получилась зна-чительно лучше, чем на фиг5 (внизу).
На фиг.7 все ещё заметны линии от шлифовки на шлифованной поверхности, продутой частицами глинозема; хромированное покрытие получилось очень узловатое (со многими сфероидальными дендритами). На фиг.8 показана поверхность, отполированная бумагой и продутая частицами глинозема. Линий от шлифовки заметно не больше, но в результате продувки на поверхности появилось очень много сфероидальных дефектов.
На фиг.9 показана шлифованная и полированная эластичным кругом поверхность. После полирования хромированная повер-хность стала удивительно гладкой. На шлифованной, полирован-ной бумагой и полированной эластичным кругом поверхности по-являются концентрированные пятна. По этим пятнам можно судить о вымывании ингибитора коррозии и наличии относительно глубоких царапин от шлифовки. Полировка наждачной бумагой конечно улучшила качество поверхности, но не была достаточно глубокой чтобы удалить все микронеровности, оставшиеся от шлифовки.
До нанесения покрытия вал анодно (с подключением к аноду) протравили в течение нескольких секунд, это сделано для того, чтобы свести к минимуму различные изменения состояния стальной поверхности. Затем поверхность вала хромировали в промышленной гальванической ванне, толщину слоя довели до 0,2 мм.
На примере видно, что отличную поверхность и покрытие мож-но получить только при полной зачистке микронеровностей, выз-ванных механической отделочной обработкой. Этого можно добиться, если снимать тонкий слой стружки заточенным, часто правленным абразивом, шлифовальным кругом, делая проходы последовательно один за другим и посредством это удаляя глубокие канавки и делая их мельче, их можно удалить последовательно полированием наждачной бумагой и (эластичным) кругом или продувкой частицами глинозема. Надо заметить, что заточенный, только что заправленный шлифовальный круг, надлежащим образом смазанный, может давать меньше неровностей поверхности, чем лощёный, притупленный или не правильно смазанный, более мелкозернистый шлифовальный круг.
Само шлифование может вызвать питтинг (точечные впаденки за счёт внедрения мелкозернистых частиц круга в поверхность металла. На фиг.11 показана такая мелкозернистая частица, отделившаяся от круга и внедрившаяся в поверхность. Для по-верхности, сильно отшлифованной лощеным, стертым кругом одной полировки недостаточно. Хотя поверхность может быть крайне гладкой, прилипший, но испытывающий растягивающее напряжение, хромированный слой позже может приподнять заусенцы и микро заусенцы, приводя к образованию сфероидальных дефектов. Поэтому до нанесения гальванопокрытия необходимо удалять эти заусенцы с поверхности основного металла. После осторожного шлифования или хонингования поверхности с удалением неровностей дальше для удаления последних микрозаусенцев можно применить несколько методов: полирование смазанной лентой, продувка паром, полирование кругомбез использования смазки, полирова-ние (эластичным кругом со стружечной смесью, суперфиниши-рование (или микрошлифовка) и электрополировка. Для получения дальнейшей информации по технологии шлифовки хорошим источ-ником является справочник по механической обработке металлов, выпущенной американским обществом металлистов, пара металла О Н 44073.
Дендри́т (от греч. déndron — дерево)
1. кристаллическое образование какого-либо минерала, металла, сплава, искусственного соединения, относящееся к сложным кристаллическим образованиям типа скелетных кристаллов (незавершённых кристаллических многогранников) или к агрегату из сросшихся кристаллов, взаимно ориентированных в соответствии с их симметрией (см. Кристаллы). Обычно Д. имеет форму веточек дерева, листа папоротника или звездчатый вид (например, снежинка). Д. образуются из расплавов, паров или растворов при быстрой кристаллизации вещества в стеснённых условиях роста вследствие неравномерного питания веществом отдельных частей растущих кристаллов (см. Кристаллизация), например в тонких трещинках горных пород, кристаллов или агрегатов др. минералов; между тонкими пластинками стекла и др.; в вязкой среде, в рыхлых глинистых образованиях и т.д. В природе Д. обычны для самородных меди, серебра, золота и др.; пиролюзита, уранинита, сульфидов железа, меди и многих др. минералов.
2. Дендри́т
Ветвящийся отросток нервной клетки, воспринимающий возбуждающие или тормозные влияния др. нейронов или рецепторных клеток. У некоторых типов клеток Д. непосредственно воспринимают механические, химические или тепловые раздражения. Число Д. у разных клеток — от одного до многих. Они образуют чувствительный полюс нервной клетки. Максимального ветвления Д. достигают у нейронов центральной нервной системы высокоорганизованных животных. Многочисленные Синапсы на поверхности Д. образованы подходящими к ним Аксонами других клеток.
Отрывок сеанса:
В: В чем различие дендритов, вросших в твердую породу, и тех, что выросли на воздухе?
О: Пространство имеет разные плотности только на физике, но есть его слои на энергетических планах, где все едино и представляет из себя тот самый , из которого и рождается материя. Можно сказать, что эфир однороден, да... Так вот, рост и качество дендритов зависит от того, какие "семена были брошены" для прорастания в эфирной почве, какие там соли и заряд.
В: Дендриты -- это управляемый процесс или природный?
О: Любой процесс природы управляем, везде работают духи разных уровней. Любой материал можно выращивать, если он имеет кристаллическую структуру, а у нас тут все пронизано такими структурами. Как нервная система живых существ, так и космос с его звездами в целом -- это , через которую передается информация, все фрактально, подобно и взаимосвязано. Архитектор или дизайнер материи вкладывает в семя породы ту матрицу вещества, которую желает использовать для роста. Можно делать матрицы с растение-подобными генами, потом запускать в материализацию. Архитектор рисует базовый шаблон, схему, наполняет этот шаблон своим потенциалом, а планета дает энергию для уплотнения вещества. В зависимости от строения, проводимости и восприимчивости нервной системы самого архитектора и насыщенности питательной среды, любая порода может быть выращена за считанные секунды, но обычно это не делается без надобности, т.к слишком энергозатратно.
В: То есть обычно породу оставляют расти саму?
О: Да. Духам природы тоже нужно развиваться. Им дается задание, например, вырастить посев гранита, золота или изумрудов. Дается поле для деятельности, проводится необходимая энергия, далее они сами смотрят, где нужна эта порода, а где не очень. В местах силы на глубине часто выращивают залежи массивных кристаллов на физике, они помогают Земле проводить энергии на тонкие кристаллы в пространстве и в почве.
В: Первые признаки разуплотнения материи — это возможность влиять на неё, изменять её форму?
О: Она в принципе итак не очень плотная. Для начала мы сможем видеть её реально. И когда все поймут, что это просто суп, тогда мы можем её трансформировать. До тех пор, пока мы видим чугун чугуном, а бетон — бетоном, мы воспринимаем мир твёрдым. Когда мы повышаем вибрации и восстанавливаем атрофированные части мозга, ответственные за чувствительность и за реальное видение мира, мы сможем влиять на материю.
В: Расскажи мне про суп, пожалуйста.
О: В нём всё. По сути — это одна большая волна. Мы находимся в супе, из которого ежемоментно мы лепим реальность. Мы всё время находимся в супе, даже если нам кажется, что мы в комнате например или в доме, всё это по сути — этот суп творения. Мы всё время создаем из него реальность, потому что мы и есть творец. В супе содержится бесконечное количество вариантов вибраций. Можно сделать из него всё, что угодно, это просто чистая энергия, среда безграничного творения. Чтобы управлять им, надо настраивать на него свои вибрации. Мы излучаем волны и перенастраиваем суп. Можно настроить его на высокие вибрации, и тогда вся реальность сдвинется наверх. Но общая точка сборки сейчас довольно низкая. Конечно, есть вибрационно разные люди, но в среднем вибрация довольная низкая, а материя довольно плотная. Пусть не самая плотная из возможных, бывают варианты и погуще, но, тем не менее, общая реальность довольно плотная. Смысл в том, чтобы начать видеть суп. Тогда мы получим возможность творить осознанно.
Сейчас мы просто окружающую среду воссоздаем по памяти. Мы ни на секунду не перестаём быть творцами, но предпочитаем механически воссоздавать реальность вместо того, чтобы её осознанно творить. Серьёзной помехой здесь является медленная скорость волны. Например, с желаниями: иногда хочешь чего-то, пошёл импульс, но пока оно медленно дойдёт до материи, желание уже изменилось, ты уже хочешь чего-то другого. Желания настигают нас слишком поздно. Нужно активировать зоны мозга: шишку, а также зоны по бокам шишковидной железы, такие пластиночки, где смыкаются доли мозга. Эти чувствительные части позволяют нам ощущать, что происходит вокруг. Если бы у нас открылось реальное зрение, мы бы увидели, что мы находимся в жидкости. Это не жидкость в буквальном смысле, это просто бесконечная энергия, но по физическим характеристикам она наиболее близка к жидкой форме.
Образование нано дендритов меди под микроскопом:
Образование дендритов серебра под микроскопом:
Снежинка под микроскопом:
Как вырастить кристаллы серебра:
Как вырастить кристаллы серебра 99,99 чистоты
Дендриты в камне:
Настоящая статья рассматривает скрытые дефекты исходной поверхности металлов и влияние различных способов подготовки поверхности на качество хромового покрытия.
Исследования, описанные ниже, были проведены автором в 90-е годы и являются развитием открытий, сделанных американскими учеными (перевод статьи из журнала «Plating and surface finishing» см. на портале www.galvanicworld.com в разделе «статьи»).
Скрытые дефекты исходной поверхности, незаметные при визуальном осмотре, могут проявляться при последующем зеркальном хромировании. В данном случае представлены фотографии из видеофильма хромированных штоков амортизаторов АвтоВАЗ. Все штоки имели равномерную блестящую поверхность без видимых дефектов. После зеркального хромирования проявилась действительная структура поверхности штока.
Это явление имеет несколько объяснений. Во-первых, при закалке поверхности ТВЧ, процесс проходит по винтовой линии, т.е. на поверхности чередуются закаленные и незакаленные слои.
При этом на закаленной поверхности осаждается более блестящий и более твердый хром. См. рис. 1.
Во-вторых, при последующем шлифовании закаленной поверхности ТВЧ ее качество на каждом участке будет различным. На закаленном участке чистота поверхности выше, а на незакаленном участке, которая имеет меньшую твердость, при нарушении технологии шлифования возможны дефекты: прижоги, вкрапления продуктов шлифования и т.д. Как правило, на таких дефектных участках при хромировании образуются поры. См. рис. 2.
Нарушением технологии шлифования может быть плохо заправленный круг шлифования, который на обрабатываемой поверхности создает четкие кольцевые риски с точечными дефектами. См. рис. 3.
Некачественная подготовка поверхности также возможна в случае биения штока при шлифовании, когда возникает неравномерная обработка поверхности по диаметру. На стороне, где имела место более интенсивная обработка, на поверхности образуются выемки, возможны частичный наклеп поверхности, точечные прижоги, вкрапления продуктов шлифования и другие дефекты. См. рис. 4.
При шлифовании штока в центрах также наблюдаются различия в структуре поверхности, как в средней части, так и по краям детали. См. рис. 5.
Другие дефекты поверхности могут иметь различную природу происхождения: закалочные трещины, пористость исходного металла и мн. др.
Влияние подготовки поверхности на качество хромового покрытия
Сотрудниками лаборатории НПП «Гальванус» были разработаны технология и инструмент для нанесения толстослойных хромовых покрытий (около 700 мкм). Решения оказались достаточно эффективными.
На рис. 6а показан внешний вид хромового покрытия толщиной 400 мкм, полученного на поверхности, подготовленной по традиционной технологии (исходная поверхность хонингования Rа=0,7-0,8 мкм). Как видно, дендриты располагаются четко по хонинговальным рискам.
На рис. 6б показан поперечный разрез осадка по дендриту. Как видно, центром образования дендрита является именно риска, оставленная после хонингования.
На этой же детали был обработан участок специальным инструментом. Шероховатость поверхности практически не изменилась, но стала стабильной (Rа=0,7 мкм). Толщина покрытия 400 мкм. Поверхность хромового покрытия имеет незначительные по размеру дендриты, расположенные хаотично. На рис. 6в представлен внешний вид данного образца.
Дальнейшее совершенствование технологии подготовки поверхности заключалось в дополнительном шлифовании хонингованной поверхности (Rа=0,36-0,66 мкм) и обработке специальным инструментом (Rа=0,27-0,39 мкм).
Получено покрытие толщиной 700 мкм с незначительными дендритами. Внешний вид хромового покрытия представлен на рис. 6г.
Разработанная технология подготовки поверхности позволяет получать качественные толстослойные хромовые покрытия даже на очень грубо обработанной исходной поверхности. На рис. 6д изображен участок с грубо обработанной поверхностью Ra=3,93 мкм (5 кл. чистоты). Хромирование проводилось при плотности тока 90 А\дм2. Получено качественное покрытие толщиной 500 мкм.
Таким образом, при соответствующей механической подготовке поверхности возможно получение качественных хромовых покрытий значительной толщины (без пор и дендритов), качество которых определяется не макро- и микрогеометрией поверхности, а ее наногеометрией. Получение поверхности под гальванопокрытие с заданной наногеометрией возможно по определенной технологии, известной как гальваномеханическое хромирование, которая позволяет избежать многих дефектов хромового покрытия, обусловленных исходной поверхностью.
"""""""~-~-~-~"~&~"~-~-~-~"""""""
Дендриты - это расщеплённые
скелетные кристаллы (в строгом смысле слова, как корректное
определение термина). Но термин часто используют в более широком
контексте, подразумевая под ним любые древовидные разветвленные
формы роста кристаллов и агрегатов До сих пор разные авторы не всегда
придерживаются достаточно четкого разделения между кристаллами
скелетными и дендритными, и эти термины часто используются как
идентичные. В то время как еще в 1961 г. И.И. Шафрановский
обратил внимание на неопределенность термина дендрит, отделив
его от понятия "скелетный кристалл". С учетом более поздних
уточнений , , к кристаллическим дендритам следует относить
расщепленные скелетные (иногда - антискелетные) кристаллы,
именно расщепление скелетного кристалла приводит к образованию
объемных древовидных ветвящихся образований. В тонких трещинах
развиваются плоские "двумерные" дендриты.
Термин этот давнего происхождения, Вернер упоминал "дендритные
формы" минералов еще в 1774 г. На внесении необходимой
однозначности в употреблении терминов "скелет" и "дендрит" и
уточнении их содержания настаивал Д.П. Григорьев.
Дендрит (от греч. дерево) представляет собой ветвящееся и
расходящееся в стороны образование, возникающее при ускоренной
или стесненной кристаллизации в неравновесных условиях, когда
ребра или вершины скелетного кристалла расщепляются по
определенным законам . В результате кристаллическая структура
объекта утрачивает свою первоначальную целостность, появляются
кристаллографически разупорядоченные субиндивиды. Они ветвятся и
разрастаются в направлении наиболее интенсивного массопереноса
(поступления питающего материала к их поверхности),
кристаллографическая закономерность изначального кристалла в
процессе развития из него дендрита всё более утрачивается по
мере его роста. В случае зарастания промежутков между ветвями
дендрита может возникнуть сложнопостроенное образование с
постепенным переходом от индивида к агрегату (но не единый
кристалл, что принципиально отличает "дендрит" от "скелета").
Процесс образования дендрита принято называть дендритным ростом.
Наряду с кристаллическими дендритами известны дендриты
сферокристаллические, образованные ветвящимися диссимметричными
сферокристаллическими сферолитами - сфероидолитами .
В качестве примера кристаллодендритов можно привести ледяные
узоры на оконном стекле, живописные окислы марганца в тонких
трещинах, самородную медь в зонах окосления рудных
месторождений, дендриты самородных серебра и золота, решетчатые
дендриты самородного висмута и ряда сульфидов. Сфероидолитовые
дендриты известны для малахита, гроздевидного тодорокита, барита
и др. минералов, к ним следует отнести также кораллитовые
агрегаты кальцита в карстовых пещерах.
Классическая строго симметричная снежинка - наглядный пример
скелетного кристалла . А дендриты
льда хорошо известны в ледяных пещерах, где могут достигать
больших размеров. Ветвистые дендриты льда чаще других форм
встречаются среди многих видов морозных узоров на оконных
стёклах.
Характер кристаллизации воды на стекле во многом зависит от
условий охлаждения. При охлаждении от 0 до - 6°C и небольшой
исходной упругости водяного пара на поверхности оконного стекла
отлагается однородный слой непрозрачного, рыхлого льда. Для
начального образования тонкого слоя такого льда в качестве
затравок кристаллизации известную роль могут играть дефекты
структуры поверхности, царапины. Однако в ходе дальнейшего
развития процесса эти влияния полностью перекрываются общей
картиной осаждения льда по всей охлаждающейся поверхности.
Если охлаждение поверхности оконного стекла начинается
при положительной температуре и более высокой относительной
влажности и в процессе охлаждения проходится точка росы, то на
охлаждающейся поверхности сначала отлагается пленка воды,
которая уже при отрицательных температурах закристаллизовывается
в виде дендритов. Чаще дендритная кристаллизация начинается с
нижней части оконного стекла, где вследствие действия силы
тяжести накапливается большее количество воды. Размеры
дендритных кристаллов зависят от имеющегося для их образования
материала. В нижней части окна, где пленка воды толще, дендриты
обычно имеют большие размеры По мере перехода к верхней части
окна размеры дендритов уменьшаются, в случае равномерной
увлажненности стекла размеры дендритов примерно одинаковы.
Дальнейшее охлаждение способствует расщеплению субиндивидов с
переходом кристаллических дендритов в сферокристаллические, либо
отложению между дендритами, а затем и на дендритах тонких слоев
пушистого льда. Быстрые и значительные по величине
переохлаждения дают мелкомасштабную дендритную кристаллизацию.
При недостатке влаги на стекле нарушается сплошной характер
кристаллизации и дендриты растут островками.
Литература:
1). Григорьев Д. П. О различии
минералогических терминов: скелет, дендрит и пойкилит. - Изв.
вузов, геол. и разв., 1965, № 8
2). Шафрановский И. И. Кристаллы минералов. Кривогранные, скелетные и
дендритные формы. М., Госгеолтехиздат, 1961, с. 332.
3). Григорьев Д. П., Жабин А. Г. Онтогения минералов. Индивиды. М.,
"Наука", 1975
4). Городецкий А. Ф., Саратовкин Д. Д. Дендритные формы кристаллов,
образующиеся при антискелетном росте. В сб. «Рост кристаллов»
(под ред. А. В. Шубникова и Н. Н. Шефталя), 1957, стр. 190 -
198
5). Дымков Ю. М. Парагенезис минералов ураноносных жил. М. "Недра",
1985, с. 62
6). Дымков Ю. М.
Кафедра технологии металлов и материаловедения
Материаловедение
Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов всех специальностей
Тверь 2006
Изложена методика выполнения лабораторной работы по макроструктурному методу исследования металлов. Приведены рекомендации по выполнению и требования к оформлению отчета по лабораторной работе. Даны контрольные вопросы для самостоятельной подготовки студентов по теме работы.
Составитель: Л.Е. Афанасьева
© Тверской государственный
технический университет, 2006
МАКРОСТРУКТУРНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ (МАКРОАНАЛИЗ)
Цель работы : ознакомиться с методикой проведения макроструктурного анализа. Изучить характерные виды изломов, макроструктуру литой и деформированной стали на макрошлифах. Изучить связь характера макроструктуры с условиями ее формирования и механическими свойствами стали.
Теоретическое введение
Макроструктурный анализ – изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом или при небольшом увеличении, с помощью лупы.
Макроанализ проводят путем изучения изломов, макрошлифов или внешних поверхностей заготовок и деталей.
Макроанализ позволяет выявить наличие в материале макродефектов, возникших на различных этапах производства литых, кованных, штампованных и катаных заготовок, а также причины и характер разрушения деталей.
С помощью макроанализа устанавливают вид излома (вязкий, хрупкий); величину, форму и расположение зерен литого металла; дефекты, нарушающие сплошность металла (усадочную пористость, газовые пузыри, раковины, трещины); химическую неоднородность металла, вызванную процессами кристаллизации или созданную термической и химико-термической обработкой; волокна в деформированном металле.
Методы испытаний и оценки макроструктуры стальных изделий установлены ГОСТ 10243-75.
Изучение изломов.
Изломом называется поверхность, образующаяся вследствие разрушения металла. В зависимости от состава, строения металла, наличия дефектов, условий обработки и эксплуатации изделий изломы могут иметь вязкий, хрупкий и усталостный характер.
Хрупкое разрушение протекает без заметной предшествующей пластической деформации. Форма зерна не искажается и на изломе виден исходный размер зерен металла. Поверхность хрупкого излома (рис. 1, а) блестящая, кристаллическая. Разрушение может происходить через зерна (транскристаллический излом), либо по границам зерен (интеркристаллический или межкристаллический излом). Разрушение по границам зерен имеет место при наличии на границах неметаллических включений (фосфиды, сульфиды, оксиды) или других выделений, снижающих прочность границ зерна. Хрупкое разрушение наиболее опасно, так как происходит чаще всего при напряжениях ниже предела текучести материала.
Вязкий (волокнистый) излом (рис. 1, б) имеет бугристо-сглаженный рельеф и свидетельствует о значительной пластической деформации, предшествующей разрушению. Поверхность излома матовая, с мелким, неразличимым глазом, зерном. По виду вязкого излома нельзя судить о форме и размерах зерен металла.
Усталостный излом (рис.2) образуется в результате длительного воздействия на металл циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. Разрушение начинается на поверхности (или вблизи нее) локально, в местах концентрации напряжений (деформации). Усталостная трещина возникает в местах, где имеются концентраторы напряжений или дефекты (шлаковое включение, поры и т.п.). Излом состоит из очага разрушения (места образования микротрещин) и двух зон – усталости и долома.
Очаг разрушения примыкает к поверхности и имеет небольшие размеры и гладкую поверхность. Зону усталости формирует последовательное развитие трещины усталости. Зона усталости развивается до тех пор, пока в уменьшающемся рабочем сечении напряжения возрастут настолько, что вызовут его мгновенное разрушение. Эту последнюю стадию разрушения характеризует зона долома.
Метод визуального (или при небольших увеличениях) наблюдения изломов называют фрактографией. На изломах макроструктуру оценивают путем сравнения с нормативными макроструктурами, приведенными в ГОСТ 10243-75, по 25 параметрам. Определение вида, формы и цвета излома позволяет характеризовать многие особенности строения и обработки материала.
Изучение макрошлифов.
Макрошлиф – это образец с плоской шлифованной и протравленной поверхностью, вырезанный из исследуемого участка детали или заготовки. Его получают следующим образом. На металлорежущем станке или ножовкой вырезают образец, одну из плоских поверхностей которого ровняют напильником или на плоскошлифовальном станке. Затем образец шлифуют вручную или на шлифовально-полировальном станке шлифовальной шкуркой разной зернистости. Шлифование одной шкуркой нужно проводить в одном направлении, после чего следует смыть остатки абразива водой. Переходя на более мелкую шкурку, поворачивают образец на 90 о и проводят обработку до полного исчезновения рисок, образованных предыдущей шкуркой. Образец промывают водой, просушивают и подвергают глубокому или поверхностному травлению. Состав некоторых реактивов для травления приведен в Приложении 1.
Перед травлением образец обезжиривают и очищают, как правило, этиловым спиртом. Травление большинством реактивов осуществляют, погружая в них образец. При этом следует строго соблюдать правила техники безопасности. Реактив, активно взаимодействуя с участками, где имеются дефекты и неметаллические включения, протравливает их более сильно и глубоко. Поверхность макрошлифа получается рельефной. Такое травление называется глубоким .
Поверхностное травление, проводимое менее агрессивными реактивами, позволяет выявить в сталях, чугунах и цветных сплавах ликвацию, т.е. химическую неоднородность материала, возникающую при его производстве, макроструктуру литого или деформированного металла, структурную неоднородность материала, подвергнутого термической или химико-термической обработке.
Изучение дендритной макроструктуры литого металла после глубокого травления.
Форма и размер зерен в слитке зависят от условий кристаллизации: температуры жидкого металла, скорости и направления отвода тепла, примесей в металле. Рост зерна происходит по дендритной (древовидной) схеме (рис. 3).
б)
Рис. 4. Строение металлического слитка. а) Зависимость числа центров кристаллизации (ч.ц.) и скорости роста кристаллов (с.р.) от степени переохлаждения DТ. б) Макроструктура слитка: 1 – мелкие равноосные зерна (корковая зона), 2 – столбчатые дендриты, 3 – крупные равноосные зерна, 4 – усадочная раковина, 5 – усадочная рыхлость, 6 – ликвационная
зона.
Размеры образовавшихся кристаллов зависят от соотношения числа образовавшихся центров кристаллизации и скорости роста кристаллов при температуре кристаллизации.
При равновесной температуре кристаллизации Т пл число образовавшихся центров кристаллизации и скорость их роста равняются нулю, поэтому процесса кристаллизации не происходит.
Если жидкость переохладить до температуры, соответствующей DТ 1 , то образуются крупные зерна (число образовавшихся центров небольшое, а скорость роста – большая). При переохлаждении до температуры соответствующей DТ 2 – мелкое зерно (образуется большое число центров кристаллизации, а скорость их роста небольшая).
Если металл очень сильно переохладить, то число центров и скорость роста кристаллов равны нулю, жидкость не кристаллизуется, образуется аморфное тело.
Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения. Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации. Образуется мелкозернистая структура.
Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты. Растут дендриты в направлении, близком к направлению теплоотвода. Так как теплоотвод от не закристаллизовавшегося металла в середине слитка в разные стороны выравнивается, то в центральной зоне образуются крупные дендриты со случайной ориентацией.
В верхней части слитка образуется усадочная раковина, которая подлежит отрезке и переплавке, так как металл более рыхлый (около 15…20 % от длины слитка).
Слитки сплавов имеют неодинаковый состав. В процессе кристаллизации все легкоплавкие примеси оттесняются в центр слитка. Химическая неоднородность по отдельным зонам слитка называется зональной ликвацией.
Похожая информация.
