Поверхности углеродных

Тонкая обработка поверхности (тонкая шлифовка, полировка), как правило, повышает коррозионную стойкость металлов, облегчая образование более совершенных и однородных пассивных и других защитных пленок, а также повышает предел коррозионной усталости (см. с. 338). Это влияние сказывается главным образом в начальной стадии коррозии, пока не исчезает в результате коррозии металла его исходная поверхность, и имеет большое практическое значение в мягких условиях коррозии, например при атмосферной коррозии металлов. Ниже приведены данные В. О. Кренига о влиянии характера обработки поверхности углеродистой стали (0,8% С) на ее коррозионную стойкость во влажной атмосфере —время до начала коррозии, сут.:

О влиянии характера обработки поверхности углеродистой стали на возникновение коррозии во влажной атмосфере можно судить из следующих данных о появлении признаков коррозии после соответствующей обработки: полирование на сукне — через 28 суток; полирование наждачной бумагой 5/0 или 4/0 — через 20 суток; то же бумагой 2/0 или 1/0 — через 12 суток; то же бумагой № 2 или № 1 — через 10 суток; обработка напильником или на токарном станке — через 10 суток.

Таким образом, в зависимости от температурных условий окисления железа, можно получить тот или иной окисел. На этом основана, в частности, возможность получения на поверхности углеродистой стали слоя магнетита, обладающего защитными свойствами при сравнительно невысокой агрессивности среды (окисление ведут при температуре не выше 570°С, чтобы не образовался слой FeO).

Рис. 214. Зависимость прокорродиро-вавшей поверхности углеродистой стали от времени коррозии в присутствии замедлителя НДА:

Ингибитор ИКИПГ проявляет высокие защитные свойства от коррозии углеродистой стали в двухфазных средах в диапазоне рН водной фазы от 3 до 7, содержании хлористого натрия от 1 до 3 %, сероводорода 1000—2000 мг/л и при температурах от 283 до 313 К. В сероводородных растворах хлористого натрия ингибитор ИКИПГ, адсорбируясь на поверхности углеродистой стали, действует как по блокировочному, так и* по энергетическому механизму, сдвигает потенциал стали в положительную сторону и затрудняет в основном катодную реакцию. Ингибитор показал высокую эффективность защитного действия на объектах месторождений Нефтяные Камни.

Результаты радиохимических исследований адсорбции ингибиторов коррозии типа ИКБ показали, что при интенсивном перемешивании стационарная адсорбция ингибитора ИКБ-4 на поверхности углеродистой стали в водном растворе устанавливается через 3—4 ч и зависит от концентрации ингибитора и температуры. Различная зависимость адсорбции ингибиторов от их содержания, возможно, связана с полярностью растворителя, которая не позволяет при малом содержании ингибитора в среде покрыть поверхность металла слоем ориентированных дифильных молекул.

Известно, что оксидом железа, который может существовать термодинамически равновесно непосредственно на поверхности углеродистой стали и обладать оптимальными защитными свойствами, является магнетит. Он относится к классу шпинелей и в результате соответствия параметров кристаллических -решеток хорошо «сцепляется» со сталью. Пространственная структура зародыша элементарной ячейки магнетита Fe3O4 представляет собой шестиатомное кольцо, пять атомов которого лежат в одной плоскости, шестой (атом кислорода) — в плоскости, перпендикулярной плоскости основного кольца. Соотношение концентраций двух- и трехвалентного железа в «классическом» магнетите составляет 1 : 2. Известно, что вторым оксидом, обладающим достаточно хорошими защитными свойствами, является маггемит. Однако при низких температурах оксид трехвалентного железа не может существовать термодинамически равновесно непосредственно на поверхности стали.

Существенное влияние на коррозионную стойкость деталей оказывает характер обработки поверхности. Так, признаки коррозии во влажной атмосфере на поверхности углеродистой стали возникают при полировании на сукне через 28 сут, при полировании наждачной бумагой 5/0 или 4/0 — через 20, 2/0 или 1/0 — через 12; при

На поверхности углеродистой стали в процессе коррозии протекают параллельно две реакции: окисление железа до окиси с образованием окалины и обезуглероживание по реакции

ции кислорода или образованием на границе раздела металл— вода третьей фазы — оксида металла, препятствующего контакту поверхности углеродистой стали с водой.

Одним из основных условий получения качественного сплавления является удаление с поверхности металла окисной пленки, обеспечивающее благоприятное взаимодействие твердого и жидкого металлов. Поверхность металла очищается от окалины и ржавчины обычно механическим и химическим методом. Учитывая, что химический метод очистки представляет определенные трудности в производственных условиях, очистка поверхности углеродистой стали осуществлялась дробеструйным методом, а также фрезерованием и обработкой наждачным кругом до чистоты 3—4 класса. Влияние под-

Для выяснения влияния предварительной обработки поверхности углеродных волокон на образование и качество покрытия были проведены опыты по осаждению меди на необработанное в окж> лителе волокно, подвергнутое термообработке в воздушной среде при температуре 500° С в течение 1 мин, и волокно, прошедшее обработку в 65%-ной HNO3 в течение 5 мин. Дальнейшие сенсибилизация, активация и металлизация проводились в одинаковых условиях. В случае, если волокно не прошло окислительную обработку, часто происходит образование одной рубашки на группе элементарных волокон. На рис. 1, (см. вклейку) полученном на растровом электронном микроскопе, показана группа, состоящая из четырех элементарных волокон. При разрыве нити одно элементарное волокно было удалено из оболочки. Видно отслоение и самой оболочки, что свидетельствует о плохой адгезии покрытия к поверхности волокна. Следует также учитывать и крутку волокна, которая благодаря тесному контакту элементарных волокон между собой препятствует проникновению раствора внутрь. Характер разрыва углеродных волокон, прошедших предварительное окисление на воздухе или в растворе азотной кислоты, как правило, свидетельствует о хорошей адгезии покрытия к поверхности волокна. Анализ снимков позволяет сделать вывод о необходимости предварительной обработки углеродных волокон в окислительной среде.

Система алюминий — углеродное волокно. По данным [90] алюминий практически не растворим в углероде, а растворимость углерода в алюминии не превышает 0,05% по массе при 1300— 1500° С. Главной реакцией, определяющей взаимодействие углеродного волокна с алюминием, является реакция образования карбида А14С3. Обычно алюминиевые композиции, армированные углеродными волокнами, получают методами пропитки расплавом [169, 211J. Углеродные волокна не смачиваются расплавами на основе алюминия до 1100° С. При этой температуре волокна растворяются в расплаве на 40—60% своего объема и полностью теряют прочность. Количество карбидной фазы в материале, полученном при температуре самопроизвольного смачивания, настолько велико, что при последующем хранении образцов в течение нескольких дней они самопроизвольно разрушаются в результате выделения ацетилена при реакции карбида с влагой. Если пропитываются волокна с никелевым или медным покрытием, то последнее интенсивно растворяется в расплаве, и волокна разупроч-няются после контакта с расплавом в течение 2—5 мин на 40— 50% исходной прочности. Подобное же явление отмечено в работе [128], авторы которой обеспечивали смачивание путем химической обработки поверхности углеродных волокон.

Таким образом, показана возможность создания армирующих компонентов чдля композиционных материалов путем никелирования поверхности углеродных волокон, предварительно покрытых карбидом кремния. Для никелирования армирующих компонентов, рекомендован раствор, содержащий гексагидрат хлоридач никеля, хлорид аммония, гипофосфит натрия, лимоннокислый натри! и сульфид свинца. Показано, что технологический процесс нанесения никелевого покрытия методом химического восстановления на прочность исходных волокон не влияет. Установлено резкое падение прочности волокна при толщине покрытия из кар» бида кремния более 0,010 мкм.

3.1. Вольт-амперные характеристики (102). 3.2. Энергетическое распределение авгоэлектронов (110). 3.3. Вопросы долговечности (116). 3.4. Переходные характеристики (123). 3.5. Изменение структуры рабочей поверхности углеродных волокон (128)! 3.6. Формовка автокатодов (141). 3.7. Возможность получения больших эмиссионных токов (148). 3.8. Другие виды волокон (158).

Для автоэлектронной эмиссии наиболее важны свойства поверхности углеродных волокон, полное описание которых включает в себя [8]:

Химическое осаждение никеля и меди на углеродные жгуты и ленты различной текстильной структуры основано на восстановлении ионов металла из водного раствора с помощью растворенного восстановителя [88]. Осаждение никеля происходит только после придания поверхности углеродных волокон каталитических свойств. Для этого углеродные жгуты и ленты непосредственно перед металлизацией подвергают обработке в окислительной среде, сенсибилизации и активации. Предварительная обработка и собственно процесс металлизации должны обеспечивать равномерное нанесение никеля или меди на углеродные филаменты и образование прочной связи металла с основой без снижения прочностных характеристик волокна и нарушения целостности барьерного слоя.

где L — длина исследуемого интервала, f(x) — амплитуда видеосигнала строки растра. Поскольку видеосигнал при исследовании рабочей поверхности углеродных материалов имеет чрезвычайно

В данных экспериментах проводилось определение механической прочности микровыступов на рабочей поверхности углеродных волокон путем подачи отрицательного напряжения. Состояние рабочей поверхности волокна контролировалось по автоэмиссионной картине (положительное напряжение).

3.5. Изменение структуры рабочей поверхности углеродных волокон

Как уже указывалось выше, структура рабочей поверхности углеродных волокон чрезвычайно влияет на их автоэмиссионные свойства. Поэтому, наряду с исследованиями таких структур в электронном и растровом микроскопах, которые рассматриваются в каждом разделе, здесь приводятся некоторые результаты более специальных

3.5. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН