ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 14 ТЕХНОЛОГИЯ Ультразвуковая обработка на любой амплитуде приводит к изменению вязкости эпоксидного клея. При этом для каждого из рассмотренных режимов изменения происходят в три этапа: первый – резкое снижение вязкости на 50–80 %; второй – период обработки без существенных изменений; третий – резкое возрастание вязкости вплоть до значений выше начального. Такие изменения связаны с эффектами, возникающими в жидкой среде, при введении в нее колебаний ультразвуковой частоты. В первую очередь это кавитация и акустические потоки. Кавитационные пузырьки при схлопывании вызывают ударные волны и кумулятивные струйки, что сопровождается мгновенными давлениями до сотен мегапаскалей и температурами до нескольких тысяч градусов [40–44]. Акустические потоки различного масштаба осуществляют перемешивание обрабатываемой жидкой среды и переносят по ней кавитационные пузырьки [45–47]. Под действием кавитации и потоков проявляется ряд вторичных эффектов, среди которых наибольшее влияние на изменение вязкости оказывает нагрев, возникающий при поглощении жидкой средой акустической энергии. Для оценки влияния нагрева на графиках (рис. 7) в начале и конце каждого этапа изменения вязкости указана температура клея в этот момент. Предварительно также установлено, что критической температурой нагрева клея ЭДП, после которой резко ускоряется реакция полимеризации, является 45–50 °С. Рис. 7. Изменение вязкости клея в зависимости от режима ультразвуковой обработки Fig. 7. Change in adhesive viscosity depending on the ultrasonic treatment mode В результате процесс обработки можно описать следующим образом: после включения ультразвуковых колебаний под действием кавитации и акустических потоков происходит разрушение макромолекул и полимерных цепочек и равномерное перемешивание клеевого состава, что сопровождается незначительным нагревом. Эти процессы происходят до достижения некоего предельного состояния, при котором достигается практически минимальное значение вязкости. Далее начинается второй этап, где работа кавитационных пузырьков и акустических потоков тратится на дополнительный нагрев клеевого состава. В этот момент происходят два противоположных процесса, связанных с ростом температуры, – снижение вязкости и ускорение полимеризации. Когда начинает преобладать ускорение полимеризации, начинается третий этап, характеризующийся резким ростом вязкости и выделением тепла при протекании экзотермической реакции. Разная динамика зависимостей связана с режимами обработки. С увеличением амплитуды колебаний возрастает количество кавитационных пузырьков и усиливаются акустические потоки, в результате чего три стадии изменения вязкости протекают быстрее. В качестве оптимальных режимов были выбраны те, при которых наблюдается наибольшее снижение вязкости при наименьшем нагреве, что соответствует точкам окончания первого (начала второго) этапа. Далее на выбранных режимах подготавливались образцы для определения микротвердости, анализа субмикроструктуры и испытаний клеевого соединения на растяжение. Результаты исследований представлены в табл. 2. Изменения субмикроструктуры характеризуют процесс полимеризации клея. Уменьшение высоты неровностей профиля свидетельствует о равномерности процесса образования полимерных цепочек и их дальнейшего роста после ультразвуковой обработки. Режимы обработки 10 и 25 мкм привели к наибольшему выглаживанию субмикроструктуры – в 2,7 и 1,92 раза соответственно. Это объясняется тем, что при указанных режимах обработки образуется достаточное количество кавитационных пузырьков и возникают устойчивые крупномасштабные акустические потоки, необходимые для равномерной
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1