Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 3

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 3 2019 107 MATERIAL SCIENCE свою очередь, существенным образом определя- ют эксплуатационные свойства покрытий. В работе [8] выполнены термодинамиче- ские расчеты, позволяющие назначить режимы термообработки, но они сделаны с тем допуще- нием, что покрытие после ее получения имеет однородную дислокационную структуру, а коэф- фициент диффузии не зависит от структурных особенностей и имеет одинаковое значение по всему объему. Тем не менее полученные режимы хорошо себя зарекомендовали применительно к однослойным покрытиям из чистых металлов с относительно крупным размером зерна. Вместе с тем на практике часто использу- ются двух- и многослойные электролитические покрытия, а также неоднородные покрытия, по- лученные на нестационарных режимах электро- лиза. Кроме того, стремясь получить покрытия с улучшенными механическими свойствами, осаждают ультрадисперсные покрытия, характе- ризуемые очень малым размером зерна. Особое влияние в ультрадисперсных покры- тиях имеет диффузия, сосредоточенная в узких зонах на границах зерен с различной кристалло- графической ориентацией [10, 11, 12], диффузи- онный перенос по которым протекает значитель- но быстрее, чем в объеме кристалла [5, 13, 14]. Известно, что в электроосажденных метал- лах с высокодисперсной структурой проявляется размерный эффект, характеризующийся резким увеличением концентрации вакансий [9], актив- но участвующих в процессах диффузии в после- электролизный период. Расчет режимов термообработки, напрямую связанных с диффузией, для ультрадисперсных покрытий целесообразно проводить численны- ми методами с использованием компьютерных программ, основываясь на законах диффузии то- чечных дефектов. В этом случае становится актуальным во- прос нахождения эффективного коэффициента диффузии вакансий, учитывающего зеренную структуру покрытия. В настоящей работе сделана попытка най- ти эффективный коэффициент диффузии для ультрадисперсного железного покрытия, полу- ченного электролитически, и показана его зави- симость от режимов осаждения. На основании полученных значений предложены режимы от- жига. Методика исследований В качестве объекта исследования были вы- браны электролитические покрытия железом как одни из наиболее распространенных в про- мышленности. Условия получения серий образ- цов, характеризуемых различными режимами осаждения, и методика испытаний были ана- логичны описанным в работе [1]. Получали по четыре образца на каждом режиме. В качестве параметра комплексной оценки режимов элек- троосаждения принимали отношение Е / Е lim , где Е lim – перенапряжение катода, соответствующее предельной плотности тока ( i lim ). Все режимы осаждения железа условно разделили на мяг- кие – при Е < 0,33 Е lim , жесткие – при Е > 0,66 Е lim , средние – при Е = (0,33 – 0,66) Е lim . Размер зерна и микроструктуру изучали с помощью растрового электронного микроскопа JEOL 6008 A , готовя шлифы вдоль и поперек на- правления роста покрытия . Для выявления субзеренной и ячеистой структуры использовали просвечивающий элек- тронный микроскоп JEM 2100 c применением метода прямого просвечивания тонких металли- ческих фольг. С этой целью покрытие отделяли от подложки химическим стравливанием по- следней. Эффективный коэффициент диффузии ва- кансий находили, основываясь на законах тер- модинамики и ряде экспериментальных данных. Для расчета температурно-временных па- раметров стабилизирующего отжига на основе полученных данных использовали программу Comsol Multiphysics . Расчетная модель представ- ляла собой однородный слой железа на поверх- ности подложки. Решение задачи выполняли в двухмерной постановке. Все полученные данные подвергали стати- стической обработке с использованием програм- мы Mathematica 12. Результаты и их обсуждение Определение размера зерна Были получены микрофотографии структур электролитического железа, осажденного на разных режимах: на средних – при Е / Е lim = 0,65 (рис. 1, a ) и жестких – при Е / Е lim = 0,75 (рис. 1, б ). По полученным фотографиям проведены изме-