Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

АНАЛИЗ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ ИСХОДНЫХ ПОДЛОЖЕК АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДА КЕЛЬВИНА

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2017-8-1-61-72

Полный текст:

Аннотация

В настоящее время использование методов зондовой электрометрии в неразрушающем контроле сдерживается сложностью интерпретации результатов измерений, что связано с многофакторностью измерительного сигнала, зависящего от большого количества параметров физико-химического состояния поверхности: отклонений химического состава, механических напряжений, дислокаций, кристаллографической ориентации поверхности и др. Целью исследования являлось применение методов зондовой электрометрии для неразрушающего контроля и анализа дефектов прецизионных металлических поверхностей, полученных различными видами обработки.

Методика экспериментальных исследований включала в себя построение визуализированного изображения пространственного распределения контактной разности потенциалов (КРП) по поверхности образцов методом сканирующего зонда Кельвина, построение гистограммы распределения значений КРП и определение статистических характеристик распределения, таких как математическое ожидание значений КРП и полуширина гистограммы распределения (для каждой моды при многомодальном распределении)

Исследовано пространственное распределение КРП исходных подложек из алюминия А99 и сплава АМГ-2 после обработки поверхностей электрохимической полировкой и алмазным наноточением, а также после формирования на подготовленной поверхности слоя специфического наноструктурированного оксида алюминия толщиной 30 мкм. Более высоким качеством обладают поверхности, характеризующиеся меньшей полушириной гистограммы распределения. Наибольшей механической прочностью и в целом лучшими механическими свойствами при прочих равных условиях обладают поверхности с наиболее низкими значениями контактной разности потенциалов, что соответствует наибольшим значениями работы выхода электрона и поверхностной энергии. Наличие второй моды в гистограмме распределения значений контактной разности потенциалов указывает на наличие значимых по площади дефектных областей на соответствующей поверхности образца.

Экспериментально показано, что анализ визуализированных изображений пространственного распределения КРП с использованием данных критериев позволяет выявлять и характеризовать такие дефекты, как места концентрации остаточных механических напряжений, участки с пониженной микротвердостью поверхности, загрязнения, коррозионные дефекты. Тем самым обеспечивается возможность оперативного неразрушающего контроля и диагностики функциональных характеристик прецизионных поверхностей металлов, в частности, исходных подложек для изготовления чувствительных элементов устройств сенсорики.

Об авторах

А. К. Тявловский
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Адрес для переписки: Тявловский А.К. – Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, г. Минск 220013, Беларусь    e-mail: tyavlovsky@bntu.by



А. Л. Жарин
Белорусский национальный технический университет
Беларусь


О. К. Гусев
Белорусский национальный технический университет
Беларусь


Р. И. Воробей
Белорусский национальный технический университет
Беларусь


Н. И. Мухуров
Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника, Государственное научно-производственное объединение
Беларусь


Г. В. Шаронов
Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси
Беларусь


К. В. Пантелеев
Белорусский национальный технический университет
Беларусь


Список литературы

1. Вудраф, Д. Современные методы исследования поверхности / Д. Вудраф, Т. Делчар. – М. : Мир, 1989. – 564 c.

2. Nazarov, A. Application of EIS and SKP methods for the study of the zinc/polymer interface / A. Nazarov, T. Prosek, D. Thierry // Electrochimica Acta. – 2008. – Vol. 53, no. 25. – P. 7531–7538.

3. Kiejna, A. Simple theory of elastically deformed metals: Surface energy, stress, and work function / A. Kiejna, V.V. Pogosov // Phys. Rev. B. – 2000. – Vol. 62. – P. 10445–10450.

4. Pogosov, V.V. Effect of Deformation on Surface Characteristics of Finite Metallic Crystals / V.V. Pogosov, O.M. Shtepa // Ukr. J. Phys. – 2002. – Vol. 47, no. 11. – P. 1065–1070.

5. Levitin, V.V. Inflence of Cyclic Stresses upon the Electronic Work Function for the Metal Surface / V.V. Levitin [et al.] // Solid State Communications. – 1994. – Vol. 92, no. 12. – P. 973–976.

6. Лоскутов, C.B. Формирование энергетического рельефа металлических поверхностей в процессах трения и изнашивания / C.B. Лоскутов, В.В. Левитин, В.Н. Гордиенко // Трение и износ. – 2002. – Т. 23, № 2. – С. 176–180.

7. Шаронов, Г.В. Контроль металлических поверхностей, обработанных алмазным наноточением, по работе выхода электрона / Г.В. Шаронов, А.Л. Жарин, Н.И. Мухуров, К.В. Пантелеев // Приборы и методы измерений. – 2015. – № 2 (10). – С. 196–203.

8. Zhong, K. Effects of strain on effective work function for Ni/HfO2 interfaces / K. Zhong, G. Xu, J.-M. Zhang, Z. Huang // J. Appl. Phys. – 2014. – Vol. 116. – P. 063707.

9. Li, W. In situ measurements of simultaneous electronic behavior of Cu and Al induced by mechanical deformation / W. Li, D. Y. Li //J. Appl. Phys. – 2006. – Vol. 99. – P. 073502.

10. Белый, А.В. Работа выхода электрона и физикомеханические свойства хромсодержащих ионнолегированных сталей / А.В. Белый, А.Л. Жарин, А.Н. Карпович, А.К. Тявловский // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2016. – № 1. – С. 21–27.


Для цитирования:


Тявловский А.К., Жарин А.Л., Гусев О.К., Воробей Р.И., Мухуров Н.И., Шаронов Г.В., Пантелеев К.В. АНАЛИЗ ДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ ИСХОДНЫХ ПОДЛОЖЕК АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДА КЕЛЬВИНА. Приборы и методы измерений. 2017;8(1):61-72. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2017-8-1-61-72

For citation:


Tyavlovsky A.K., Zharin A.L., Gusev O.K., Varabei R.I., Muhurov N.I., Sharonov G.V., Pantsialeyeu K.U. ANALYSIS OF SURFACE DEFECTS OF ALUMINUM AND ITS ALLOYS WITH A SCANNING KELVIN PROBE. Devices and Methods of Measurements. 2017;8(1):61-72. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2220-9506-2017-8-1-61-72

Просмотров: 603


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)