Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры

Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры

Изучена зависимость диссипативных свойств конденсатов меди от размера зерна. Конденсаты с размером зерна 0,9-3,7 мкм получали электронно-лучевым осаждением меди из паровой фазы на титановую подложку в виде покрытий. Осциллограммы затухающих изгибных колебаний системы подложка-покрытие регистрировали...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Проблемы прочности
Дата:2008
Автори: Устинов, А.И., Скородзиевский, В.С., Косенко, Н.С.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2008
Теми:
Научно-технический раздел
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48243
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры / А.И. Устинов, В.С. Скородзиевский, Н.С. Косенко // Проблемы прочности. — 2008. — № 2. — С. 149-158. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48243
record_format dspace
spelling Устинов, А.И.
Скородзиевский, В.С.
Косенко, Н.С.
2013-08-17T11:36:25Z
2013-08-17T11:36:25Z
2008
Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры / А.И. Устинов, В.С. Скородзиевский, Н.С. Косенко // Проблемы прочности. — 2008. — № 2. — С. 149-158. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
0556-171X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48243
539.67:620.178.311.6
Изучена зависимость диссипативных свойств конденсатов меди от размера зерна. Конденсаты с размером зерна 0,9-3,7 мкм получали электронно-лучевым осаждением меди из паровой фазы на титановую подложку в виде покрытий. Осциллограммы затухающих изгибных колебаний системы подложка-покрытие регистрировали при частоте 140...150 Гц в температурной области 20...350°С. Значения истинного логарифмического декремента колебаний для конденсатов меди определяли методом самосогласованного расчета коэффициентов энергетических потерь подложки и покрытия по предложенному в сообщении 1 методу. Показано, что амплитудные зависимости истинного логарифмического декремента колебаний конденсатов меди при комнатной и повышенной температуре в значительной мере определяются их структурным состоянием.
Досліджено залежність дисипативних властивостей конденсатів міді від розміру зерна. Конденсати з розміром зерна 0,9-3,7 мкм отримували як покриття електронно-променевим осадженням міді з парової фази на титанову підкладку. Осцилограми згасаючих зганальних коливань системи під- кладка-покриття реєстрували при частоті 140...150 Гц у температурній області 20...350°С. Значення істинного логарифмічного декремента коливань для конденсатів міді визначали методом самоузгодженого розрахунку коефіцієнтів енергетичних втрат підкладки і покриття за запропонованим у повідомленні 1 методом. Показано, що амплітудні залежності істинного логарифмічного декремента коливань конденсатів міді за кімнатної і підвищеної температур значною мірою визначаються їх структурним станом.
We study the grain size dependence on dissipating properties of copper condensates. Condensates with the grain size of 0.9-3.7 microns were obtained in a form of coatings by electron- beam deposition of copper from a steam phase on a titanic substrate. Oscillograms of damped bending vibrations of a substrate - coating system were registered at frequency of 140-150 Hz in the temperature range 20- 350°C. Values of the true logarithmic decrement of vibrations for copper condensates were determined by the method of self-coordinated calculation of energy loss factors of the substrate and coating described in Part 1. It is shown that the amplitude behavior of true logarithmic decrement of vibrations of copper condensates at room and elevated temperatures are strongly affected by their structural state.
Авторы выражают благодарность Т. В. Мельниченко и Е. В. Фесюн за помощь в проведении микроструктурных исследований конденсатов меди.
ru
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
Проблемы прочности
Научно-технический раздел
Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры
Study of dissipative properties of homogeneous materials deposited as coatings. Part 2. Copper condensates with different microstructural characteristics
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры
spellingShingle Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры
Устинов, А.И.
Скородзиевский, В.С.
Косенко, Н.С.
Научно-технический раздел
title_short Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры
title_full Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры
title_fullStr Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры
title_full_unstemmed Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры
title_sort изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. сообщение 2. конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры
author Устинов, А.И.
Скородзиевский, В.С.
Косенко, Н.С.
author_facet Устинов, А.И.
Скородзиевский, В.С.
Косенко, Н.С.
topic Научно-технический раздел
topic_facet Научно-технический раздел
publishDate 2008
language Russian
container_title Проблемы прочности
publisher Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
format Article
title_alt Study of dissipative properties of homogeneous materials deposited as coatings. Part 2. Copper condensates with different microstructural characteristics
description Изучена зависимость диссипативных свойств конденсатов меди от размера зерна. Конденсаты с размером зерна 0,9-3,7 мкм получали электронно-лучевым осаждением меди из паровой фазы на титановую подложку в виде покрытий. Осциллограммы затухающих изгибных колебаний системы подложка-покрытие регистрировали при частоте 140...150 Гц в температурной области 20...350°С. Значения истинного логарифмического декремента колебаний для конденсатов меди определяли методом самосогласованного расчета коэффициентов энергетических потерь подложки и покрытия по предложенному в сообщении 1 методу. Показано, что амплитудные зависимости истинного логарифмического декремента колебаний конденсатов меди при комнатной и повышенной температуре в значительной мере определяются их структурным состоянием. Досліджено залежність дисипативних властивостей конденсатів міді від розміру зерна. Конденсати з розміром зерна 0,9-3,7 мкм отримували як покриття електронно-променевим осадженням міді з парової фази на титанову підкладку. Осцилограми згасаючих зганальних коливань системи під- кладка-покриття реєстрували при частоті 140...150 Гц у температурній області 20...350°С. Значення істинного логарифмічного декремента коливань для конденсатів міді визначали методом самоузгодженого розрахунку коефіцієнтів енергетичних втрат підкладки і покриття за запропонованим у повідомленні 1 методом. Показано, що амплітудні залежності істинного логарифмічного декремента коливань конденсатів міді за кімнатної і підвищеної температур значною мірою визначаються їх структурним станом. We study the grain size dependence on dissipating properties of copper condensates. Condensates with the grain size of 0.9-3.7 microns were obtained in a form of coatings by electron- beam deposition of copper from a steam phase on a titanic substrate. Oscillograms of damped bending vibrations of a substrate - coating system were registered at frequency of 140-150 Hz in the temperature range 20- 350°C. Values of the true logarithmic decrement of vibrations for copper condensates were determined by the method of self-coordinated calculation of energy loss factors of the substrate and coating described in Part 1. It is shown that the amplitude behavior of true logarithmic decrement of vibrations of copper condensates at room and elevated temperatures are strongly affected by their structural state.
issn 0556-171X
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48243
citation_txt Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры / А.И. Устинов, В.С. Скородзиевский, Н.С. Косенко // Проблемы прочности. — 2008. — № 2. — С. 149-158. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT ustinovai izučeniedissipativnyhsvoistvodnorodnyhmaterialovosaždennyhvvidepokrytiisoobŝenie2kondensatymedisrazličnymiharakteristikamimikrostruktury
AT skorodzievskiivs izučeniedissipativnyhsvoistvodnorodnyhmaterialovosaždennyhvvidepokrytiisoobŝenie2kondensatymedisrazličnymiharakteristikamimikrostruktury
AT kosenkons izučeniedissipativnyhsvoistvodnorodnyhmaterialovosaždennyhvvidepokrytiisoobŝenie2kondensatymedisrazličnymiharakteristikamimikrostruktury
AT ustinovai studyofdissipativepropertiesofhomogeneousmaterialsdepositedascoatingspart2coppercondensateswithdifferentmicrostructuralcharacteristics
AT skorodzievskiivs studyofdissipativepropertiesofhomogeneousmaterialsdepositedascoatingspart2coppercondensateswithdifferentmicrostructuralcharacteristics
AT kosenkons studyofdissipativepropertiesofhomogeneousmaterialsdepositedascoatingspart2coppercondensateswithdifferentmicrostructuralcharacteristics
first_indexed 2025-11-26T01:40:54Z
last_indexed 2025-11-26T01:40:54Z
_version_ 1850604400401186816
fulltext УДК 539.67:620.178.311.6 Изучение диссипативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покрытий. Сообщение 2. Конденсаты меди с различными характеристиками микроструктуры А. И. Устинова, В. С. Скородзиевский6, Н. С. Косенко6 а Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев, Украина 6 Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, Киев, Украина Изучена зависимость диссипативных свойств конденсатов меди от размера зерна. Конден­ саты с размером зерна 0,9-3,7 мкм получали электронно-лучевым осаждением меди из паровой фазы на титановую подложку в виде покрытий. Осциллограммы затухающих изгиб- ных колебаний системы подложка-покрытие регистрировали при частоте 140...150 Гц в температурной области 20...350°С. Значения истинного логарифмического декремента колебаний для конденсатов меди определяли методом самосогласованного расчета коэф­ фициентов энергетических потерь подложки и покрытия по предложенному в сообщении 1 методу. Показано, что амплитудные зависимости истинного логарифмического декремен­ та колебаний конденсатов меди при комнатной и повышенной температуре в значительной мере определяются их структурным состоянием. К л ю ч е в ы е сл ова: медь, конденсат, покрытие, подложка, демпфирование, декремент колебаний. Введение. Уровень поглощения энергии механических колебаний одно­ фазными немагнитными металлами в амплитудозависимой области связыва­ ют, главным образом, с внутризеренными дислокационными процессами, интенсивность которых в значительной мере зависит от структурного состояния материала, в частности размера зерна [1-5]. Так, при исследовании изменения внутреннего трения меди в области амплитуд деформации — 7 — 510 ...10 в зависимости от размера зерна, изменяемого в диапазоне 10-100 мкм, установлено, что с его уменьшением уровень внутреннего трения снижается, а критическая амплитуда, определяющая переход к ампли­ тудозависимому внутреннему трению, смещается в сторону больших ампли­ туд деформации [6]. Вместе с тем разработанные для металлических материалов модели внутреннего трения не позволяют однозначно предсказывать характеристи­ ки демпфирующей способности (ДС) при больших амплитудах деформации (более 10—4) и их изменение в зависимости от структурного состояния материала, особенно при измельчении зерна до субмикронного или нано- размерного масштаба. Развитые в последнее время представления о механизмах пластической деформации в металлических материалах с субмикронным и наноразмер- ным масштабом зерен указывают на возможную активизацию в них зерно- граничних процессов [7], которые могут существенно влиять на их механи­ ческие и диссипативные свойства. В определенной степени результаты, полученные для меди с субмикронным зерном (около 0,2 мкм), измельчен­ ным интенсивной пластической деформацией, подтверждают такое предпо­ © А. И. У С ТИ Н О В , В. С. С К О РО Д ЗИ ЕВ С К И Й , Н. С. К О С ЕН К О , 2008 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 2 149 А. И. Устинов, В. С. Скородзиевский, Н. С. Косенко ложение: характеристики ДС (амплитудная зависимость логарифмического декремента колебаний (ЛДК)) качественно отличаются от таковых меди в исходном состоянии [8]. При возросшей в 3-4 раза прочности структурное состояние меди, подвергнутой интенсивной пластической деформации, ха­ рактеризуется аномально высоким уровнем фона внутреннего трения, кото­ рый в 4-5 раз выше фона для меди в исходном состоянии и распространяется на всю область амплитуд деформации. Однако, поскольку вследствие плас­ тической деформации в меди формируется мелкозернистая структура, что сопровождается значительным увеличением плотности дислокаций, влияние как дислокационного, так и размерного факторов на характеристики ДС остается не выясненным. Следует отметить, что структура интенсивно де­ формированной меди нестабильна и при нагреве, начиная с Т = 150°С, она из-за рекристаллизации переходит в обычное состояние [8]. Для выяснения влияния размера зерен на характеристики ДС металли­ ческих материалов в настоящей работе на примере конденсатов меди с разным размером зерен исследовали характер поведения истинного ЛДК в интервале температур 20...350°С. Истинные значения ЛДК определяли по методике, предложенной ранее [9]. Методика приготовления образцов и их исследование. Покрытия из меди толщиной 48-66 мкм были получены методом электронно-лучевого испарения металла в вакууме [10] и последующего осаждения образующе­ гося пара на плоскую подложку из титанового сплава ВТ1-0 трапецевидной формы толщиной 1,8 мм [11]. В соответствии с результатами работы [12], для формирования конденсатов меди с различным размером зерен темпе­ ратуру подложек варьировали в пределах 250...700°С. Структуру покрытий исследовали на поперечных шлифах образцов-свидетелей методами опти­ ческой и электронной микроскопии. Характеристики конденсатов, получен­ ные при разных температурах подложки, приведены в таблице. Температурные условия осаждения покрытий и их характеристики № образца Температура подложки, ° С Толщина конденсата, мкм Размер зерна, мкм н ГПа 1 250 48,0 0,9 1,8 2 350 51,0 1,4 1,0 3 500 53,0 2,4 0,9 4 560 66,0 2,7 0,8 5 660 63,0 3,0 0,8 6 700 58,0 3,7 0,8 Характеристики ДС материала покрытий определяли по методике, опи­ санной в [9]. Исходные экспериментальные амплитудные зависимости ЛДК для системы подложка-покрытие получены при изгибных колебаниях на частоте 140...150 Гц консольно закрепленных образцов с покрытиями. Для исследования характеристик ДС конденсатов меди в области темпе­ ратур 20...350°С использовали печное устройство, позволяющее нагревать участок подложки до заданной температуры (рис. 1), в результате чего 150 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 2 Изучение диссипативных свойств однородных материалов покрытия осаждались лишь на соответствующую часть подложки. Осцилло­ граммы затухающих колебаний измеряли при стационарном распределении температуры вдоль образца, установление которого фиксировали по стаби­ лизации резонансной частоты. При таких условиях нагрева отклонение температуры вдоль участка образца, находящегося в печном устройстве, составляло не более ± 8% при максимальной температуре измерений 350°С. Рис. 1. Схематическое изображение изменения температуры вдоль образца: 1 - подложка с навесом; 2 - покрытие; 3 - тиски; 4 - нагревательные элементы; 5 - термопара. Чтобы оценить вклад подложки в общее поглощение энергии колебаний системы подложка-покрытие при нагреве ее участка до заданной темпера­ туры, проводили измерения ЛДК подложки без покрытия. Из рис. 2 видно, что с повышением температуры в зоне нагрева вплоть до 300° С* ЛДК практически не увеличивается. Затем он начинает расти и при Т = 350°С его значение становится приблизительно на 10% больше, чем при комнатной температуре. Однако, как будет показано ниже, эти изменения незначитель­ ны по сравнению с изменениями при нагреве подложки с покрытием. Это позволяет рассматривать значения ЛДК для подложки как независящие от температуры при расчете истинного ЛДК материала покрытия в исследу­ емой области температур. Поскольку уравнение, связывающее измеряемые и истинные значения ЛДК для материала покрытия и подложки, включает отношение модулей упругости материалов покрытия и подложки Е (см. выражение (7) в [9]), была проведена оценка изменения отношения модулей с температурой. При этом для меди использовали данные работы [2] по температурной зависи­ мости модуля упругости, тогда как для подложки температурные изме­ нения модуля упругости оценивали экспериментально - по жесткости под­ ложки, которая контролировалась по ее изменению в зависимости от резо­ нансной частоты. Из рис. 2 следует, что относительное изменение жесткости подложки и модуля упругости меди практически совпадает. Следовательно, отношение Е в выражении (7) [9] также не должно существенно изменяться с температурой. Такая оценка жесткости подложки (а соответственно и Е) является приближенной, поскольку в условиях градиента температурного поля можно определить только эффективное значение ее жесткости, исполь­ * Полученные значения ЛДК для подложки из сплава ВТ1-0 практически совпадают с данными для сплава ВТ1 в области температур 20...350°С [13]. Весьма незначительное изменение характеристик ДС для титановых сплавов ВТ3 и ВТ8 в области температур 20...250°С отмечается в [14]. Й Х # 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 2 151 Т 4 2 А. И. Устинов, В. С. Скородзиевский, Н. С. Косенко зование которого для участка образца, расположенного в печном устройстве, будет приводить к несколько заниженным значениям Е. В результате рассчи­ тываемые значения ЛДК материала покрытия будут несколько завышен­ ными. ЕТ/Е 0 (5-Ю2 0,3 0.2 0,1 0 о -:с : : : : : : 4:: Т , °с Рис. 2. Температурные зависимости приведенных модулей упругости меди (О) и материала подложки (О), а также ЛДК подложки на уровне е = 0,0015 (А) (Ет и Е0 — модули упругости меди и сплава ВТ1-0 при температуре измерений Т и при Т = 20° С соответст­ венно.) Расчет истинного ЛДК м атериала покры тия в случае подложки с не полностью покры той поверхностью. Поскольку декремент колебаний при повышенных температурах измеряли на образцах, представляющих собой подложку с покрытием, осажденным на отдельный, размещаемый в печи участок, в выражение (7) [9] внесены изменения из-за необходимости раз­ дельного учета запасенной потенциальной энергии и энергетических потерь для участков образцов с покрытием и без покрытия. В результате выражение (7) [9] приобрело следующий вид*: І =і~— 1 І=1 М / й 1( £)£ 2 dV1i + 2 / й 1( £ )£ 2 dV1i + і=і/+1 V/ \" / й 1( £ )£ 2 dV1i + Е / д 2 ( £)£ 2 d V 2 V X І=І1—1 М 1~1/ / \ — 1 X 2 / £2 dVli + 2 / £2 < + 2 / £ 2 dV1i + е / £ 2 dV2' і=1 V1 1=̂ +1 V/ = V п (1) где первые два слагаемые знаменателя представляют амплитудные значения потенциальной энергии деформации участков подложки без покрытия, третье слагаемое - то же участка с покрытием; первые два слагаемые числителя - * Здесь и далее используются обозначения, принятые в сообщении 1 [9]. 152 Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, N 2 Изучение диссипативных свойств однородных материалов энергию, рассеянную за цикл деформации в объеме участков подложки без покрытия, третье слагаемое - энергию, рассеянную в объеме участка с покрытием; і , и і / - номера начального и конечного фрагментов подлож- ки, соответствующих началу и концу покрытия. Полагая, что для участков подложки без покрытия положение нейтраль­ ной плоскости совпадает с нейтральной плоскостью подложки, а для участ­ ков подложки с покрытием определяется выражениями, полученными в работе [1], после интегрирования слагаемых в выражении (1) получаем: б с (А , ) = =1,-1 І =1 а п £ І, п + 2 м + 2 * 2 і= і/ +1 п + 2 + 3п1 2 а п (Ап+2 + В п+ 2 ) ( п + 2)А п—1 * п+‘ + Е 2 Ьт (С т+2 В т+ 2 ) ( т + 2)А т —1 X п т і—і, —1 м і —і / X П1 2 л,-4 + 2 л £ 2. + О 2 2 —1 —і / +1 і— —1 (2) Подставив (2) в выражение (12) [9] и минимизируя последнее, можно определять амплитудные зависимости истинного ЛДК материала покрытия, используя экспериментальные данные амплитудной зависимости ЛДК сис­ темы подложка-покрытие, если покрытие осаждалось только на часть по­ верхности подложки. Для оценки расхождения между рассчитанными значениями амплитуд­ ной зависимости истинного ЛДК покрытия при использовании выражений (7) [9] (покрытие осаждалось на всю поверхность подложки) и (2) сопостав­ ляли его значения, полученные с помощью экспериментальных данных для образцов с покрытием из меди (в таблице образец № 4), осажденным в идентичных условиях (при температуре подложки 560° С) на всю поверх­ ность подложки и на отдельный ее участок (рис. 3,а). Практически полное совпадение рассчитанных для обоих случаев амплитудных зависимостей истинного ЛДК (рис. 3,6) подтверждает, что допущения, сделанные при получении выражения (1) и при вычислении интегралов в (2), не снижают точность определения истинного ЛДК материала покрытия. Результаты расчетов и их обсуждение. На рис. 4 представлены ампли­ тудные зависимости истинного ЛДК для конденсатов меди с различными размерами зерен при комнатной температуре, рассчитанные по методике [9] с учетом выражения (2). Видно, что для конденсатов меди с размером зерен меньше 2 мкм характерно незначительное повышение ЛДК с увеличением амплитуды деформации, тогда как для конденсатов меди с размером зерен более 2 мкм кривые д 2 (в) содержат сильно выраженный нелинейный участок. Кроме того, при Т = 20° С значение ЛДК для крупнозернистых ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 2 153 А. И. Устинов, В. С. Скородзиевский, Н. С. Косенко конденсатов меди больше, чем для мелкозернистых, во всем интервале амплитуд деформации. Понижение характеристик поглощения энергии металлами с уменьше­ нием размера их зерна (в диапазоне от десятков до нескольких микрометров) наблюдалось практически во всех случаях при исследовании массивных образцов [4-6], в том числе из меди [5, 6]. Аналогичная зависимость отмечалась также для осажденных на кремниевую подложку пленок меди [15], для которых в качестве размера зерна рассматривалась их толщина, изменявшаяся в пределах 0,2-1,5 мкм. Такую тенденцию изменения диссипа­ тивных свойств меди связывают с увеличением предела текучести, обуслов­ ленного, в соответствии с законом Холла-Петча, уменьшением размера зерна [6]. Рис. 3. Экспериментально измеренные (а) и рассчитанные (б) характеристики ДС для подложки с покрытием, осажденным на отдельный участок подложки ( • ) и на всю ее поверхность (О). д 2 Рис. 4. Амплитудная зависимость истинного ЛДК для конденсатов меди с различным размером зерна при Т = 20°С. (Номера кривых соответствуют номерам образца в таблице.) Сопоставление микротвердости конденсатов (таблица) с характеристи­ ками ДС (рис. 3) показывает, что соответствие между ними имеет место только для мелкозернистых конденсатов. С увеличением размера зерен, начиная с 2 мкм, микротвердость остается практически неизменной в преде­ лах погрешности, тогда как ДС конденсатов непрерывно увеличивается. При нагреве конденсатов с разным размером зерен характеристики ДС качественно различаются. Если для крупнозернистых конденсатов меди значения ЛДК с повышением температуры изменяются, главным образом, 154 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 2 Изучение диссипативных свойств однородных материалов при больших амплитудах деформации (рис. 5,а), то для мелкозернистых они возрастают монотонно во всем интервале амплитуд деформации (рис. 5,6). Обращает на себя внимание также то, что с повышением температуры значения ЛДК для мелкозернистых конденсатов увеличиваются в большей степени, чем для конденсатов меди с крупным зерном. Это видно из рис. 6, где представлены примеры температурных зависимостей относительного изменения истинного ЛДК для крупно- и мелкозернистой меди. Причем это увеличение для мелкозернистых конденсатов тем больше, чем меньше раз­ мер зерен. В результате при повышенных температурах значения ЛДК для данных конденсатов существенно выше, чем для крупнозернистых конден­ сатов в области малых амплитуд колебаний, и только в области больших амплитуд колебаний они сравниваются. а 6 Рис. 5. Амплитудные зависимости истинного ЛДК конденсатов меди с размером зерна 2,5 (а) и 0,9 мкм (6) при разных температурах. (6Т - 6 о)/6 о, % Рис. 6. Относительное изменение истинного ЛДК конденсатов меди с размером зерна 2,5 (1) и 0,9 мкм (2) при их нагреве от комнатной температуры (Т0 = 20° С); амплитуда деформации равна 5-10-4. В рамках теории колебаний реальных систем, где металлические мате­ риалы рассматриваются как нелинейные системы гистерезисного типа, изме­ нение ЛДК в зависимости от амплитуды деформации обычно представляют в виде степенной функции [1, 12, 16] 6( £) = а + За 4 (3) 2 где а, З и q - параметры, определяемые экспериментально. ТББИ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 2 155 А. И. Устинов, В. С. Скородзиевский, Н. С. Косенко Для исследуемых конденсатов удовлетворительная аппроксимация кри­ вых д 2 (£) - рис. 4 функциями типа (3) достигалась при показателе степени 2 < д < 3 в случае крупного и 1< д < 2 в случае мелкого зерна. Такое различие в величине д можно рассматривать как проявление разного харак­ тера нелинейного вязкого трения [17]. С точки зрения микроскопических процессов, протекающих в мелко- и крупнозернистых конденсатах меди при циклической деформации, наблюда­ емое различие в их диссипативных свойствах можно связать с реализацией разных структурных механизмов поглощения энергии. Вместе с тем разра­ ботанные дислокационные модели внутреннего трения [2, 4, 5] или зерно­ граничной релаксации [17, 18] не позволяют объяснить совокупность полу­ ченных результатов - в особенности пороговый характер изменения харак­ теристик ДС в зависимости от размера зерен конденсатов. Указанные разли­ чия в механическом поведении, а также в диссипативных свойствах иссле­ дуемых конденсатов могут быть обусловлены не только разным размером зерен, но и разной внутризеренной структурой. Однако для обоснования такого предположения необходимы дополнительные структурные исследова­ ния конденсатов. Заклю чение. Анализ экспериментальных данных, полученных для конденсатов меди, показывает, что с уменьшением размера зерна в ме­ таллических конденсатах до субмикронного их диссипативные свойства могут существенно изменяться. Представляется важным, что при изменении структурного состояния материала может изменяться не только уровень демпфирования в целом, но и его зависимость от температуры. Так, при повышении температуры конденсатов с размером зерен 2 мкм и менее его значения существенно увеличиваются во всей области амплитуд деформа­ ций (10_4...10_3), тогда как для конденсатов с зерном большего размера увеличение наблюдается преимущественно в области больших амплитуд деформации. Следовательно, прогнозирование уровня поглощения механи­ ческой энергии в изделиях с покрытиями на основе характеристик ДС для используемых в качестве материала покрытий массивных материалов, микро­ структура которых отличается от микроструктуры осаждаемых покрытий с субмикронным зерном, может приводить к значительным ошибкам. Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках программы НАН Украины “Наносистемы. Наноматериалы. Нанотехнологии” (проект 16/06-Н). Авторы выражают благодарность Т. В. Мельниченко и Е. В. Фесюн за помощь в проведении микро структурных исследований конденсатов меди. Р е з ю м е Досліджено залежність дисипативних властивостей конденсатів міді від розміру зерна. Конденсати з розміром зерна 0,9-3,7 мкм отримували як покриття електронно-променевим осадженням міді з парової фази на тита­ нову підкладку. Осцилограми згасаючих зганальних коливань системи під- кладка-покриття реєстрували при частоті 140...150 Гц у температурній області 20...3 500С. Значення істинного логарифмічного декремента коли- 156 1&$М 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 2 Изучение диссипативных свойств однородных материалов вань для конденсатів міді визначали методом самоузгодженого розрахунку коефіцієнтів енергетичних втрат підкладки і покриття за запропонованим у повідомленні 1 методом. Показано, що амплітудні залежності істинного логарифмічного декремента коливань конденсатів міді за кімнатної і підви­ щеної температур значною мірою визначаються їх структурним станом. 1. Я ковлев А. П . Диссипативные свойства неоднородных материалов и систем. - Киев: Наук. думка, 1985. - 247 с. 2. Г оловин С. А ., П уш кар А ., Л еви н Д . М . Упругие и демпфирующие свойства конструкционных металлических материалов. - М.: Металлур­ гия, 1987. - 191 с. 3. Ф авст ов Ю . К ., Ш ульга Ю . Н ., Р ахш т адт А. Г . Металловедение высокодемпфирующих сплавов. - М.: Металлургия, 1980. - 271 с. 4. К ри ш т ал М . А ., Г оловин С. И . Внутреннее трение и структура метал­ лов. - М.: Металлургия, 1976. - 376 с. 5. М ехан и зм ы внутреннего трения в полупроводниковых и металличес­ ких материалах: Тр. совещ. под ред. Ф. Н. Тавадзе. - М.: Наука, 1972. - 179 с. 6. G oto H ., N ish in o Y., a n d A sa n o Sh. Effect of grain size on amplitude- dependent of internal friction in polycrystalline copper // J. Jap. Inst. Metals. - 1991. - 55, No. 8. - P. 848 - 852. 7. А н дри евский Р. А ., Г л езер А. М . Размерные эффекты в нанокристал- лических материалах. II. Механические и физические свойства // Физика металлов и металловедение. - 2000. - 89, № 1. - С. 91 - 112. 8. В алиев Р. 3 ., А л ексан дров И. В. Наноструктурные материалы, полу­ ченные интенсивной пластической деформацией. - М.: Логос, 2000. - 271 с. 9. У ст инов А. И ., С к ородзи евски й В. С ., К осен к о Н. С. Изучение дисси­ пативных свойств однородных материалов, осажденных в виде покры­ тий. Сообщ. 1. Метод определения амплитудной зависимости истин­ ного декремента колебаний материала покрытия // Пробл. прочности. - 2007. - № 6. - С. 134 - 143. 10. P a to n B. E. a n d M ovtch an B. A . Composite materials deposited from the vapour phase in vacuum. Soviet technologies review // Weld Surfacing. - 1991. - 2. - P. 43 - 64. 11. У ст инов А. И ., М овчан Б. А ., Л ем к е Ф ., С кородзи евски й В. С. Иссле­ дование демпфирующих свойств плоских образцов из титанового спла­ ва T i-6A l-4V с покрытиями из олова и иттрия // Пробл. прочности. - 2001. - № 4. - С. 55 - 61. 12. Thornton J. A . Influence of substrate temperature and deposition rate on structure of thick sputtered Cu coatings // J. Vacuum Sci. Technol. - 1975. - No. 12. - P. 830 - 847. 13. П и сарен ко Г. С ., Я ковл ев А. П ., М а т веев В. В. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов: Справочник. - Киев: Наук. думка, 1971. - С. 316 -317. ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2008, № 2 157 А. И. Устинов, В. С. Скородзиевский, Н. С. Косенко 14. Я ковлев А. П ., Р ой т м ан А. Б . Экспериментальные исследования демп­ фирующих свойств сплавов ВТ3-1 и ВТ8 со слоистыми металлически­ ми покрытиями // Пробл. прочности. - 1981. - № 12. - С. 66 - 68. 15. C h oi D a e-H a n a n d N ix W illiam D . Inelastic behavior of copper thin films on silicon substrates: Damping associated with dislocation // Acta Mater. - 2006. - 54. - P. 679 - 687. 16. П ан овко Я. Г . Введение в теорию механических колебаний. - М.: Наука, 1991. - 255 с. 17. К е Тин-Суй. Опытное доказательство вязкого поведения границ зерен в металлах // Упругость и неупругость металлов. - М.: Изд-во иностр. лит., 1954. - С. 198 - 222. 18. Г лей т ер Г ., Ч алм ерс Б. Большеугловые границы зерен. - М.: Мир, 1975. - 374 с. Поступила 25. 01 2007 158 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2008, № 2

Схожі ресурси