filebar
Методические пособия по сварочным работам

Структура металлической поверхности

Идеально чистая (ювенильная) металлическая поверхность, свободная от оксидных пленок и адсорбированных слоев жидкостных и газовых молекул, может быть создана только в глубоком вакууме. Над металлической поверхностью в данном случае существует облако непрерывно движущихся свободных электронов, покидающих металл и снова возвращающихся в него. Благодаря этому процессу поверхность металла покрывается двойным электрическим слоем: минус — облако электронов и плюс—дырки верхних слоев металла (за счет покинувших металл свободных электронов). Плотность электрического заряда двойного электрического слоя непостоянна по всей поверхности и зависит от ее микрогеометрии. Наибольший потенциал концентрируется на остриях микровыступов.

Идеально чистая металлическая поверхность может создаваться не только в вакууме. Она существует короткие моменты времени (малые доли секунды) в изломе металла или в первые мгновения после его механической обработки. На воздухе все микровыступы и впадины металлической поверхности мгновенно покрываются оксидными пленками, а также слоями адсорбированных молекул воды, газов и жировых веществ. Толщина и последовательность расположения наслоений может быть различной в зависимости от состава внешней среды. Однако первым слоем на чистом металле обычно является оксидная пленка.

Оксидный слой, непосредственно прилегающий к металлу, представляет собой весьма рыхлое покрытие, структурно только еще подстраивающееся под кристаллическую решетку металла. По мере роста оксидного слоя упорядочивается его кристаллическое строение и уменьшается скорость его образования, поскольку сам оксидный слой служит преградой для движения металлических катионов и кислородных молекул навстречу друг другу.

Оксидный слой сохраняет на границе с металлом отрицательный потенциал против положительного потенциала самого металла. Наружный слой оксидного покрытия становится электро-положительным; он адсорбирует на себя электроотрицательный слой кислорода, который уже не находит химических связей ввиду отсутствия свободных катионов металла. Таким образом, окисленный металл покрывается двумя двойными электрическими слоями; такова его типовая электрическая структура. Кроме оксидных пленок, металлические поверхности всегда покрыты жировыми, газовыми молекулами и парами воды. Толщина таких покрытий различна. Например, пленка паров воды составляет 50—100 молекул. Жировые слои получаются еще большей толщины. После промывки замасленного металла бензином слой органических молекул составляет 1—5 мкм и только при особо тщательной обработке растворителями сохраняется жировая пленка толщиной 10—100 молекул. Полностью удалить масляные покрытия с металла практически невозможно никакими растворителями, поскольку адсорбционная связь жировых молекул и металла представляет собой связь чисто электрическую. В этом случае полярные жировые молекулы образуют с металлом двойной электрический слой, что и обеспечивает весьма прочную связь металла и пленки одномолекулярной толщины.

Жировые молекулы обладают еще одним важнейшим свойством глубоко проникать во все микротрещины на поверхности металла. При этом одномолекулярные жировые слои внутри щелей оказывают сильнейшее расклинивающее давление. Например, в вершинах щелей шириной порядка 10"5 мм распорное давление жировых молекул может достигать величин, близких к пределу текучести.

После механической зачистки металлической поверхности (шлифование камнем, шкуркой, токарная, фрезерная и т. п. виды обработки) в атмосфере сухого воздуха на металле обра-зуется оксидная пленка (через определенный промежуток вре-мени) приблизительно следующей толщины.

В дальнейшем оксидные наслоения растут весьма медленно толькопри условиях или непрерываемых механических повреж-дений пленки, или нагрева металла, или какой-либо другой активизации окружающей среды и самой поверхности металла. Толщину оксидных пленок визуально определять невозможно. Однако установлено, что толщина невидимых, т. е. вполне прозрачных, оксидных пленок на механически обработанных поверхностях не превышает 3-10®см. Цвета побежалости на стальных деталях составляют слой толщиной (4 -ь50) 10® см, а вполне заметная окалина измеряется толщиной уже более 5-10~6 см.

Яндекс.Метрика