Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием
Исследовано влияние электрического потенциала, который возникает при электрическом контакте двух металлических тел с разной работой выхода электрона, на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием. Показано, что приложение внешнего электрического потенциала к об...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2017
|
| Назва видання: | Журнал физики и инженерии поверхности |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122607 |
| 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: | Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием / С.В. Сейдаметов, С.В. Лоскутов, М.О. Щетинина // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2017. — Т. 2, № 1. — С. 33-37. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-122607 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1226072017-07-16T03:03:26Z Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием Сейдаметов, С.В. Лоскутов, С.В. Щетинина, М.О. Исследовано влияние электрического потенциала, который возникает при электрическом контакте двух металлических тел с разной работой выхода электрона, на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием. Показано, что приложение внешнего электрического потенциала к образцам из алюминия во время индентирования приводит к снижению деформирующего усилия до 19 %. Досліджено вплив електричного потенціалу, який виникає при електричному контакті двох металевих тіл з різною роботою виходу електрона, на процес деформування алюмінію в умовах випробувань кінетичним індентуванням. Показано, що подача зовнішнього електричного потенціалу до зразків з алюмінію призводить до зниження деформуючого зусилля до 19 %. The influence of an electrical potential which occurs at electrical contact between two metal bodies with different work function, on deformation of aluminum at tests by kinetic indentation was studied. It was shown that the application of an external electric potential to the samples of aluminum decreases the deforming force up to 19 %. 2017 Article Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием / С.В. Сейдаметов, С.В. Лоскутов, М.О. Щетинина // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2017. — Т. 2, № 1. — С. 33-37. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2519-2485 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122607 537.311.4:537.29:539.374 ru Журнал физики и инженерии поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Исследовано влияние электрического потенциала, который возникает при электрическом контакте двух металлических тел с разной работой выхода электрона, на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием. Показано, что приложение внешнего электрического потенциала к образцам из алюминия во время индентирования приводит к снижению деформирующего усилия до 19 %. |
| format |
Article |
| author |
Сейдаметов, С.В. Лоскутов, С.В. Щетинина, М.О. |
| spellingShingle |
Сейдаметов, С.В. Лоскутов, С.В. Щетинина, М.О. Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием Журнал физики и инженерии поверхности |
| author_facet |
Сейдаметов, С.В. Лоскутов, С.В. Щетинина, М.О. |
| author_sort |
Сейдаметов, С.В. |
| title |
Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием |
| title_short |
Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием |
| title_full |
Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием |
| title_fullStr |
Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием |
| title_full_unstemmed |
Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием |
| title_sort |
влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием |
| publisher |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122607 |
| citation_txt |
Влияние электрического потенциала на процесс деформирования алюминия в условиях испытаний кинетическим индентированием / С.В. Сейдаметов, С.В. Лоскутов, М.О. Щетинина // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2017. — Т. 2, № 1. — С. 33-37. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Журнал физики и инженерии поверхности |
| work_keys_str_mv |
AT sejdametovsv vliânieélektričeskogopotencialanaprocessdeformirovaniâalûminiâvusloviâhispytanijkinetičeskimindentirovaniem AT loskutovsv vliânieélektričeskogopotencialanaprocessdeformirovaniâalûminiâvusloviâhispytanijkinetičeskimindentirovaniem AT ŝetininamo vliânieélektričeskogopotencialanaprocessdeformirovaniâalûminiâvusloviâhispytanijkinetičeskimindentirovaniem |
| first_indexed |
2025-07-08T22:02:44Z |
| last_indexed |
2025-07-08T22:02:44Z |
| _version_ |
1837118663418707968 |
| fulltext |
Сейдаметов С. В., Лоскутов С. В., Щетинина М. О., 2017 © 33
Журнал фізики та інженерії поверхні, 2017, том 2, № 1, сс. 33–37; Журнал физики и инженерии поверхности, 2016, том 2, № 1, сс. 33–37;
Journal of Surface Physics and Engineering, 2016, vol. 2, No. 1, pp. 33–37
УДК 537.311.4:537.29:539.374
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
НА ПРОЦЕСС ДЕФОРМИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ
В УСЛОВИЯХ ИСПЫТАНИЙ КИНЕТИЧЕСКИМ ИНДЕНТИРОВАНИЕМ
С. В. Сейдаметов, С. В. Лоскутов, М. О. Щетинина
Запорожский национальный технический университет,
Запорожье, Украина
Поступила в редакцию 27.03.2017
Исследовано влияние электрического потенциала, который возникает при электрическом контакте
двух металлических тел с разной работой выхода электрона, на процесс деформирования алюми-
ния в условиях испытаний кинетическим индентированием. Показано, что приложение внешнего
электрического потенциала к образцам из алюминия во время индентирования приводит к сниже-
нию деформирующего усилия до 19 %.
Ключевые слова: индентирование, контактное электрическое сопротивление, электрический
потенциал.
ВПЛИВ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ
НА ПРОЦЕС ДЕФОРМУВАННЯ АЛЮМІНІЮ
В УМОВАХ ВИПРОБУВАНЬ КІНЕТИЧНИМ ІНДЕНТУВАННЯМ
С. В. Сейдаметов, С. В. Лоскутов, М. О. Щетініна
Досліджено вплив електричного потенціалу, який виникає при електричному контакті двох мета-
левих тіл з різною роботою виходу електрона, на процес деформування алюмінію в умовах випро-
бувань кінетичним індентуванням. Показано, що подача зовнішнього електричного потенціалу до
зразків з алюмінію призводить до зниження деформуючого зусилля до 19 %.
Ключові слова: індентування, контактний електричний опір, електричний потенціал.
THE INFLUENCE OF ELECTRICAL POTENTIAL
ON DEFORMATION PROCESS OF ALUMINIUM
AT TESTS BY KINETIC INDENTATION
S. V. Seidametov, S. V. Loskutov, M. O. Schetinina
The influence of an electrical potential which occurs at electrical contact between two metal bodies
with different work function, on deformation of aluminum at tests by kinetic indentation was studied.
It was shown that the application of an external electric potential to the samples of aluminum
decreases the deforming force up to 19 %.
Keywords: indentation, contact electrical resistance, electrical potential.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из первых работ, в которой было обна-
ружено влияние электрического потенциала
на пластическую деформацию металлов, яв-
ляется работа Кишкина C. Т. и Клыпина А. А.
[1]. Авторами была установлена зависимость
скорости ползучести металлов от изменения
электрического потенциала. В работе [2] ис-
следовали влияние на скорость ползучести
алюминия электрического потенциала, по-
даваемого на образец, и потенциала, возни-
кающего вследствие контактной разности
потенциалов при подсоединении различных
металлов с разной работой выхода электрона.
Было обнаружено влияние обоих типов
электрического воздействия на изменение
относительной скорости ползучести алюми-
ния. Исследование влияния электрического
потенциала на микротвердость образцов из
алюминия, циркония и кремнистого железа
представлено в работе [3]. Авторы работы
отмечают возможность существенного из-
менения микротвердости (до 15 %) за счет
так называемого электрокапиллярного
эффекта. Поскольку механические свойства
металлов во многом определяются состоя-
нием поверхности, можно ожидать, что из-
менение плотности поверхностной энергии,
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА ПРОЦЕСС ДЕФОРМИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ В УСЛОВИЯХ...
34 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 1, vol. 2, No. 1
которая вызвана электрическим по -
тенциалом, может приводить к измене-
нию макропластических характеристик
металлов. Представляется интересным про-
вести исследования влияния электрического
потенциала, который возникает при
электрическом контакте двух металли-
ческих тел с различной работой выхода
электрона, на процесс деформирования ме-
таллов в условиях испытаний кинетическим
индентированием.
УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
В качестве материала для испытаний ки-
нетическим индентированием был выбран
технический алюминий. Использовали
образцы с размерами 75 × 10 × 5 mm3. Диа-
метр сферического индентора из стали марки
ШХ15 составлял 12,7 mm. В качестве мета-
лла, который электрически соединялся с об-
разцами из алюминия, была выбрана медь
(табл. 1).
Исследование влияния электрического по-
тенциала на процесс деформирования алю-
миния в условиях испытаний кинетическим
индентированием проводилось методом
измерения контактного электрического со-
противления на специально разработанной
и изготовленной экспериментальной уста-
новке, функциональная схема которой при-
ведена в работе [4]. Измерялись следующие
параметры: контактное электрическое со-
противление Rк, нагрузка P на сферический
индентор.
Схема подачи электрического потенциа-
ла на образец из алюминия при испытаниях
кинетическим индентированием представле-
на на рис. 1. Электрический контакт между
образцами во всех экспериментах осущест-
влялся медным проводом диаметром 0,5 mm
и длиной 700 mm.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование влияния электрического по-
тенциала на процесс деформирования
проводилось на основе анализа графиков
зависимостей контактной проводимости
1/Rк от величины нагрузки P в процессе упру-
го-пластического деформирования контак-
тного сопряжения «образец — сферический
индентор». На рис. 2 представлена типич-
ная кривая нагружения образцов из алю-
миния с периодической подачей внешнего
электрического потенциала. Максимальная
абсолютная погрешность, допущенная при
измерениях контактной проводимости 1/Rк,
составляла 2 × 10–5 Om–1. Как видно из графи-
ка, подача внешнего электрического потен-
циала к образцу во время индентирования
Таблица 1
Линейные размеры и масса медных образцов
Номер
медного
образца
Форма Масса m, g Линейные размеры
1 Цилиндр 389 D = 30 mm, h = 88 mm
2 Диск 232 D = 110 mm, h = 3 mm
3 Параллелепипед 15 a = 35 mm, b = 10 mm, c = 6 mm
Al Cu
P
Рис. 1. Блок-схема узла экспериментальной установки
0,009
0,008
0,007
1/
R
к,
О
m
–1
0,006
0,005
0,004
0,003
0,002
0,001
0
0 0,1 0,2
Нагрузка P, kN
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
3
2
1
Рис. 2. Кривые нагружения алюминия с периодической
подачей внешнего электрического потенциала. Участки
1, 3 — без потенциала; участок 2 — с потенциалом
С. В. СЕЙДАМЕТОВ, С. В. ЛОСКУТОВ, М. О. ЩЕТИНИНА
35ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 1, vol. 2, No. 1
приводит к изломам на кривой нагружения,
что свидетельствует об изменении кинетики
деформирования.
Для количественной оценки вклада
электрического потенциала были рассчитаны
значения нагрузки, которые необходимо при-
ложить к образцам на участках индентиро-
вания с потенциалом и без потенциала для
того, чтобы получить одинаковое значение
Rк, которое обратно пропорционально фак-
тической площади контакта [5], рис. 3.
Анализируя графические характеристики
кинетического индентирования, был сделан
вывод, что электрический потенциал на кон-
тактном сопряжении, наведенный медными
образцами, приводит к снижению деформи-
рующего усилия на ΔP = 0,11, 0,14 и 0,03 kN
соответственно (табл. 2).
Обнаруженные закономерности увели-
чения пластичности алюминия при подаче
электрического потенциала можно объяснить
следующим образом. При установлении
электрического контакта между алюминием
и медью начнется обмен электронами, на-
правление которого определяется значения-
ми работы выхода электрона φ из металла.
Значение φ для меди больше, чем для алю-
миния [7]. После выравнивания энергий
Ферми в обоих металлах и установления
термодинамического равновесия на поверх-
ности алюминия возникнет избыточный
положительный заряд, на поверхнос-
ти меди — избыточный отрицательный.
Энергетические уровни алюминия при этом
опустятся, а меди поднимутся (рис. 4).
Как известно, работа выхода электрона из
металла определяется разностью высоты по-
тенциального барьера и энергии Ферми [8].
Таким образом, понижение уровня Ферми
алюминия, вызванное подачей потенциала,
приведет к понижению потенциального ба-
рьера для выхода на поверхность скользящих
дислокаций. Предложенный механизм увели-
чения пластичности алюминия согласуется
с результатами работ [3,6].
Влияние массы подключаемых медных об-
разцов на процесс деформирования можно
объяснить тем, что с увеличением массы об-
разцов увеличивается площадь их поверхнос-
ти. Чем больше площадь поверхности, тем
больше ее емкость и тем больше свободных
электронов от алюминия может перейти
0,009
0,008
0,007
1/
R
к,
O
m
–1
0,006
0,005
0,004
0,003
0,002
0,2 0,3
Нагрузка Р, kN
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Pφ = 0,65 Р = 0,76
без потенциала
с потенциалом
Рис. 3. Два типичных участка нагружения алюминия во
внешнем электрическом поле (заштрихованные мар-
керы) и без поля (незаштрихованные маркеры) для ко-
личественной оценки вклада внешнего элек трического
потенциала
Таблица 2
Влияние электрического потенциала на изменение деформирующего усилия
Номер
медного
образца
ΔP, kN Относительное изменение
деформирующего усилия ε, %
1 0,11 15
2 0,14 19
3 0,03 6
Al 1
B1
φ1 E1
F E2
F
a
B2
φ2 E1
F
B1
б
φ1
eUk
E2
F
B2φ2
Cu
Ek 21AlCu2
d d
Рис. 4. Схема формирования контактной разности
потенциалов; а — отсутствие и б — наличие элек-
трического контакта между образцами
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА ПРОЦЕСС ДЕФОРМИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ В УСЛОВИЯХ...
36 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 1, vol. 2, No. 1
к меди. В соответствии с формулой для по-
верхностной энергии γ [9]:
–3 21,885 10
z
R
,
(где z — число свободных электронов, R —
атомный радиус), чем меньше свободных
электронов у алюминия, тем меньше по-
верхностная энергия и, соответственно,
потенциальный барьер для выхода дислока-
ций на поверхность.
ВЫВОДЫ
Исследовано влияние электрического потен-
циала, который возникает при электрическом
контакте медных и алюминиевых образцов,
на процесс деформирования алюминия
в условиях испытаний кинетическим ин-
дентированием. Показано, что приложение
внешнего электрического потенциала к об-
разцам из алюминия во время индентирова-
ния приводит к снижению деформирующего
усилия до 19 %. Увеличения пластичности
алюминия при подаче электрического потен-
циала объясняется уменьшением плотности
поверхностной энергии образцов, что при-
водит к снижению потенциального барье-
ра для выхода на поверхность скользящих
дислокаций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кишкин C. Т., Клыпин А. А. Эффект элек-
трического и магнитного воздействия на
ползучесть металлов и сплавов // ДАН
СССР. — 1973. — Т. 211, № 2. — С. 325–329.
2. Коновалов С. В., Данилов В. И., Зуев Л. Б.,
Филипьев Р. А., Громов В. Е. О влиянии
электрического потенциала на скорость
ползучести алюминия // Физика твердого
тела. — 2007. — Т. 49, № 8. — С. 1389–1391.
3. Зуев Л. В., Данилов В. И., Коновалов С. В.,
Филипьев Р. А., Громов В. Е. О влиянии
контактной разности потенциалов и элек-
трического потенциала на микротвердость
металлов // Физика твердого тела. — 2009. —
Т. 51, вып. 6. — С. 1077–1080.
4. Сейдаметов С. В., Лоскутов С. В., Щети-
нина М. О. Магнитопластический эффект
в условиях испытаний на кинетическое ин-
дентирование // Металлофизика и новейшие
технологии. — 2015. — Т. 37, № 5. —
С. 615–624.
5. Способ определения фактической площади
касания сопряженных токопроводящих де-
талей: А. с. № 1430820 СССР, G01N3/56 /
В. В. Левитин, С. В. Лоскутов. — 1973.
6. Зуев Л. Б., Данилов В. И., Филипьев Р. А.
О вариациях механических характеристик
металлов при действии электрического по-
тенциала // Металлы. — 2010. — № 4. —
С. 39–45.
7. Фоменко В. С. Эмиссионные свойства ма-
териалов // Киев: Наукова думка, 1981. —
339 с.
8. Мамонова М. В., Прудников В. В, Прудни-
кова И. А. Физика поверхности. Теоретичес-
кие модели и экспериментальные методы //
М.: Физматлит, 2011. — 400 с.
9. Мусохранов М. В., Антонюк Ф. И., Калмы-
ков В. В. Определение значения поверхност-
ной энергии через работу выхода электрона
// Современные проблемы науки и образова-
ния. — 2014. — № 6.
REFERENCES
1. Kishkin C. T., Klypin A. A. Effekt elek-
tricheskogo i magnitnogo vozdejstviya na
polzuchest’ metallov i splavov // DAN SSSR. —
1973. — Vol. 211, No. 2. — P. 325–329.
2. Konovalov S. V., Danilov V. I., Zuev L. B.,
Filip’ev R. A., Gromov V. E. O vliyanii elek-
tricheskogo potenciala na skorost’ polzuchesti
alyuminiya // Fizika tverdogo tela. — 2007. —
Vol. 49, No. 8. — P. 1389–1391.
3. Zuev L. V., Danilov V. I., Konovalov S. V.,
Filip’ev R. A., Gromov V. E. O vliyanii kon-
taktnoj raznosti potencialov i elektricheskogo
potenciala na mikrotverdost’ metallov // Fizika
tverdogo tela. — 2009. — Vol. 51, vyp. 6. —
P. 1077–1080.
4. Sejdametov S. V., Loskutov S. V., Sche-
tinina M. O. Magnitoplasticheskij effekt
v usloviyah ispytanij na kineticheskoe
indentirovanie // Metallofizika i novejshie
tehnologii. — 2015. — Vol. 37, No. 5. —
P. 615–624.
5. Sposob opredeleniya fakticheskoj ploschadi
kasaniya sopryazhennyh tokoprovodyaschih
detalej: A. s. № 1430820 SSSR, G01N3/56 /
V. V. Levitin, S. V. Loskutov. — 1973.
6. Zuev L. B., Danilov V. I., Filip’ev R. A.
С. В. СЕЙДАМЕТОВ, С. В. ЛОСКУТОВ, М. О. ЩЕТИНИНА
37ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 1, vol. 2, No. 1
O variaciyah mehanicheskih harakteristik
metallov pri dejstvii elektricheskogo poten-
ciala // Metally. — 2010. — No. 4. — P. 39–45.
7. Fomenko V. S. Emissionnye svojstva materi-
alov // Kiev: Naukova dumka, 1981. — 339 p.
8. Mamonova M. V., Prudnikov V. V, Prud-
nikova I. A. Fizika poverhnosti. Teoreticheskie
modeli i eksperimental’nye metody // M.:
Fizmatlit, 2011. — 400 p.
9. Musohranov M. V., Antonyuk F. I., Kal-
mykov V. V. Opredelenie znacheniya
poverhnostnoj energii cherez rabotu vyhoda
elektrona // Sovremennye problemy nauki
i obrazovaniya. — 2014. — No. 6.
|