технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Бавыкин О.Б., Вячеславова О.Ф.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)»

Влияние фрактальной размерности на свойства поверхности

В последнее время появилась тенденция описывать свойства поверхности, полученной нетрадиционными методами обработки, с помощью теории фракталов [1].

Например, в работе [2] показала зависимость фрактальной размерности и триботехнических характеристик (в частности – коэффициента трения) алмазноподобных покрытий после разного числа циклов трения. В то же время, авторы не выявили корреляций между параметром шероховатости Ra и коэффициентом трения от числа циклов испытаний.

В работах [3, 4] в ходе экспериментальных исследований были получены зависимости фрактальной размерности поверхности полимерных образцов от вязко-упругих характеристик наполненного полимера (смолы ЭД-20).

В работе [5] выполнен фрактальный анализ поверхности вольфрама, которая была обработана процессом электрохимического растворения в системе вода - моноэтаноламин (МЭА) - хлорид натрия. Полученные атворами результаты свидетельствуют о том, что при увеличении концентрации МЭА фрактальная размерность поверхности металла снижается, то есть скорость растравливания поверхности уменьшается.

В работе [6] для полимеров, синтезируемых в тлеющем разряде пониженного давления, было обнаружено, что величина фрактальной размерности и толщина формируемого полимера взаимосвязаны – снижение толщины характеризуется уменьшением значения параметра D.

В серии экспериментов [7] образцы мартенситной стали марки 300 были подвержены тепловой обработке при разной температуре. На следующей стадии измерялось количество энергии, которую необходимо вложить, чтобы разрушить образцы, и определялась фрактальная размерность поверхности разлома. Было установлено, что фрактальные размерности, заключенные в пределах 2,1-2,28, линейно зависят от вложенной энергии. Таким образом, увеличение значений фрактальной размерности способствует повышению долговечности металлов и сплавов ввиду того, что развитая «изрезанная» граница зерна распределяет нагрузку более равномерно, амортизируя её.

Анализируя все отмеченные выше взаимосвязи фрактальной размерности и свойств поверхности, можно выделить характер корреляции для каждого случая (таблица 1).

Таблица 1 – Взаимосвязь фрактальной размерности и свойств поверхности

Отмеченный в таблице 1 характер корреляции фрактальной размерности и свойств поверхности дают основания для разработки многомерной шкалы [8]. Это позволит, имея на выходе один параметр (фрактальную размерность), адекватно оценивать структурно-динамические характеристики поверхности и при необходимости менять параметры режима обработки в соответствии с заданными требованиями.

Литература:

1. Потапов А.А., Булавкин В.В., Герман В.А., Вячеславова О.Ф. Исследование микрорельефа обработанных поверхностей с помощью методов фрактальных сигнатур // ЖТФ. 2005. Т. 75, № 5. С. 28 – 45.

2. Киселевский О.С. Методика мультифрактального анализа поверхнотей по данным атомно-силовой микроскопии // БелСЗМ, № 4, 2000. – С. 31-40.

3. Рогалев А.В. Прогнозирование свойств композиционного мате-риала, наполненного наноразмерными частицами в рамках фрактально-кластерного подхода / А.В. Рогалев, С.А. Хвостов, Е.С. Ананьева, В.Б. Маркин // Ползуновский вестник. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. №3. – С. 98–104.

4. Рогалев А.В. Влияние ультрадисперсных частиц на формирование структуры и уровень эксплуатационных свойств КМ: автореф . дис. кан. техн. наук. – Барнаул, 2007. – 18 с.

5. Носков А.В., Балмасов А.В., Козлова Н.Б., Лилин С.А. Фрактальные свойства поверхности вольфрама по данным импедансной спектроскопии границы раздела металл-раствор // Журн. физ. химии. 2003. Т. 77. С. 2081.

6. Сафонов А.А. Кинетика формирования и свойства нано- и микроструктур полимеров, синтезируемых в тлеющем разряде пониженного давления в парах адамантана и его производных: автореф. дис. кан. техн. наук. – Самара, 2012. – 20 с.

7. Mandelbrot B.B., Passoja D.E., Paullay A.J., Fractal character of fracture surfaces of metals. Nature, v. 308, n. 19, April, p. 721-722, 1984.

8. 11. Бавыкин О.Б. Оценка качества поверхности машиностроительных изделий на основе комплексного подхода с применением многомерной шкалы // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2012. Т. 1. № 1. С. 139-142.