В. И. СУРИН, А. А. МОРОЗОВ, П. В. ПОТАПОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКЗОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ
ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ СПЛАВА Pb – Sn
Рассмотрены результаты исследования тока экзоэлектронной эмиссии (ТЭЭ) при деформировании легкоплавкого Pb– Sn– сплава (ПОС–76) в условиях одноосного сжатия в интервале механических напряжений от нуля до 160 МПа. Экспериментально установлено заметное увеличение ТЭЭ до 5 нА при степени пластической деформации образца ~ 0,2.
Разработана методика и проведены исследования работы выхода электронов с поверхности металлических материалов в условиях одноосного сжатия. Эксперименты проводились на установке ХТМ [1] в условиях действия внешнего ускоряющего электрического поля. Если к поверхности деформируемого металла приложено внешнее электрическое поле, то вероятность туннельного прохождения электроном поверхностного потенциального барьера возрастает и величина эмиссионного тока становится приемлемой для проведения измерений.
Для измерения величины зазора между поверхностью образца и вершиной токоприемника использовалась оптическая система видеонаблюдения, оснащенная web-камерой. Величина воздушного зазора изменялась в пределах от 40 до 70 мкм. Результаты эксперимента регистрировались с помощью разработанной информационно–измерительной системы на базе ПК. В качестве подвижного токоприемника использовалась медная игла диаметром 0,5 мм с радиусом вершины порядка 10 мкм.
В работе исследовалась сила ТЭЭ при деформировании легкоплавкого сплава (ПОС–76) в зависимости от следующих параметров:
– величины сжимающего механического напряжения;
– величины зазора между образцом и токоприемником;
– величины и полярности внешнего ускоряющего напряжения.
Примененный в настоящей работе метод имеет много общего с методом статического конденсатора, впервые предложенного Дельхаром и др. (см. ссылку 19 к главе 4 в работе [2]). Испытуемый образец и токоприемник образуют конденсатор. В отличие от метода динамического конденсатора образец и токоприемник остаются неподвижными друг относительно друга на протяжении всего эксперимента. При деформировании определяется утечка заряда с конденсатора, обусловленная разностью потенциалов между проводниками. Однако, вместо внешней разности потенциалов, которая экспериментально подбирается для компенсации тока утечки в методе Дельхара и др., в настоящей работе была образована электрическая цепь, с включенным в нее цифровым амперметром для регистрации ТЭЭ.
Установлено, что при наличии воздушного зазора между поверхностью образца и вершиной иглы токоприемника возникает туннелирование электронов через поверхностный потенциальный барьер, а величина ТЭЭ зависит от величины сжимающего напряжения.
При деформации образца ~ 6·10–2 изменения ТЭЭ на уровне 0,05 нА наблюдались сразу же после приложения нагрузки (до 76 МПа) и включения переменного электрического напряжения (160 В). Выключение напряжения приводит к исчезновению тока, а повторное включение напряжения не вызывает появления ТЭЭ в измерительной цепи. Наибольшие изменения тока холодной эмиссии (до 5 нА) были зарегистрированы на предварительно деформированном образце до деформации 0,18. На временной диаграмме ТЭЭ наблюдаются скачки от 3 до 5 нА в момент увеличения механической нагрузки. Дальнейшие испытания образца при степени деформации более 0,2 показали, что профиль кривой изменения ТЭЭ от времени повторяет соответствующий профиль изменения деформации образца от времени, а значения ТЭЭ возрастали в три раза по сравнению с начальным значением до деформирования.
Исследования проведены в рамках НИР по разработке бесконтактного метода неразрушающего контроля при деформировании металлических материалов.
Список литературы
1. , , Капралов для получения и исследования равновесных трещин// Методы и средства исследования материалов и конструкций, работающих под воздействием радиации., М: Атомиздат, 1973, вып.1, с.81–84.
2. Поверхностные свойства твердых тел. Пер. с англ., под редакцией , М: Мир, 1972, С.432.
