Файл: Ейльман, Л. С. Проводниковые материалы в электротехнике.pdf

Для образцов термически обработанных и выдержан­ ных в течение 8 ч имеем:

Сравнение функций Fi(x) и F2(x) показывает, что ам­ плитуда колебаний после термообработки выросла на порядок. Структура термически обработанной проволоки отличается большей неоднородностью, чем деформиро­ ванной. Деформированная проволока имеет текстуру во­ лочения, что обеспечивает, по-видимому, большую одно­ родность. Указанная выше неоднородность могла бы быть обусловлена нестабильностью процесса отжига, раз­ личиями в условиях отжига образцов. Если это предпо­ ложение верно, то последующий отжиг должен усилить неоднородность. Сравнение функций F2(x) и F3(x) этого не подтверждает.

Сравнение первых членов функций F{(x) и F2(x) по­ казывает, что электрическое сопротивление (после тер­ мообработки) уменьшается, что связано, по-видимому, е отжигом дислокаций. Функции F2(x) и F3(x) отличают­ ся практически только первыми членами, что объясняет­ ся началом взаимодиффузии компонентов и образовани­ ем сплава на грани раздела металлов.

При исследовании неоднородности проволоки анали­ зируются причины, изменяющие спектр дисперсии. При этом варьируются технологические параметры и устанав­ ливается зависимость каждого члена ряда Фурье от параметра, вызывающего его изменение. Таким образом, опектр дисперсий случайных функций содержит инфор­ мацию об источниках неоднородности проволоки,

127

14.СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПРОВОДНИКОВ

ИМЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЕЕ СОСТОЯНИЯ

При изготовлении большинства проводников осуществляется нанесение покрытий (обычно эмалевых). Лишь небольшое количество проводников используется без покрытий (например, голые провода для линий элек­ тропередачи или контактной сети электротранспорта).

Свойства поверхностей проводников, предназначен­ ных для нанесения покрытия, определяют надежность сцепления и качество покрытия. Поэтому изучение со­ стояния поверхности проводника и способов ее обработ­ ки является необходимым. Неудовлетворительное каче­ ство поверхности проводника заставляет нанести на его поверхность слой металла, обеспечивающий необходимые свойства, т. е. использовать биметаллы.

Состояние поверхности проводника после его произ­ водства обработкой давлением может быть различным. Поверхность всегда имеет шероховатость. После волоче­ ния через алмазные волоки шероховатость медной про­ волоки малых диаметров соответствует классу чистоты поверхности 12, стальной углеродистой проволоки клас­ сам 10—12 (в среднем 0,08 мкм). При волочении стали через твердосплавные волоки шероховатость соответст­ вует примерно классу чистоты поверхности 9. При ис­ пользовании трудно деформируемых металлов (ниобий и другие), способных налипать на инструмент (волоку), получается класс чистоты поверхности 6—8.

На поверхности проводников могут быть различные загрязнения: окислы и другие химические соединения; жиры масла и другие органические вещества; посторон­ ние твердые тела различного происхождения, остающие­ ся досле обработки или другим путем попадающие на поверхность (пыль, грязь, частицы металла). Кроме то­ го, сам проводник может иметь дефекты, вышедшие на поверхность при обработке давлением, в виде заусениц, раковин, отслоений, неметаллических включений, напри­ мер графитовых при волочении со смазкой, включающей графит, и т. п. Поверхность проводника адсорбирует также окружающие ее газы.

Загрязнение может быть сплошным (например, тон­ чайшая пленка окисла или технологической масляной смазки) и местным, т. е. в виде отдельных небольших участков, пятен, частиц. Контроль качества поверхности

128

проводников весьма сложен, так как природа загрязне­

ний различна.

Шероховатость поверхности можно определить с по­ мощью интерферометра Линника МИШ-4. Для этого про­ волоку следует намотать на плоский шаблон е рядовым расположением витков и по ширине интерференционных колец, наблюдаемых в микроскоп, на шаблоне рассчи­ тать шероховатость образца.

Наличие окисных пленок можно установить по изме­ нению цвета поверхности при сравнении со свежим сре­ зом металла. Весьма сложно выявить тончайшие жиро­ вые загрязнения. Иногда это удается сделать взвешива­ нием на точных аналитических весах и сравнением ре­ зультатов для отрезка проволоки до и после обработки обезжиривающим легкоиспаряющимся составом, напри­ мер эфиром.

Установить наличие жировых включений можно, ис­ пользуя реакцию жира со спиртом-ректификатом, прохо­ дящую с помутнением спирта. Малые количества жира можно обнаружить в составе спирта с помощью массопектрометра. Методом люминофорных индикаторов можно выявить жировые пятна площадью 2 мкм2.

При использовании метода измерения емкости двой­ ного слоя открываются возможности количественного определения микрозагрязнений проволоки органическими веществами. В основе современных методов измерения емкости двойного слоя лежит трактовка его как плоского конденсатора молекулярных размеров. Переменный ток проходит через границу фаз (раствор — металл) либо в виде емкостного тока, когда заряженные частицы не про­ ходят через границу раздела, а ток течет за счет заряда и разряда двойного электрического слоя или окислитель­ но-восстановительных процессов (фарадеевский ток).

При составлении электрической цепи, эквивалентной двойному электрическому слою, принимают, что сопро­ тивление фарадеевскому току и сопротивление от адсор­ бции включены параллельно.

Полное сопротивление двойного слоя представляет со­ бой сопротивление емкости слоя, которое практически не зависит от частоты в диапазоне 2—12 кгц; сопротивле­ ние фарадеевскому току зависит от частоты. Для того чтобы последнее сопротивление не маскировало полного сопротивления двойного слоя, обусловленного адсорбци­

ей органических веществ, подбирают раствор, где прак­ тически нет реакции с электродом.

Адсорбция органических веществ происходит в опре­

изучить полное сопротивление только одного измеряемо­ го электрода, необходимо чтобы размер поверхности у вспомогательного электрода был на порядок большим, чем у измеряемого. В этом случае сопротивлением вспо­ могательного электрода можно пренебречь и характери­ стики электрохимической ячейки будут определяться по существу только свойствами поверхности измеряемого электрода. Если на поверхности измеряемого электрода адсорбируются молекулы органических веществ, диэлек­ трическая проницаемость которых значительно отличает­ ся от диэлектрической проницаемости воды, то емкость двойного слоя резко изменяется.

Таким образом, эквивалентная схема полного сопро­ тивления в присутствии адсорбированных молекул орга­ нического вещества может быть представлена в виде двух параллельно соединенных конденсаторов, причем между обкладками одного из них находятся указанные молекулы, а между обкладками другого — молекулы воды.

Общая емкость этих конденсаторов определяется по

где Ci — емкость двойного слоя в водном растворе элек­ тролита с добавкой органического вещества в концентра­ ции, обеспечивающей его адсорбционное насыщение; Со — емкость двойного слоя в водном растворе электро­ лита; 0 — степень заполнения поверхности электрода ор­ ганическим веществом.

Таким образом, по изменению емкости двойного слоя вокруг исследуемой проволоки по сравнению с чистой проволокой можно судить о степени загрязнения ее по­ верхности органическими веществами.

Для измерения емкости использовался мост перемен­ ного тока Р-568 в комплекте с индикатором компенсации Ф-550 и генератором звуковой частоты ГЗ-ЗЗ. Для под­ держания постоянного потенциала исследуемого электро­ да (участка проволоки) использовался потенциостат П-5827. Структурная схема установки представлена на

130

рис. 33. Постоянное сопротивление 50 ком и конденсатор 10 мкф использовались для фильтрации высокочастотных

помех.

Все измерения проводились в специально сконстру­ ированной ячейке (рис. 34), в 'которой устанавливался измерительный электрод из платиновой сетки (электрод Фишера). Коаксиально помещался строго фиксирован-

ный по длине рабочий электрод (исследуемая проволо­ ка). Роль электрода сравнения выполнял 'насыщенный хлорсеребряный электрод типа ЭВЛ-1М. В качестве вспомогательного электрода использовалась платиновая проволока, запаянная в стекло. Для удаления кислорода исследуемый раствор непрерывно продувался азотом, который предварительно очищался от примесей кисло­ рода в нагретой до 300°С трубчатой печи, заполненной восстановленным медным порошком.

Рабочим электродом являлась проволока из нержаве­ ющей стали Х18Н9Т. Для предотвращения электродной реакции в качестве рабочего раствора был выбран 0,1 н. раствор КОН, для которого потенциал выделения водорода больше 1,2 в. Измерения емкости проводились в достаточно широком интервале потенциалов (0—1 в). Для .получения сравнительных данных рабочий электрод