Помощь студентам в учебе
Трёхмерная электронно-лучевая модификация поверхности металлов
|
Введение 12
1 Литературный обзор 14
2 Материалы и методы исследования 30
2.1 Материалы 30
2.2 Электронно-лучевая технология, как метод поверхностной 32
модификации металлов и сплавов
2.3 Испытание на растяжение 34
2.3.1 Подготовка образцов для испытания 35
2.3.2 Определение предела прочности (временного 36
сопротивления)
2.3.3 Определение удлинения 37
2.4 Методы контроля адгезионной прочности газотермических покрытий
2.4.1 Метод испытания на отрыв 37
2.4.2 Метод царапания алмазным наконечником 39
2.5 Определение открытой пористости покрытия 40
гидростатическим методом
3 Экспериментальная часть 42
3.1 Формирование импульсным электронным пучком периодических структур на образцах из металлов и сплавов
3.2 Исследование влияния топографии поверхностных слоев металлических материалов на их прочностные характеристики
3.3 Исследование адгезионной прочности опытных образцов с газотермическими покрытиями, нанесенными на металлические подложки с игольчатой структурой, сформированной посредством комплексной электронно¬лучевой модификации
3.4 Исследование полученных неразъёмных соединений типа: металл-металл
3.5 Выводы по разделу 56
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения исследований с позиции ресурсоэффективности
и ресурсосбережения
4.1.1 Потенциальные потребители результатов 61
исследования
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 61
4.1.3 SWOT-анализ 64
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 68
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 68
4.2.2 Определение трудоёмкости выполнения работ и 69
разработка графика проведения исследований
4.3 Бюджет научно-технического исследования 73
4.3.1 Расчет материальных затрат научно-технического 73
исследования
4.3.2 Расчет амортизации специального оборудования 74
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей проекта 74
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей 76
проекта
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды 76
4.3.6 Накладные расходы 77
4.3.7 Формирование бюджета затрат НТИ 77
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования
4.5 Выводы по разделу 81
5 Социальная ответственность 82
Введение 84
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
5.2. Производственная безопасность 87
5.3 Экологическая безопасность 95
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 98
5.5 Выводы по разделу «Социальная ответственность» 100
Заключение 102
Список публикаций студента 104
Список использованных источников 105
Приложение А 110
1 Литературный обзор 14
2 Материалы и методы исследования 30
2.1 Материалы 30
2.2 Электронно-лучевая технология, как метод поверхностной 32
модификации металлов и сплавов
2.3 Испытание на растяжение 34
2.3.1 Подготовка образцов для испытания 35
2.3.2 Определение предела прочности (временного 36
сопротивления)
2.3.3 Определение удлинения 37
2.4 Методы контроля адгезионной прочности газотермических покрытий
2.4.1 Метод испытания на отрыв 37
2.4.2 Метод царапания алмазным наконечником 39
2.5 Определение открытой пористости покрытия 40
гидростатическим методом
3 Экспериментальная часть 42
3.1 Формирование импульсным электронным пучком периодических структур на образцах из металлов и сплавов
3.2 Исследование влияния топографии поверхностных слоев металлических материалов на их прочностные характеристики
3.3 Исследование адгезионной прочности опытных образцов с газотермическими покрытиями, нанесенными на металлические подложки с игольчатой структурой, сформированной посредством комплексной электронно¬лучевой модификации
3.4 Исследование полученных неразъёмных соединений типа: металл-металл
3.5 Выводы по разделу 56
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения исследований с позиции ресурсоэффективности
и ресурсосбережения
4.1.1 Потенциальные потребители результатов 61
исследования
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 61
4.1.3 SWOT-анализ 64
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 68
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 68
4.2.2 Определение трудоёмкости выполнения работ и 69
разработка графика проведения исследований
4.3 Бюджет научно-технического исследования 73
4.3.1 Расчет материальных затрат научно-технического 73
исследования
4.3.2 Расчет амортизации специального оборудования 74
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей проекта 74
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей 76
проекта
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды 76
4.3.6 Накладные расходы 77
4.3.7 Формирование бюджета затрат НТИ 77
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования
4.5 Выводы по разделу 81
5 Социальная ответственность 82
Введение 84
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
5.2. Производственная безопасность 87
5.3 Экологическая безопасность 95
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 98
5.5 Выводы по разделу «Социальная ответственность» 100
Заключение 102
Список публикаций студента 104
Список использованных источников 105
Приложение А 110
Новые материалы, появляющиеся вследствие стремления к совершенствованию существующих конструкций и изделий, открывают возможности для реализации перспективных конструктивных решений и технологических процессов. В настоящее время перспективы прогресса во всех отраслях производства неразрывно связаны с разработкой и широким внедрением новых материалов со специальными свойствами в производство.
Разработки и исследования отечественных и зарубежных ученых показали большие перспективы получения новых свойств у известных материалов модифицировав лишь их поверхность.
К настоящему времени создано большое число методов поверхностной обработки материалов, позволяющих управлять составом, структурой и свойствами поверхностных слоев.
Все технологические методы инженерии поверхности можно разделить на следующие группы:
1. изменение физико-химических свойств поверхностных слоев основного материала изделия методами модифицирования;
2. нанесение пленок, покрытий и защитных слоев;
3. комбинированные, сочетающие методы модифицирования и нанесения покрытий;
4. управление микротопографией поверхностей.
Наиболее перспективным направлением современных исследований по разработке высокоэффективных методов модифицирования поверхностных свойств материалов является трехмерная инженерия поверхности. Один из возможных подходов к решению данной проблемы состоит в формировании импульсным электронным пучком периодических поверхностных структур с заданными параметрами. При такой обработке существует возможность достижения изменения топографии поверхности, состава, микроструктуры и свойств материалов в приповерхностных слоях, толщиной от сотых долей до нескольких миллиметров. Эти технологии начали развиваться в Европе благодаря разработке оцифрованных автоматизированных систем управления мощностью электронного пучка и синхронизации с его пространственным положением.
Преимуществами материалов с модифицированной поверхностью и покрытий, нанесенных на подложки с развитой рельефной структурой, являются: повышенные прочностные характеристики и адгезионная (когезионная) стойкость покрытий в процессе деформации и высоких контактных давлений; возможность конструирования поверхностей, работающих с минимальным износом в парах трения в зависимости от условий эксплуатации.
Для реализации новых ультрасовременных технологий необходимо уникальное электронно-лучевое оборудование, которое, в настоящее время, разрабатывается и изготавливается в Томске компанией ООО НПК «ЛучЭнергоПром».
Целью данной работы является формирование импульсным электронным пучком периодических структур на образцах из металлов и сплавов и исследование их влияния на прочностные свойства материалов и адгезионную прочность газотермических покрытий.
Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:
> получить опытные образцы из материалов и сплавов посредством технологии электронно-лучевого текстурирования поверхности;
> исследовать адгезионную прочность газотермических покрытий в зависимости от наличия предобработки импульсным электронным пучком материала подложки;
> исследовать влияние модификации поверхностных слоев металлических материалов на их прочностные характеристики.
Разработки и исследования отечественных и зарубежных ученых показали большие перспективы получения новых свойств у известных материалов модифицировав лишь их поверхность.
К настоящему времени создано большое число методов поверхностной обработки материалов, позволяющих управлять составом, структурой и свойствами поверхностных слоев.
Все технологические методы инженерии поверхности можно разделить на следующие группы:
1. изменение физико-химических свойств поверхностных слоев основного материала изделия методами модифицирования;
2. нанесение пленок, покрытий и защитных слоев;
3. комбинированные, сочетающие методы модифицирования и нанесения покрытий;
4. управление микротопографией поверхностей.
Наиболее перспективным направлением современных исследований по разработке высокоэффективных методов модифицирования поверхностных свойств материалов является трехмерная инженерия поверхности. Один из возможных подходов к решению данной проблемы состоит в формировании импульсным электронным пучком периодических поверхностных структур с заданными параметрами. При такой обработке существует возможность достижения изменения топографии поверхности, состава, микроструктуры и свойств материалов в приповерхностных слоях, толщиной от сотых долей до нескольких миллиметров. Эти технологии начали развиваться в Европе благодаря разработке оцифрованных автоматизированных систем управления мощностью электронного пучка и синхронизации с его пространственным положением.
Преимуществами материалов с модифицированной поверхностью и покрытий, нанесенных на подложки с развитой рельефной структурой, являются: повышенные прочностные характеристики и адгезионная (когезионная) стойкость покрытий в процессе деформации и высоких контактных давлений; возможность конструирования поверхностей, работающих с минимальным износом в парах трения в зависимости от условий эксплуатации.
Для реализации новых ультрасовременных технологий необходимо уникальное электронно-лучевое оборудование, которое, в настоящее время, разрабатывается и изготавливается в Томске компанией ООО НПК «ЛучЭнергоПром».
Целью данной работы является формирование импульсным электронным пучком периодических структур на образцах из металлов и сплавов и исследование их влияния на прочностные свойства материалов и адгезионную прочность газотермических покрытий.
Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:
> получить опытные образцы из материалов и сплавов посредством технологии электронно-лучевого текстурирования поверхности;
> исследовать адгезионную прочность газотермических покрытий в зависимости от наличия предобработки импульсным электронным пучком материала подложки;
> исследовать влияние модификации поверхностных слоев металлических материалов на их прочностные характеристики.
В результате проделанной работы получены опытные образцы материалов и сплавов с новыми специальными свойствами. Установлено, что упорядоченный рельеф, сформированный на поверхности материалов импульсным электронным пучком, существенно влияет на их прочностные характеристики.
Показано, что метод поверхностного модифицирования металлов, при котором на поверхности формируется периодическая структура, состоящая из полос с заданными параметрами, может быть применен как вид финишной обработки металлических деталей для повышения их прочностных характеристик (4 - 8%. Ов)
Сформированный импульсным пучком упорядоченный игольчатый рельеф на поверхности подложек позволяет существенно повысить открытую пористость и адгезионную прочность газотермических покрытий по сравнению с Оадг. покрытий, нанесенных на подложки со шлифованной поверхностью: глубина проникновения алмазного наконечника на границе раздела в три-семь раз меньше у модифицированных образцов, чем у обработанных традиционным методом подготовки поверхности.
Предполагаемые области применения технологии поверхностной импульсной электронно-лучевой модификации металлов и сплавов:
- при производстве теплообменников, катализаторов, поверхностей поглощающих различные излучения,
- для создания технологии соединения металлических поверхностей с пластиками,
- для подготовки поверхностей под напыление композиционных керамических покрытий,
- ошиповка титановых листов для авиационной промышленности, и т. д.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» был проведен экономический анализ проекта. В ходе которого был проведен анализ конкурентных технических решений. Составлен SWOT анализ при помощи которого выявлены сильные и слабые стороны проекта. Был разработан график реализации работ, который позволяет оценивать и планировать рабочее время исполнителей. Проведена оценка затрат на реализацию проекта, разработан проектный бюджет. Проведена оценка эффективности НИР.
В разделе «Социальная ответственность» был произведён анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной среды, вредных веществ, производственного шума, освещённость помещения и защита в ЧС.
Показано, что метод поверхностного модифицирования металлов, при котором на поверхности формируется периодическая структура, состоящая из полос с заданными параметрами, может быть применен как вид финишной обработки металлических деталей для повышения их прочностных характеристик (4 - 8%. Ов)
Сформированный импульсным пучком упорядоченный игольчатый рельеф на поверхности подложек позволяет существенно повысить открытую пористость и адгезионную прочность газотермических покрытий по сравнению с Оадг. покрытий, нанесенных на подложки со шлифованной поверхностью: глубина проникновения алмазного наконечника на границе раздела в три-семь раз меньше у модифицированных образцов, чем у обработанных традиционным методом подготовки поверхности.
Предполагаемые области применения технологии поверхностной импульсной электронно-лучевой модификации металлов и сплавов:
- при производстве теплообменников, катализаторов, поверхностей поглощающих различные излучения,
- для создания технологии соединения металлических поверхностей с пластиками,
- для подготовки поверхностей под напыление композиционных керамических покрытий,
- ошиповка титановых листов для авиационной промышленности, и т. д.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» был проведен экономический анализ проекта. В ходе которого был проведен анализ конкурентных технических решений. Составлен SWOT анализ при помощи которого выявлены сильные и слабые стороны проекта. Был разработан график реализации работ, который позволяет оценивать и планировать рабочее время исполнителей. Проведена оценка затрат на реализацию проекта, разработан проектный бюджет. Проведена оценка эффективности НИР.
В разделе «Социальная ответственность» был произведён анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной среды, вредных веществ, производственного шума, освещённость помещения и защита в ЧС.