Введение
1 Основные механизмы отслоения и современные экспериментальные методики
1.1 Адгезионная прочность в системе металл/оксид,
1.1.1 Истинная работа адгезии
1.1.2 Практическая работа адгезии
1.2 Механизмы разрушения
1.2.1 Упругая модель хрупкого разрушения
1.2.2 Сдвиг на границе раздела
1.2.3 Механизмы отслоения при сжатии
1.2.4 Механизмы отслоения при растяжении
1.3 Механические методы испытаний
оценки адгезионной прочности применительно к системе металл/оксид
1.3.1 Методы нормального отрыва пленки от подложки
1.3.1.1 Одновременный отрыв
1.3.1.2 Последовательный отрыв...
1.3.2 Методы сдвига, среза, кручения
1.3.3 Метод штифтов
1.3.4 Метод «суперслоя»
1.3.5 Вздутие
1.3.6 Метод царапания
1.3.7 Индентирование
1.3.8 Испытания на изгиб
1.5 Выводы 43
2 Экспериментальные исследования и разработка методики 45
2.1 Исходные материалы и методы 45
2.2 Высокотемпературное окисление 46
2.3 Исследование микроструктуры 47
2.4 Анализ экспериментальных результатов 48
3 Экономическое обоснование проекта 55
3.1 Единовременные затраты на выполнение НИР 55
3.2 Текущие затраты на выполнение НИР 56
3.2.1 Заработная плата персонала 56
3.2.2 Материалы 56
3.2.3 Расходы на оборудование 57
3.2.4 Затраты на силовую электроэнергию 58
3.2.5 Вспомогательные материалы 58
3.2.6 Накладные расходы 58
3.2.7 Прочие расходы 59
3.3 Анализ расходов, связанных с проведением НИР 59
4 Безопасность и экологичность проекта 60
4.1 Анализ потенциальных опасностей и вредностей при
экспериментальных работах 60
4.2 Технические решения по обеспечению безопасности проведения
экспериментов 63
4.2.1 Опасность травмирования движущимися частями машин и
механизмов 63
4.2.2 Опасность термического ожога 63
4.2.3 Электробезопасность 64
4.3 Производственная санитария лаборатории 65
4.3.1 Организация помещения лаборатории 65
4.3.2 Микроклимат 65
4.3.3 Производительность вентиляции по воздуху 67
4.3.4 Освещение 68
4.3.5 Пожаробезопасность 68
Заключение 70
Список использованных источников 71
С развитием авиационной и энергетической промышленности все более актуальной становится проблема стабильности тонких пленок на подложке, которые способствуют защите деталей механизмов, подвергающихся, высокотемпературному воздействию и воздействию агрессивных сред. В процессе роста, а также при термических, механических, радиационных и других типах воздействия в тонких пленках развиваются значительные напряжения, обусловленные различием характеристик пленки и подложки (коэффициентов термического расширения, модулей упругости, постоянных кристаллической решетки и других), фазовыми превращениями, химическими реакциями, абсорбцией влаги.
Одним из примеров применения защитных покрытий служит индустрия авиадвигателестроения, в которой основной тенденцией развития является непрерывное увеличение температуры газов перед турбиной, что ведет к дальнейшему усложнению конструкции, увеличению термомеханической напряженности лопаток газовых турбин, надежность которых оказывает большое влияние на надежность и ресурс газотурбинных двигателей в целом и безопасность полетов самолетов.
В этой связи, разработка и внедрение высокоэффективных методов увеличения прочностных свойств, коррозионной стойкости сплавов, защитных покрытий и изделий являются важнейшими в решении проблемы долговечности газовых турбин. Основным направлением в решении проблемы долговечности газовых турбин авиадвигателей является создание и применение качественно новых технологий. Защита наружных и внутренних поверхностей лопаток от газовой коррозии и воздействия высоких рабочих температур за счет современных методов покрытий является одним из ответственных технологических вопросов.
Лопатки газовых турбин современных двигателей не могут эксплуатироваться в течение заданного ресурса без надежных высокотемпературных покрытий. Повышение работоспособности жаропрочных сплавов путем применения эффективных покрытий в условиях воздействия скоростного газового потока и высоких термомеханических нагрузок является одним из основных направлений улучшения эксплуатационных характеристик авиационных газотурбинных двигателей.
Базовой системой жаростойких покрытий является Me-Cr-Al, где в качестве Me выступают Fe, Co, Ni. В авиадвигателестроении наиболее широко применяется система Ni-Cr-Al. Несмотря на то, что сплавы системы Ni-Cr-Al обладают высокой жаростойкостью, этого, однако, недостаточно. Для турбинных лопаток требуются покрытия, которые способны длительно работать под нагрузкой при температуре вплоть до 1150-1200°С.
Значимым вопросом остается разработка новых методов для определения адгезионных свойств тонких пленок на границе раздела с подложкой, для прогнозирования поведения системы в целом
Целью дипломного проекта является разработка методики испытаний для определения характеристик адгезии применительно к тонким оксидным слоям, формирующимся на поверхности сплавов на основе никеля.
Основные задачи исследования:
1 Выполнить обзор литературных данных по методам адгезионных испытаний.
2 Классифицировать методики испытаний для определения характеристик адгезии защитного оксидного слоя, применительно к жаропрочным сплавам на основе никеля.
3 Установить особенности различных методик, их достоинства и недостатки применительно к исследуемой системе.
4 Провести эксперименты по высокотемпературному окислению жаропрочных сплавов на основе никеля и предложить методику испытаний для определения характеристик адгезии защитного оксидного слоя.
В результате проведенных исследований получены следующие результаты:
1 Проведен анализ различных экспериментальных методов для определения прочности адгезии защитного оксидного слоя, формирующегося на поверхности жаропрочных сплавов на основе никеля.
2 Определены достоинства и недостатки рассмотренных методов применительно к исследуемой системе.
3 Проведены экспериментальные исследования по высокотемпературному окислению жаропрочных сплавов на основе никеля при различных режимах охлаждения.
4 Произведен качественный сравнительный анализ состояния поверхности раздела металл/оксид после изотермического окисления при температуре 1000ОС
