Прилад для визначення мікромеханічних характеристик поверхневого шару матеріалів методами індентування та склерометрії - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИРобота виконана на кафедрі конструкції літальних апаратів Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Національний авіаційний університет, декан факультету літальних апаратів, завідувач кафедри конструкції літальних апаратів. Національний університет технологій та дизайну професор кафедри автоматизації технологічних процесів. доктор технічних наук, старший науковий співробітник Захист відбудеться “_12_”__черня____2008 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.18 у Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 03056, м.Для визначення та контролю фізико-механічних властивостей локальних ділянок поверхні матеріалів найбільш придатними є метод мікро/нано індентування (depth sensing indention) - вдавлювання індентора з реєстрацією глибини його проникнення та метод склерометрії (scratch testing) - дряпання індентором поверхневого шару з реєстрацією сили опору. Сучасний етап розвитку методів локального та скануючого індентування характеризується розробкою і використанням нового покоління приладів з високою роздільною здатністю реєстрації глибини вдавлювання індентора, у тому числі і в нанометровому масштабі. Дисертаційну роботу виконано згідно з планами НДР кафедри конструкції літальних апаратів НАУ, тематичних планів НДР Міністерства освіти і науки України, а саме: держбюджетними темами № 148-ДБ04 „Формування і еволюція структурної пошкоджуваності на поверхні конструкційних алюмінієвих сплавів” (№ 0104U003745), термін виконання 2004 - 2006 рр.; № 358-ДБ07 „Розробка методів діагностики пошкоджуваності та оцінки залишкового ресурсу елементів авіаційних конструкцій з використанням нанотехнологій” (№ 0107U002665), початок у 2007р. Для досягнення поставленої мети в роботі знайшли вирішення наступні задачі: Розробка моделі силового впливу на індентор та методики оцінки структурно-деформаційної неоднорідності поверхневого шару при дряпанні. Обґрунтування принципу роботи, розробка конструкції, виготовлення та здійснення експериментальних досліджень працездатності електродинамічного навантажувального пристою індентора з високою чутливістю каналу навантажування.Сучасний період характеризується бурхливим розвитком мікро/нано індентування, що обумовлено появою та використанням нового покоління приладів - нанотестерів (наноіндентометрів). Реєстрація малих значень глибини вдавлювання індентора, можливість проведення тестування на деталях малої товщини та в дуже тонких шарах матеріалу, швидкість та простота випробувань, а також визначення без руйнування механічних властивостей роблять тестування мікро/нано індентуванням ефективним методом контролю матеріалів та виробів. Так, зявилися можливості здійснення верифікації теорій мікро-та наноконтактної взаємодії твердих тіл; вимірювання енергії, що поглинається при проникаючому контакті; встановлення пружно-пластичних характеристик матеріалів, що не піддаються пластичному деформуванню у макровипробуваннях (кераміка, мінеральне та металічне скло, карбіди, нітриди, бориди металів); визначення характеристик рухливості ізольованих дислокацій та їх скупчень в кристалічних матеріалах; оцінювання пористості матеріалів; дослідження фазових переходів при високому гідростатичному тиску під індентором, дослідження структури багатофазних матеріалів; оцінювання величини та розподілу внутрішніх напружень та інш. Другий розділ присвячено розробці основних вузлів приладу - електромагнітного навантажувача та індуктивного вимірювача малих переміщень, а також опису конструкції приладу в цілому. Конструктивно датчик малих нормальних переміщень індентора (Y) складається з плоских пружин 1, закріплених одним кінцем на корпусі, а іншим - на штоку з індентором 3, та двох котушок індуктивності 4 (рис.2).Сучасні апаратурні засоби контролю фізико-механічних властивостей матеріалів у мікро/нано масштабах методами кінетичного та скануючого індентування (нанотестери) відносяться до нового покоління приладів, що мають високу роздільну здатність реєстрації глибини вдавлювання індентора, однак при порівняльно вузькому діапазоні навантажування. У приладах даного класу використовуються сучасні MEMS технології, вони виробляються в декількох країнах (США, Великобританія, ФРН, Австралія), вартість таких приладів доволі висока, що обмежує їх масове використання для дослідницьких та виробничих потреб. Відмінними особливостями розробленого навантажувача є: широкий діапазон зусиль, що задаються (до 30 Н); реалізація безконтактного навантажування; мала маса якоря; електромагнітне демпфірування шкідливих коливань; лінійна характеристика навантажування. Для вимірювання малих переміщень індентора розроблений та конструктивно реалізований індуктивний датчик, що має покращенні порівняльно з існуючими типами показники: лінійну характеристику, значне вихідне напруження, малу чутливість до перешкод та малий температурний дрейф.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ