Створення фізико-технічних принципів електронних технологій для отримання наноструктур та їх застосування в плазмово-іонних технологіях зміцнення деталей - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Створення фізико-технічних принципів електронних технологій для отримання наноструктур та їх застосування в плазмово-іонних технологіях зміцнення деталейРобота виконана в Національному аерокосмічному університеті ім. Жуковського «Харківський авіційний інститут» Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Костюк Геннадій Ігорович, Національний аерокосмічний університет ім. Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Добротворський Сергій Семенович, Національний технічний університет «ХПІ», професор кафедри технологій машинобудування; Захист відбудеться «21» квітня 2011 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.04 у Національному аерокосмічному університеті ім.В наш час відсутні спроби використання потоків електронів для цих цілей, що свідчить про актуальність дослідження можливості формування наноструктур в електронно-променевій технології. В той же час використання електронних потоків для розмірного оброблення (полірування, травлення, прошиття отворів і прорізання пазів) потребує дослідження теплових, термомеханічних і ерозійних процесів у зоні дії потоків електронів, що підтверджує актуальність досліджень цих процесів. У багатьох електрофізичних технологіях можна застосовувати потоки електронів як допоміжні для попереднього прогрівання, очищення, полірування, додаткового зміцнення в комбінованих технологіях, що також є актуальним. Експериментально перевірити можливість формування наноструктур під час дії заданої кількості потоків електронів. Така модель дозволяє визначити поля температур і температурних напружень у зоні їхньої дії, забезпечити високу ступінь заповнення обєму деталі цими полями, що дає можливість виявити режим з потрібними для утворення наноструктур температурами (500…1000 К), тисками (температурними напруженнями від 107 до 3·108 Н/м2) і швидкостями наростання температур (1012…1015 К/с).На основі розробленої моделі взаємодії індивідуальної частки (електрона) з матеріалом, в якій враховувалась особливість передачі тепла від електрона до матеріалу деталі внаслідок електронної й фонної теплопровідності з урахуванням розподілу інтенсивності обємного джерела тепла, створюваного електроном: ,(1) де втрати енергії за глибиною деталі (мішені) визначаються як для електрона з малою, так і з більшою енергією, n - коефіцієнт відбиття. Було одержано поля температур і температурних напружень у зоні дії індивідуальних електронів, що дозволяють оцінити як температури, так і температурні напруження під час дії потоків електронів із густиною, меншою першої критичної густини струму (коли ї частки поля температур не накладаються одна на одну до закінчення теплової дії). Аналіз полей температур і температурних напружень показав, що в зоні дії електрона величини температур, температурних напружень і швидкості наростання температур є достатніми для локального утворення наноструктур. Для формування наноструктур необхідно забезпечити дотримання цих умов у достатньому обємі поверхневого шару деталі (Т = 500…1500 К) STH = 5?107…5?109 Па, VT = 1010…1014 К/с), тобто слід використовувати потоки електронів із різними енергіями, що забезпечують розвиток полів температур за глибиною, та густиною струмів, що дорівнювала першій критичній густині струму. Розглянуто дію пяти електронів А з енергією ЕЕА = 5?105 ЕВ, чотирьох електронів В з енергією ЕЕВ = 5?104 ЕВ і чотирьох електронів С з енергією ЕЕС = 3?103 ЕВ при їхній дії на деталь із сталі.Розроблено теоретичну модель одночасної дії заданої кількості потоків електронів з різними енергіями на конструкційні матеріали. Ця модель дозволяє визначити поля температур і температурних напружень у зоні їхньої дії при великому ступені заповнення обєму мішені цими полями, що дає можливість виявити режими із необхідними для формування наноструктур температурами, величинами тиску (температурних напружень) і швидкостями наростання температур. Експериментально підтверджено можливість одержання наноструктур при дії на мішень зі сталі 50 трьох потоків електронів з різною енергією й густиною струмів. Експериментальне вивчення діяння потоку електронів на досліджувані матеріали дозволило одержати залежність коефіцієнта ерозії від енергії електронів при їхній дії на олово, свинець, вісмут, кадмій, алюміній, залізо, цирконій, мідь, молібден, тантал та вольфрам, а також сплави: Розе, молібден-реній, бронзу Бр-Б2, латунь Л68 і Х18Н9Т. Здобувач розробив теорію дії заданої кількості потоків електронів різної енергії та густини струму й виконано експериментальне дослідження формування наноструктур аід час дії потоків електронів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ