14 | 12 | 2017
Main Menu
Авторизация
Купить авиабилеты на выставку по нанотехнологиям

Нанотехнологии для всех

нанотехнологии для всехОсобый интерес для науки и промышленности в настоящее время представляют неразрушающие способы контроля качества готовых изделий и элементов конструкций (элементы энергетических силовых установок, изделия аэрокосмической, автомобильной, кораблестроительной промышленности), поскольку их отказы или разрушение в эксплуатации приводят к существенным экономическим потерям, серьезным экологическим последствиям.

Таким образом, на сегодняшний день одной из важнейших задач технического прогресса является повышение надежности и долговечности деталей машин, механизмов, конструкций. Для этого необходимо исследовать поведение материала при действии различных нагрузок, приводящих к сдеформированному состоянию.

Любая деформация в макрообъеме начинается с пластической деформации в микрообъеме, следовательно, начинать изучение этих процессов лучше с моделирования и детального изучения пластической деформации в этих условиях. Тем более, что развитие современных технологий имеет тенденцию к миниатюризации как готовых изделий, так и отдельных составляющих деталей и механизмов.

В большинстве случаев разрушение твердого тела начинается с поверхности: трение и износ по своей сути есть поверхностные явления.

Локальное контактное деформирование используется также в сухом трении, абразивном и эрозионном износе, тонком помоле, AFM, МЭМС/НЭМС, электрических скользящих контактах, в одноэлектронных устройствах (при разработке твердотельных лазеров; запись цифровой информации на механический носитель атомарно острыми иголками; микроэлектромеханические системы, устройства нанооптики и т.д. В медицине – при формирование микрорельефа на поверхности протезов).
Этим определяется важность разработки прецизионных методов наблюдения начальной стадии повреждения поверхности и, особенно, эффектов, связанных с влиянием активной внешней среды на механические свойства твердых тел и материалов.

Все это повышает интерес к исследованию поведения материала в микро- и субмикрообъемах при действии высоких локальных напряжений.

Также стоит отметить, что закономерности и механизмы кратковременной пластической деформации, протекающей в микро- и субмикрообъемах твердых тел и тонких приповерхностных слоях, механические свойства которых могут существенно отличаться от аналогичных свойств в макрообъеме.

Смоделировать поведение материала в этих условиях можно методом динамического микроиндентирования. Наноиндентирование (синонимы – кинетическое или непрерывное индентирование, depth sensing testing, ultra-low-load indentation, instrumented indentation) – безусловный лидер такого рода испытаний. Метод, тщательно теоретически и экспериментально разработан и аппаратно обеспечен вплоть до наноуровня, где он смыкается с современными методами атомно-силовой микроскопии и межфазно-силовой микроскопии. Методом микро- и наноиндентирования получены интересные результаты и в области чувствительности меха-нических свойств к влиянию среды.

Тем не менее, возможности метода индентирования ограничены. При изучении влияния среды на механические свойства эти ограничения обусловлены преимущественно сжимающими компонентами тензора напряжения в контактной зоне и недоступностью поверхности материала атомам (молекулам) среды именно в зоне максимальных нагрузок. Подобные ограничения преодолеваются, по крайней мере частично, при тангенциальном движении индентора вдоль поверхности образца, то есть при царапании. Такие испытания особенно информативны при малых нагрузках на индентор, как в методах микро- и ультрамикросклерометрии. Однако применение метода микроцарапания затруднено в случае исследования такого важного проявления влияния среды, как эффекта охрупчивания твердых металлов и сплавов под действием поверхностно-активных металлических расплавов.

Метод склерометрии позволяет получить более полную информацию о характере деформирования материала (особенно о его ориентационных зависимостях), чем индентирование. Кроме того, поскольку царапание представляет собой элементарный акт многих механико-технологических процессов, склерометрические иссле-дования представляют не только научный, но и практический интерес.

Сегодня существует ряд приложений, включая магнитные среды хранение и микроэлектромеханические системы (MEMS), использующие ультратонкие царапины и износостойкие покрытия, меньше чем с 10 нм толщены. Следовательно, важно уметь оценивать сопротивление царапины для покрытия и понимать связанные с ней механизмы. Определения твердости царапанием, в которых нагрузка, прикладываемая к царапине, постепенно увеличивается в процессе царапания, широко используется, чтобы измерить адгезию и сопротивление царапины покрытий в течение некоторого времени.

Таким образом, исследование микрорельефа поверхности, его изменения в зависимости от условий и характера высокой локальной деформации имеет как теоретический интерес в свете изучения микропроцессов, происходящих в материале (структурные изменения, массоперенос), так и непосредственное практическое применение в медицине и технике, процессе измерения твердости.

Особый интерес вызывает изучение микрорельефа, сформированного в результате микросекундных импульсов, ибо, как и многие другие процессы, он недостаточно исследован при высоких скоростях относительной деформации.

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100