Способ определения эрозионной стойкости твердых микро- и нанообъектов


 

G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2568167:

Негосударственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Сибирская академия права, экономики и управления" (НОУ ВПО САПЭУ) (RU)

Использование: для определения эрозионной стойкости твердых микро- и нанообъектов при воздействии кавитации. Сущность изобретения заключается в том, что одну грань исследуемого объекта упрочняют, после чего проводят кавитационное воздействие в герметичной камере с жидкостью при избыточном гидростатическом давлении, обработку исследуемого объекта ведут гидроакустическим потоком при плотности мощности ультразвукового излучения, достаточной для нахождения исследуемого образца во взвешенном состоянии, оценивают эрозионную стойкость по состоянию рельефа поверхности, его геометрическим и объемным параметрам по сравнению с первоначальным состоянием объекта. Технический результат: обеспечение возможности полной и объективной оценки эрозионной стойкости твердых микро- и нанообъектов. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике определения стойкости к воздействию эрозионных процессов твердых объектов микро- и наноскопического порядков.

В последнее время электронная промышленность активно развивается за счет научных и прикладных работ в области развития микро- и нанотехнологий. Материалы, используемые в этом направлении, требуют объективных знаний их физико-химических и механических свойств, во многом определяющих их надежность и работоспособность.

Известны различные способы оценки их свойств. Наибольшее распространение получили способы в виде тест-объектов как физико-химических, так и механических свойств.

Методики экспериментального исследования чаще всего состоят в оценке относительных изменений испытываемого материала путем сравнения полученных данных с эталоном в рамках определенного вида испытаний.

Большинство методов определения этих характеристик основано на испытании массивных материалов и моделировании на этой основе их поведение в микро- и нанообъемах, что не всегда соответствует реальному их поведению в практике. Имея, при этом в виду пленочные макро- и нанослои материалов, микрокристаллы, композиционные микрообъемы, суспензии и т.д.

Известен «способ оценки кавитационного изнашивания материалов» (заявка на изобретение RU №2006101746, МПК G01N 29/00, опубл. 27.07.2007 г.).

Сущность предложенного способа состоит в том, что кавитационное изнашивание материалов осуществляется на магнитострикционной установке, при котором испытываемый образец подвергается кавитационному износу в установленном перед экспериментом режиме. При этом зазор между концентратором колебаний и испытываемым образцом по мере его изнашивания постоянно измеряется автоматически, выдерживается по величине, обеспечивающей заданную интенсивность разрушения, стабилизирует режим кавитационного разрушения, отражает изнашивание в промышленных условиях и определяет динамику разрушения.

Предложенный способ фиксирует интенсивность разрушения испытываемого образца, в данном случае необходимо учесть мощность воздействия кавитации на образец.

Известен также «Способ и устройство для контроля или проверки тонкого материала» (заявка на изобретение RU №2002120198, МПК G01N 29/00, опубл. 20.03.2004 г.).

Сущность предложенного способа состоит в том, что осуществляют контроль тонкого материала воздействием ультразвуковых волн (U) и анализируют результаты прохождения ультразвуковых волн сквозь тонкий материал. Отличие состоит в том, что определяют показатели прохождения через тонкий материал ультразвуковых волн с различными частотами. И на основании различий в прохождении через материал ультразвуковых волн с различными частотами определяют критерии оценки качества подвергнутого воздействию ультразвука тонкого материала.

Критерий оценки материала - пористость. Количество и/или размеры пористых участков проверяемого или контролируемого материала и, если выявлено количество и/или размеры пористых участков, превышают заданное в качестве предельного значения максимальное количество и/или максимальные размеры пористых участков, этот материал отсортировывают как поврежденный или дефектный.

Кроме того, материал подвергают воздействию ультразвуковых волн с различными дискретными частотами ультразвуковых волн с помощью излучателей ультразвука, каждый из которых излучает ультразвуковые волны определенной частоты. Полученные результаты ультразвуковых волн с широким частотным спектром при прохождении через материал широкополостных ультразвуковых волн на нескольких дискретных частотах используют для анализа.

Критерием оценки качества материала является изменение измеренного более широкого спектра прошедших через материал широкополостных ультразвуковых волн. В качестве критерия оценки качества материала, также определяют соотношение между выявленными коэффициентами прохождения ультразвуковых волн двух различных частот.

Недостатком данного способа является то, что он позволяет определять пористость исследуемого материала, не оценивая при этом его эрозионную стойкость и косвенно-прочностные и когезионные свойства материала. Кроме этого, его реализация усложнена тем, что материал подвергают воздействию ультразвуковых волн с различными дискретными частотами, используя при этом различные излучатели ультразвука, каждый из которых излучает ультразвуковые волны определенной частоты.

За прототип взят «Способ определения кавитационной износостойкости» (описание изобретения к патенту №2359245, МПК G01N 3/32, опубл. 20.06.2009).

Сущность изобретения состоит в том, что способ определения кавитационной износостойкости, заключающийся в действии кавитации на исследуемую зону, отличающийся тем, что кавитационное поле создается при помощи ультразвука в жидкой среде, где происходит равномерное воздействие на поверхность микрошлифа исследуемого материала, а дифференциальная оценка кавитационной износостойкости различных областей исследуемого материала осуществляется с помощью инструментальных методов, позволяющих осуществить количественную оценку износостойкости разнородных материалов и выражается в виде относительного показателя износостойкости:€=▲hэ/▲hn, где ▲hэ - глубина износа эталонной зоны микрошлифа, ▲hn - глубина износа исследуемой зоны.

При этом оценка поверхностного кавитационного износа материала производится записью и анализом профилограммы, методом электронной микроскопии, методом интерферометрии. В качестве эталонной зоны принимается внутренний слой микрошлифа, не подвергнутый какому-либо виду обработки.

Недостатками этого способа является то, что он не позволяет осуществлять оценки эрозионной (кавитационной) стойкости микро- и нанообъектов, т.к. объектом исследования является поверхность микрошлифа, который относится к категории макроскопических объектов исследования. Критерием оценки кавитационной износостойкости является относительный показатель износостойкости только поверхностного слоя объекта исследования, исключая при этом возможность объемного исследования объекта, что не позволяет произвести объективную оценку эрозионной стойкости по всей толщине исследуемого объекта, что снижает точность полученных результатов. Кроме этого, данный способ не обеспечивает возможность визуального наблюдения за состоянием исследуемого образца.

Целью предлагаемого способа является получение более объективной оценки эрозионной стойкости твердых микро- и нанообъектов.

Цель достигается тем, что одну грань исследуемого объекта упрочняют, после чего объект помещают в герметичную камеру с жидкой средой. В камере создается избыточное гидростатическое давление 0,2-0,3 МПа. Затем воздействуют на исследуемый объект гидроакустическим потоком при плотности мощности ультразвукового излучателя, достаточной для нахождения исследуемого объекта во взвешенном состоянии. Оценивают эрозионную стойкость путем сравнения состояния рельефа поверхности исследуемого объекта, его объемных и геометрических параметров исходя из его первоначального состояния.

Способ поясняется чертежом.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема экспериментальной установки для исследования эрозионной стойкости твердых микро- и нанообъектов. На установке представлены:

- ультразвуковой излучатель (1) (УЗИ), в качестве которого используется ультразвуковой магнитострикционный диспергатор УЗДЛ - 1 с частотой 22 кГц и мощностью излучения до 500 Вт;

- герметичная рабочая камера (2), выполненная из прозрачного пластикового материала для визуального наблюдения, в которую помещалась жидкость (3), в нашем случае дистиллированная вода. Для имитации реальных условий, в которых может находиться исследуемый объект, возможно использование других жидких сред, например, горюче-смазочные жидкости, коррозионные, химически активные и другие жидкие среды;

- в рабочую камеру для активизации процесса кавитации нагнетался сжатый воздух через штруцер (4) (возможно применение инертных газов, в зависимости от рабочей жидкости), давлением 0,2…0,3 МПа, с помощью компрессора или от баллона со сжатым газом;

- исследуемый объект (5) изготавливался в виде куба или прямоугольной пластинки объемом 2…6 мм3.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Одну из граней объекта в данном случае обрабатывают излучением лазера с целью упрочнения поверхности либо наплавляют также с использованием лазерного излучения порошковым присадочным материалом, что позволяло вести сравнительный анализ эрозии граней образца.

В рабочую камеру (2), через герметизирующий элемент (6) устанавливают ультразвуковой излучатель (1), заливают жидкость (3) и помещают объект исследования (5). Верхнюю часть рабочей камеры герметизируют резьбовой крышкой, в которой имеется штуцер для подачи сжатого газа (4). Включают генератор, его мощность увеличивают до уровня, когда образец переходит во взвешенное состояние (всплывает), при визуальном наблюдении. Время испытаний устанавливают экспериментально до появления видимых изменений формы и поверхности объекта, оно составляло 10…30 мин. Качественную и количественную оценку параметров стойкости оценивают оптическими методами путем сравнения обработанного в рабочей камере объекта с его первоначальным состоянием. При анализе учитывают изменение профиля поверхности с помощью записи и сравнения профилограмм, кавитационную оценку эрозионной стойкости выражают в виде относительных показателей изменения объема в процентах:

U=▲Uэ/Uи·100%,

где ▲Uэ - объем эталонного образца,

▲Uи - объем испытанного образца.

Анализ полученных данных показал равномерное изменение геометрической формы образца (уменьшение размеров, скругление граней, изменение рельефа поверхности, уменьшение объема и массы).

На образцах, подвергнутых ультразвуковой обработке в том и другом случае (закалка и наплавка), отмечается снижение эрозии термоупрочненной и наплавленной граней (поверхностей) в несколько раз. Эти данные хорошо согласуются с ранее проводимыми испытаниями на износостойкость.

Таким образом, полученные экспериментальные результаты подтвердили реальную практическую значимость и ценность предлагаемого способа.

1. Способ определения эрозионной стойкости микро- и нанообъектов, включающий воздействие кавитации на объекты при помощи ультразвукового излучателя, помещенного в камеру с жидкой средой, отличающийся тем, что одну грань исследуемого объекта упрочняют, после чего помещают его в герметичную камеру с жидкой средой, создают избыточное гидростатическое давление и обработку исследуемого объекта ведут гидроакустическим потоком при плотности мощности ультразвукового излучения, достаточной для нахождения исследуемого образца во взвешенном состоянии, оценивают эрозионную стойкость по состоянию рельефа поверхности, его геометрическим и объемным параметрам по сравнению с первоначальным состоянием объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оптимальное избыточное гидростатическое давление исходя из полученных экспериментальных данных установлено в интервале 0,2-0,3 МПа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии оценки качества смазочных масел, в частности к определению их смазочной способности. Способ определения смазывающей способности масел заключается в том, что эксплуатируют пару трения в присутствии смазки, пропускают через нее электрический ток, измеряют постоянный ток при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения, пробу масла постоянной массы нагревают при определенной температуре в течение постоянного времени.

Изобретение относится к области определения свойств материалов в условиях сухого трения, преимущественно для испытания структурных зон металла, образующихся в результате сварочных технологических процессов или локальной поверхностной термической обработки концентрированными источниками нагрева.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к абразивному изнашиванию при нормальной и повышенных температурах.

Изобретение относится к области триботехнических испытаний материалов и может быть использовано при создании новых сталей и сплавов с особыми свойствами для тяжелых условий эксплуатации, а также при оценке работоспособности модифицированных поверхностей и покрытий.

Трибометр // 2559798
Изобретение относится к испытательным и обкаточным стендам. Трибометр состоит из предметного стола, ограничивающей рамки, заполняемой пробой насыпного груза, навески и тягового органа для предметного стола с прибором для определения его тягового усилия.

Техническое решение относится к устройствам для измерения величины износа и температуры изделий при трении. Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении содержит последовательно соединенные источник лазерного излучения, светоделитель и как минимум один измерительный волоконно-оптический световод, второй конец которого размещен в изделии на глубине Н, равной или меньшей расстояния R до трущейся поверхности.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изучения процесса работы поверхностей деталей машин. Согласно заявленному способу определения длительности этапов эксплуатации циклически нагруженных поверхностей деталей машин регистрируют изменения во времени параметра состояния контактирующих поверхностей деталей, нагруженных в соответствии с реальными условиями эксплуатации.

Изобретение относится к испытаниям материалов на фреттинг-усталость. Способ испытания материалов на фреттинг-усталость заключается в том, что испытуемый цилиндрический образец, в виде стержня переменного сечения с напрессованной на него втулкой контробразца, располагается в машине для усталостных испытаний типа НУ.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытаний резьбовых соединений, и может быть использовано для исследований износа резьбовых соединений труб нефтяного сортамента при свинчивании-развинчивании в коррозионной среде.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для исследования физико-механических свойств корнеклубнеплодов. Устройство для исследования физико-механических свойств корнеклубнеплодов содержит раму (1) с прикрепленными к ней электродвигателем (2), на валу которого установлен сменный диск (3) с исследуемой поверхностью, и направляющей (4), на которой установлена подвижная тележка (5).

Предлагаемое устройство относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано в приборах контроля расхода высокотемпературных жидких и газовых потоков.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тестирования жидкости, используемой как восстановитель, в связи с очисткой выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания.

Использование: для измерения акустического сопротивления материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения акустического сопротивления твердых материалов, содержащее первый и второй ультразвуковые преобразователи, предназначенные для контактирования через эталонную среду с исследуемым материалом и контрольной средой соответственно, ультразвуковой генератор, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, делитель и блок функционального преобразования, при этом второй вход делителя подключен ко второму ультразвуковому преобразователю, а выход делителя связан с блоком функционального преобразования, при этом первый вход делителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, между выходом делителя и входом блока функционального преобразования введена цепочка последовательно соединенных блоков: вычисления обратной величины и экспоненциального преобразования, а блок функционального преобразования реализует заданную функциональную зависимость или в устройство введена цепочка последовательно соединенных блоков: вычисления обратной величины, аналогового инвертирования и экспоненциального преобразования, причем блок функционального преобразования в этом случае реализует другую заданную функциональную зависимость.

Использование: для измерения акустического сопротивления однородных сред. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения акустического сопротивления однородных сред содержит первый и второй ультразвуковые преобразователи, предназначенные для контактирования через эталонную среду с исследуемой и контрольной средами соответственно, ультразвуковой генератор, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, суммирующий каскад, входы которого подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, делитель и блок функционального преобразования, связанный с выходом делителя, при этом в состав устройства введены дифференциальный усилитель и блок возведения в степень, причем первый вход дифференциального усилителя подключен ко второму ультразвуковому преобразователю, а второй вход этого усилителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, первый вход делителя подключен к выходу дифференциального усилителя, а второй его вход подключен к выходу суммирующего каскада, выход делителя подключен к входу блока возведения в степень, а выход последнего подключен к входу блока функционального преобразования, причем блок функционального преобразования реализует заданную функциональную зависимость.

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скорости звука в естественных водоемах. Предложен способ акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, заключающийся в формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, которой включает измерение скорости распространения звука, температуры и давления в образцовой зоне водоема на фиксированных горизонтах, свободной от загрязнений техногенного характера, при этом полученные значения измеренной скорости распространения звука являются эталонными значениями для данного водоема и заносятся в память вычислительного устройства средства акустического мониторинга, при формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, измерения скорости распространения звука выполняют при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлению полученных эталонных значений скорости распространения звука на фиксированных горизонтах акватории исследуемого водоема.

Использование: для акустического согласования пьезоэлемента иммерсионного ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя с контролируемой средой. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют формирование между пьезоэлементом и контролируемой средой протектора и размещение с другой стороны пьезоэлемента демпфера, при этом толщину пьезоэлемента и толщину протектора определяют исходя из резонансной частоты пьезоэлемента fпэ=(1,10÷1,12)f+(0,1÷0,2), где f - эффективная частота эхо-импульса, а материалы протектора и демпфера выбирают с акустическими сопротивлениями из диапазонов, удовлетворяющих определенным соотношениям.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что разбивают пьезоэлементы антенной решеткой на несколько подрешеток, присваивают каждому излучающему элементу подрешетки свой зондирующий сигнал из набора псевдоортогональных сигналов, выполняют одновременное излучение в объект контроля всеми элементами подрешетки и принимают из него ультразвуковые сигналы с помощью любой подрешетки с последующим декодированием принятых эхо-сигналов для формирования набора эхо-сигналов, который можно было бы получить при излучении и приеме всеми парами элементов антенной решетки, при этом для каждой из пар подрешеток и для каждого положения антенной решетки используется свой набор псевдоортогональных сигналов, например кодов Касами или линейно-частотно-модулированных сигналов, а декодирование для формирования набора эхо-сигналов для восстановления изображения отражателей методом C-SAFT производится методом максимальной энтропии.

Изобретение относится к перинатологии и предназначено для снижения перинатальной заболеваемости при поздних преждевременных родах. Сущность способа: в сроках 34-36 недель беременности при угрозе преждевременных родов проводят ультразвуковую фетометрию.

Изобретение относится к технике горного дела, добыче полезных ископаемых, в частности к устройствам для изучения физико-механических свойств горных пород, и может быть использовано в геологии, горной, газовой и нефтяной промышленности для расчета предельной величины давления гидроразрыва пласта.
Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам для измерения звукопоглощающих свойств жидкостей. Устройство содержит тональный аудиометр, к которому подключен костный телефон-вибратор с ремешком для его фиксации в заданном положении.

Изобретение относится к устройствам для сбора данных при помощи акустических волн, в частности к фотоакустической томографии. Устройство содержит детектор, включающий множество регистрирующих элементов для приема на соответствующих приемных поверхностях акустических волн от области измерения объекта, причем приемные поверхности, по меньшей мере, некоторых из регистрирующих элементов, ориентированных под различными углами, зафиксированы относительно друг друга, блок сканирования для перемещения, по меньшей мере, одного из объекта и детектора, блок управления для управления блоком сканирования так, что регистрирующие элементы принимают акустические волны от области измерения и относительное положение объекта и области с самой высокой разрешающей способностью области измерения изменяется, причем область с самой высокой разрешающей способностью определена в зависимости от размещения регистрирующих элементов. Использование изобретения позволяет повысить равномерность разрешающей способности. 17 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх