Рабочая программа дисциплины научные. Основы модифицирования поверхности материалов

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Директор ИФВТ

___________

«___» ____________201__ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

НАПРАВЛЕНИЕ ООП: материаловедение и технология материалов

ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: Компьютерное моделирование получения, переработки и обработки материалов

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): магистр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 2; СЕМЕСТР 3;

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 6

ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Материаловедение и технология современных и перспективных материалов», «Основные направления развития материаловедения»

КОРЕКВИЗИТЫ: «Процессы получения, переработки и обработки материалов»

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции	18	часов (ауд.)
Лабораторные занятия	36	часов (ауд.)
Практические занятия	36	часов (ауд.)
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ	90	часа
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА	108	часов
ИТОГО	198	часа
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ	очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЭКЗАМЕН В 3 СЕМЕСТРЕ

Обеспечивающая кафедра: «Материаловедение в машиностроении»

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ: д. ф.-м. н., профессор

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП: к. т.н., доцент Б. Б. Овечкин

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: к. ф.-м. н., доцент

2011г.

1. Цели освоения дисциплины

В результате освоения данной дисциплины магистрант приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц2 и Ц3 основной образовательной программы «Материаловедение и технология материалов».

Дисциплина нацелена на подготовку магистранта к следующим видам профессиональной деятельности:

- научно-исследовательской и расчетно-аналитической деятельности в области получения новых свойств машиностроительных материалов за счет нанесения защитных и упрочняющих покрытий, при разработке новых технологий нанесения покрытий, при создании новых материалов для получения свойств покрытий с учетом взаимосвязи химического состава, структуры материалов с их свойствами применительно к решению поставленных задач получения материалов с заданными свойствами с использованием баз данных и литературных источников.

- производственной и проектно-технологической работе в составе первичного проектно-технологического или исследовательского подразделения в области разработки технологий нанесения покрытий с заданными технологическими и функциональными свойствами.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к вариативной части ИОП профессионального цикла (М2) специализации М2.В.1 «Материаловедение и технологии наноматериалов и покрытий» (М2.В.1.2). Она непосредственно связана с дисциплинами профессионального цикла («Основные направления развития материаловедения», «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов») и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитом для дисциплины «Научные основы модифицирования поверхности материалов» является дисциплина профессионального цикла «Методология выбора материалов в машиностроении».

3. Результаты освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен/будет:

знать__ физические основы формирования модифицированного поверхностного слоя материалов как при традиционных методах упрочнения поверхности и нанесения покрытий так и при современных высокотехнологичных методах обработки поверхности, возможности современных технологий упрочнения поверхности и области их применения;

уметь__ выбирать материал покрытия и методы обработки поверхности для получения поверхности с заданными характеристиками, проектировать технологические процессы упрочнения поверхности;

владеть (методами, приёмами__) методами сравнительной оценки различных технологических методов поверхностного упрочнения и нанесения покрытий, информацией о современном уровне технологий упрочнения поверхности на основе анализа данных периодической печати и Internet-технологий.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1.Универсальные (общекультурные) -

способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения (ОК-6);

2. Профессиональные –

общепрофессиональные:

владеет базовыми знаниями теоретических и прикладных наук и развивает их самостоятельно с использованием в профессиональной деятельности при анализе и моделировании, теоретическом и экспериментальном исследовании процессов упрочнения поверхности материалов (ПК-1);

в научно-исследовательской и расчетно-аналитической деятельности:

владеет умением и навыками самостоятельного использования современных информационно-коммуникационных технологий, глобальных информационных ресурсов в научно-исследовательской и расчетно-аналитической деятельности в области современных технологий поверхностного упрочнения материалов (ПК-5);

в производственной и проектно-технологической деятельности:

владеет навыками самостоятельного проектирования технологического процесса обработки поверхности и нанесения покрытий с заданными характеристиками (ПК-15);

в организационно-управленческой деятельности:

владеет основами системы управления качеством продукции и готовность к внедрению этой системы (ПК-17);

имеет навыки управления технологическими процессами, оценки рисков и определения мер по обеспечению экологической и технической безопасности разрабатываемых материалов (ПК-19).

4. Структура и содержание дисциплины

4.1. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Основы создания упрочненной поверхности. Лекции. Семинары. Лабораторные работы. Введение. Цели и задачи освоения дисциплины. Современные пути развития технологий создания конструкционных материалов с повышенными служебными характеристиками. Долговечность, срок службы и роль поверхности. Два направления повышения срока службы изделий: без изменения геометрических размеров изделия – модифицирование поверхностного слоя изделия и с изменением геометрических размеров – нанесение покрытий. Свойства поверхности и вопросы материаловедения. Химический состав и свойства материалов. Структура и свойства материалов. Термическая обработка, диаграммы состояний и свойства материалов.

Раздел 2. Упрочнение поверхности материалов за счет модифицирования поверхностного слоя. Лекции. Семинары. Лабораторные работы.

Механические методы упрочнения поверхности. Поверхностная термическая обработка. Изменение структуры поверхностного слоя. Химико-термическая обработка. Изменение структуры и химического состава поверхностного слоя.

Раздел 3. Защитные и упрочняющие покрытия. Лекции. Семинары. Лабораторные работы. Классификация методов нанесения покрытий. Подготовка поверхности перед нанесением покрытий. Проблема получения высокой адгезии. Механические методы нанесения покрытий. Химические и электрохимические методы нанесения покрытий. Электрофизические методы нанесения покрытий. Методы напыления покрытий. Влияние технологических параметров процесса на структуру формирующегося покрытия.

Раздел 4. Высокоэнергетические методы упрочнения поверхности и нанесения покрытий. Лекции. Семинары. Лабораторные работы. Методы радиационно-пучковой обработки конструкционных материалов для модифицирования структурно-фазового состояния приповерхностных слоев полуфабрикатов и изделий с целью улучшения их эксплуатационных характеристик. Использование концентрированных потоков энергии на основе лазерного излучения, мощных электронных или ионных импульсных пучков и потоков высокотемпературной импульсной плазмы. Плазменные технологии. Лазерная обработка поверхности. Электронно-лучевые технологии. Ионная имплантация. Комбинированные методы упрочнения поверхности и нанесения покрытий.

4.2. Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения

№	Название раздела/темы	Аудиторная работа (час)	СРС (час)	Итого	Формы текущего контроля и аттестации
Лекции	Практ./ семинар	Лаб. зан.
1	Основы создания упрочненной поверхности	4	8	8	24	44	Отчеты по лабораторным работам, контрольная работа
2	Упрочнение поверхности материалов за счет модифицирования поверхностного слоя	4	8	8	24	44	Отчеты по лабораторным работам, контрольная работа
3	Защитные и упрочняющие покрытия	4	8	8	24	44	Отчеты по лабораторным работам, контрольная работа
4	Высокоэнергетические методы упрочнения поверхности и нанесения покрытий	6	12	12	36	66	Отчеты по лабораторным работам, контрольная работа
	Итого	18	36	36	108	198

При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.

4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины

Распределение компетенций по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.

№	Формируемые компетенции	Разделы дисциплины
1	2	3	4
1.	З.1.1	х		х	х
2.	З.2.1.	х		х
3.	З.3.1.	х	х	х	х
4.	З.3.2.	х	х
5.	З.4.1.	х
6.	У.1.1.	х	х
7.	У.2.1.			х	х
8.	У.2.2.	х	х	х	х
9.	У.3.2.			х
10.	У.4.1.	х	х	х
11.	В.1.1.	х
12.	В.1.2.			х	х
13.	В.2.2.	х	х	х	х
14.	В.3.2.	х	х	х	х
15.	В.4.2.	х

*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в Основной образовательной программе подготовки магистров по направлению 150100 «Материаловедение и технология материалов».

5. Образовательные технологии

При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности магистрантов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.

Методы и формы активизации деятельности	Виды учебной деятельности
ЛК	Семинар	ЛБ	СРС
Дискуссия	х	х
IT-методы		х	х	х
Командная работа		х	х	х
Разбор кейсов		х
Опережающая СРС	х	х	х	х
Индивидуальное обучение				х
Проблемное обучение		х	х	х
Обучение на основе опыта		х	х	х

Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:

- изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;

- самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;

- закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (CРC)

6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:

- работе с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной теме

- выполнении домашних заданий,

- изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

- изучении теоретического материала к лабораторным занятиям,

- подготовке к контрольным работам, к экзамену.

6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:

- виды химико-термической обработки (цементация, борирование);

- подготовка поверхности перед нанесением покрытий;

- механические методы нанесения покрытий решетки.

6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа

(ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала и заключается в:

- поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований,

- исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах,

7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины (фонд оценочных средств)

Оценка успеваемости бакалавров осуществляется по результатам:

- проверки результатов выполнения контрольных работ;

- самостоятельного (под контролем преподавателя) выполнения лабораторной работы,

- анализа подготовленных рефератов, презентаций,

- устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий, защите отчетов по лабораторным работам и во время экзамена в десятом семестре (для выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины).

7.1. Требования к содержанию экзаменационных вопросов

Экзаменационные билеты включают три типа заданий:

1. Теоретический вопрос, требующий развернутого ответа.

2. Теоретический вопрос, требующий краткого ответа.

3. Творческое проблемно-ориентированное задание.

7.2. Примеры экзаменационных вопросов

Билет № 1

1. Механизм упрочнения поверхности при поверхностно-пластическом деформировании. Технологические параметры процесса.

Получение композиционных покрытий при электрохимическом осаждении покрытий. Основные элементы структуры газотермического покрытия и их связь с теплофизическими условиями формирования материала покрытия.

Билет № 2

1. Виды поверхностной термической обработки. Зависимость структуры поверхностного слоя от типа источника нагрева.

2. Изменение структуры и химического состава поверхности при ионной имплантации.

3. Провести сравнительный анализ покрытий, полученных методами газотермического и вакуумного напыления.

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)

Основная литература

1. Технология конструкционных материалов. /Под ред. 2005.

2. , Зенин технологии поверхностного упрочнения и нанесения покрытий: Учебное пособие.-Томск: Изд. ТПУ, 200с.

3. Гаркунов . 1989.

4. Порошковая металлургия и напыленные покрытия. / Под ред. 1987.

5. , Бобров покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. 1992.

6. , Леонтьева . 1990.

7. , , Мячин модифицирования поверхности и нанесения покрытий. Web-CT-сайт ТПУ.-2007.

8. Журналы: «Упрочняющие технологии и покрытия», «Физика и химия обработки материалов», «Перспективные материалы».

Дополнительная

1. Колесников основы обеспечения качества машин. 1990.

2. Сулима слой и эксплуатационные свойства деталей машин. 1988.

3. Васильев материалы: Справочник. 1990.

Интернет-ресурсы:. http://portal. *****/SHARED/b/BOSEZEN/educational/sovrem_tehnol/Tab/01_content. pdf

9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)

При изучении основных разделов дисциплины, выполнении лабораторных работ бакалавры используют оборудование кафедры, оснащенное автоматизированными системами с выводом данных на персональные компьютеры (оптическая микроскопия), компьютерный класс кафедры для моделирования физических процессов, для обработки экспериментальных данных, для использования Inernet-ресурсов при выполнении самостоятельной работы.

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-2010 по направлению и профилю подготовки «Машиностроение», профиль «Материаловедение технология материалов в машиностроении».

Автор:

Программа одобрена на заседании кафедры ММС ИФВТ

(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).