Лабораторный практикум по дисциплине образовательной программы повышения квалификации «Оборудование и технология электрохимического структурирования поверхности деталей» для преподавателей вузов, осуществляющих образовательную деятельность по подготовке специалистов в области наноиндустрии «Введение в нанотехнологии» (стр. 1 )

		«утверждаю» Руководитель образовательного проекта, проректор по учебной работе _________________________ «_____» _______________________ 2010 г.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» Образовательный проект ГК «Роснанотех» в области создания серийного производства электрохимических станков для прецизионного изготовления деталей из наноструктурированных материалов и нанометрического структурирования поверхности	лабораторный практикум по дисциплине образовательной программы повышения квалификации «Оборудование и технология электрохимического структурирования поверхности деталей» для преподавателей вузов, осуществляющих образовательную деятельность по подготовке специалистов в области наноиндустрии «Введение в нанотехнологии»

Составители

______________ к. т.н., доц.

______________ к. т.н.,

______________ д. ф-м. н., проф.

Уфа 2010 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по дисциплине

«Введение в нанотехнологии»

Уфа 2010

Составители: , ,

Лабораторный практикум по дисциплине «Введение в нанотехнологии» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т., Сост.: , , – Уфа:, 2010. – 30 с.

Приводятся описания лабораторных работ, позволяющие изучить основы наноструктурирования объема и поверхности металлических материалов.

Предназначен для преподавателей вузов, осуществляющих образовательную деятельность по подготовке специалистов в области наноиндустрии, обучающихся по образовательной программе повышения квалификации «Оборудование и технология электрохимического структурирования поверхности деталей»

Табл. 3. Ил. 20. Библиогр. 4 назв.

Ó Уфимский государственный авиационный

технический университет, 2010

Содержание

Введение	4
1. Лабораторная работа №1. Процессы и оборудование для наноструктурирования объема металлических материалов	5
1.1. Цель работы	5
1.2. Теоретическая часть	5
1.3. Задания	12
1.4. Лабораторное оборудование	13
1.5. Методика выполнения заданий	13
1.6. Контрольные вопросы	16
1.7. Требования к содержанию и оформлению отчета	16
2. Лабораторная работа №2. Процессы и оборудование для наноструктурирования поверхности металлических материалов	17
2.1. Цель работы	17
2.2. Теоретическая часть	17
2.3. Задания	25
2.4. Лабораторное оборудование	26
2.5. Методика выполнения заданий	26
2.6. Контрольные вопросы	28
2.7. Требования к содержанию и оформлению отчета	29
Список литературы	29

Введение

В условиях современной рыночной экономики для производства актуальным является проектирование инновационных технологий, с целью создания конкурентоспособной продукции в области наноиндустрии. Динамика развития нанотехнологий показывает, что перспективным напралением является изготовление деталей из наноструктурированных материалов с последующим формированием нанометрического рельефа в интеграции с модификацией поверхности. Такое сочетание технологий позвилит выпускать продукцию с высокими эксплуатационными свойствами.

Методы интенсивной пластической деформации (ИПД) занимают важное методов среди многочисленных методов получения объемных наноструктурных заготовок и могут обеспечить формирование наноструктур в различных металлических материалах. Введение электрофизических и электрохимических методов обработки поверхности в технологический процесс изготовления детали позволяет значительно сократить длительности технологических циклов, автоматизировать управление процессами обработки, сократить обслуживающий персонал, экономить остродефицитные материалы, повысить эксплуатационные характеристики изделия, и как следствие позволит выпускать конкурентоспособную высокотехнологичную продукцию.

Поэтому весьма актуальным является разработка и реализация образовательной программы повышения квалификации «Оборудование и технология электрохимического структурирования поверхностей деталей» для преподавателей вузов, осуществляющих образовательную деятельность по подготовке специалистов в области наноиндустрии.

Освоение лабораторного практикума позволит получить первичные знания в области основ технологических процессов наноструктурирования объема и поверхности, а так же уметь выявлять особенности структуры и свойств, характерные для наноструктурированных материалов.

Лабораторная работа №1

ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ОБЪЕМА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

(2 часа)

1.  Цель работы

Целью работы является формирование первичных навыков использования метода РКУП для получения объемных наноструктурных металлических материалов.

2. Теоретическая часть

Метод интенсивной пластической деформации (ИПД) является одним из наиболее перспективных методов формирования объемных наноструктурных состояний в различных металлических материалах. Самым распространенным методом ИПД, позволяющим получать целостные массивные заготовки с размерами, представляющими интерес для последующего изготовления образцов для механических испытаний или различных изделий, является метод равноканально-углового прессования (РКУП).

Метод РКУП был разработан в Белоруссии в 70-х годах прошлого века В. Сегалом. Однако последний использовал этот метод только как метод упрочнения металлов и сплавов без изменения геометрических размеров и не обращал внимания на структурные изменения, происходящие в деформированных заготовках.

В начале 90-х годов прошлого столетия в Уфе под руководством профессора начаты работы по развитию методов ИПД, в том числе и метода РКУП, как методов формирования объемных ультрамелкозернистых и наноструктурных состояний. Было показано, что методы ИПД позволяют получать объемные наноструктурные состояния в различных металлических материалах, в результате чего последние приобретают весьма необычные и привлекательные физические и механические свойства. Так, например, модули Юнга и сдвига, температуры Дебая и Кюри, намагниченность насыщения, коэффициент диффузии, взаимная растворимость химических элементов оказались структурно чувствительными, хотя их значения считались табличными. Обнаружены парадокс ИПД, заключающийся не только в одновременном проявлении высоких прочности и пластичности, но и повышении пластичности с ростом степени деформации, низкотемпературная и высокоскоростная сверхпластичность и т. д.

В связи с возможностью достижения повышенных свойств, присущих объемных наноструктурным материалам, интерес к методам ИПД стал проявляться учеными и производственниками во всем мире. Уфа стала признанным мировым центром развития методов ИПД, получения и исследования структуры и свойств, а также поиска потенциальных областей применения объемных наноструктурных материалов.

Рис. 1. Принципиальная схема РКУП с углом пересечения каналов Ф = 90° (а), геометрия канала прессования и схема деформации РКУП (б), схема действующих сил (в), используемые маршруты РКУП (г)

На рис. 1 представлена принципиальная схема оснастки для традиционного РКУП с внутренним углом пересечения каналов Ф = 90° (а), геометрия канала прессования и схема деформации РКУП (б), схема действующих сил (в), используемые маршруты РКУП (г).

В ходе реализации РКУП заготовка неоднократно продавливается через два пересекающихся под определенным углом Ф канала с одинаковыми поперечными сечениями (круглым или квадратным). При этом при последовательных проходах заготовки через оснастку может изменяться ее ориентация путем поворота вокруг продольной оси заготвоки на определенный угол. Считается, что при этом изменяется маршрут РКУП.

 

Рис. 2. Фотография оснастки для традиционного РКУП

Рис. 3. Общий вид образцов труднодеформируемых наноструктурных материалов, полученных РКУП по неоптимальному режиму (а) и оптимальным режимам (б-г)

Для реализации процесса РКУП разрабатываются специальные оснастки из высокопрочных инструментальных сталей. Оснастки могут быть неразборными и разборными. Фотография одной из оснасток представлена на рис. 2.