Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка специализированного нанотвердомера-профилометра и методов контроля физико-механических свойств внутренних поверхностей открытых и глухих каналов для применения в машиностроении и авиакосмической отрасли

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
инструментальное индентирование, нанотвердометрия, механические свойства, сканирующая зондовая микроскопия, профилометрия, наноструктурированные материалы, тонкие пленки, функциональные покрытия, модуль юнга, твердость, алмазные инденторы.

Цель проекта:
1. Задачей реализуемого проекта является разработка экспериментального образца специализированного нанотвердомера-профилометра и методик контроля модуля упругости (Юнга), твердости и параметров наношероховатости на внутренних поверхностях, на глубинах, существенно превышающих входной диаметр сквозных или глухих каналов; а также разработка программного обеспечения для управления измерительными процедурами и обработки экспериментальных данных. 2. Целью реализуемого проекта является обеспечение возможности контроля с нанометровым пространственным разрешением наношероховатости, твердости и модуля упругости внутренних поверхностей открытых или глухих каналов в узлах и агрегатах изделий и механизмов, применяемых в машиностроительной и авиакосмической отраслях.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Экспериментальный образец специализированного нанотвердомера-профилометра, в том числе эскизная конструкторская документация и программное обеспечение для управления измерительными процедурами и обработки экспериментальных данных.
2. Методики контроля модуля упругости (Юнга), твердости и параметров наношероховатости на внутренних поверхностях, на глубинах, существенно превышающих входной диаметр сквозных или глухих каналов, а также размер входных отверстий рабочих полостей и криволинейных каналов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Разрабатываемый экспериментальный образец специализированного нанотвердомера-профилометра должен позволять проводить с нанометровым пространственным разрешением измерение наношероховатости, твердости и модуля упругости (Юнга) поверхности внутри сквозных или глухих каналов диаметром 9 мм и более, на удалении от входного отверстия канала не более 2000 мм.
2. Управление разрабатываемого экспериментального образца специализированного нанотвердомера-профилометра должно осуществляться с помощью персонального компьютера, оснащенного операционной системой Windows, все результаты исследований должны сохраняться в цифровом виде на жестком диске.
3. Разрабатываемые методики контроля модуля упругости (Юнга), твердости и параметров наношероховатости на внутренних поверхностях, на глубинах существенно превышающих входной диаметр сквозных или глухих каналов, а также размер входных отверстий рабочих полостей и криволинейных каналов должны обеспечивать измерение параметров наношероховатости методом полуконтактной сканирующей зондовой микроскопии, измерение твердости методом склерометрии или инструментального индентирования, и измерение модуля упругости (Юнга) методом силовой спектроскопии или инструментального индентирования.
4. Разрабатываемое устройство не имеет мировых аналогов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Основная область применения результатов ПНИ: транспортное машиностроение (авиа-, авто-, судостроение, системы перекачки нефти и газа и т.д.). Разрабатываемые устройства будут применяться для целей контроля параметров металлов, сплавов, модификаторов и лигатур с повышенными конструкционными и функциональными свойствами, материалов с повышенной механической прочностью и химической стойкостью для различных видов транспорта, в том числе для авиационно-космических технологий, судо- и автомобилестроения.
2. Практическое внедрение результатов ПНИ планируется в виде контрольно-измерительной аппаратуры, адаптированной к применению на перечисленных выше объектах с целью диагностики их состояния как на стадиях внедрения новых технологических процессов различной обработки поверхностей (нанесение функциональных покрытий различного назначения – износостойких, антифрикционных, защитных), так и на стадиях эксплуатации с целью определения или прогнозирования их ресурса.
3 Контроль технологических процессов является одним из важнейших этапов отработки и внедрения новых технологий в реальном секторе экономики. В настоящее время не существует прямых методов контроля параметров рельефа и механических свойств на внутренних поверхностях каналов на достаточном удалении от входного отверстия. Как правило, оценка качества поверхностей проводится косвенных способом, либо не проводится вовсе, либо оценивается из средних параметров самого процесса модификации поверхности. Инструмент, позволяющий проводить прямые измерения, позволит получить существенно больше информации, что приведет к значительному прогрессу в развитии соответствующих технологий.

Текущие результаты проекта:
Разработаны электронные схемы, архитектура программного обеспечения и комплект эскизной конструкторской документации. Изготовлен экспериментальный образец специализированного нанотвердомера-профилометра.
Параметры экспериментального образца, включая габаритные размеры измерительной головки прибора и функциональные возможности программного обеспечения, соответствуют требованиям Технического задания.
Были изучены пути повышения информативности метода инструментального индентирования для учета влияния величины наношероховатости на измеряемые значения твердости и модуля упругости. Получены соотношения, позволяющие вносить корректирующие поправки в рассчитанные значения, что позволит снизить величину неопределенности при выполнении измерений твердости.
Разработана программа и методика исследовательских испытаний экспериментального образца специализированного нанотвердомера-профилометра.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках соглашения № 14.577.21.0088 (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57714X0088).