Логин:
Пароль:

Работа №1593
Название работы
Плазменно–иммерсионное формирование сильноточных высокоэнергетических электронных потоков и их применение для трехмерной электронной модификации поверхности твердых тел
Автор работы
Козырев Андрей Владимирович
Дата начала работы Дата окончания работы
2010-05-07 2012-11-23
Аннотация
Эксплуатационные характеристики металлических и композитных изделий во многом определяются свойствами их поверхности и могут практически не зависеть от свойств объема материала. К таким характеристикам можно отнести трибологические свойства, износостойкость, коррозионную стойкость и т.д. Они во многом определяются фазовым составом, шероховатостью, наличием дефектов, содержанием примесей и другими свойствами поверхности. Таким образом, существенное улучшение эксплуатационных характеристик металлических и композитных изделий может быть достигнуто изменением характеристик только их поверхностного слоя, поэтому технологии модификации свойств поверхности материалов и изделий уже давно являются одними из наиболее востребованных и активно развивающихся. Предлагаемый метод модификации поверхности металлов обладает мировой новизной, открывает новые технологические возможности для прецизионной обработки поверхности объемных металлических деталей.
Тип НИР Источник финансирования Объем финансирования Вид работы
ФЦП 1006600 Федеральное агентство по образованию Прикладная
Промежуточный реферат №1
Объектом исследования является плазмо генератор, предназначенный для поверхностной модификации металлических изделий сложной формы. Цель работы — исследование работы плазмогенератора и параметров плазмы разряда низкого давления в магнитном поле. Создан макет генератора плотной газоразрядной плазмы на основе сильноточного импульсного магнетронного разряда, обеспечивающий генерацию плотной газоразрядной плазмы. Плазмогенератор включает в себя магнетронную распылительную систему с регулируемой степенью несбалансированности и генератор высоковольтных сильноточных импульсов. В процессе работы проводились экспериментальные исследования вольтамперных характеристик плазм о генератор а, зондовые измерения пространственного распределения параметров плазмы. С помощью высокоскоростной трехканальной камеры были проведены исследования динамики свечения плазмы сильноточного импульсного магнетронного разряда. Эксперименты проводились в аргоновой атмосфере. В ходе экспериментов изменялись: ток магнетрона, пространственное положение зонда и ток катушки. Показано, что сильноточный импульсный магнетронный разряд с током 400 - 600 А генерирует плазму с концентрацией не менее 10 см\" в объеме 1,5 - 2,2 дм3. ОТЧЕТ О ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ (стр.62-75)
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201056404 Дата регистрации ИК: 2010-09-22
Промежуточный реферат №2
Объектом исследования является плазмогенератор на основе сильноточного магнетронного разряда, предназначенный для поверхностной модификации металлических изделий сложной формы. Цель работы – измерение ионного состава плазмы магнетронного разряда спектро-скопическим и зондовым методом. Исследование ионного состава плазмы сильноточного импульсного магнетронного разряда проводилось методом оптической спектроскопии. Спектральные измерения плазмы разряда осуществлялись с помощью гибкого световода диаметром 0,5 мм, установленного вблизи мишени магнетрона. Определены зависимости ионного состава плазмы от давления рабочего газа, плотности тока разряда и мощности, вкладываемой в разряд. Сформулирована физическая модель переноса тока в сильноточной стадии импульсного магнетронного разряда, в которой основную роль играет наличие азимутальной неоднородности прикатодной плазмы. Формирование неоднородности концентрации приводит к появлению азимутального электрического поля, обеспечивающего дрейф электронов поперек силовых линий магнитного поля к аноду.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201057382 Дата регистрации ИК: 2010-11-17
Промежуточный реферат №3
Объектом исследования является плазмогенератор на основе сильноточного магнетронного разряда, предназначенный для поверхностной модификации металлических изделий сложной формы. Цель работы − проведение экспериментальных исследований пространственных и временных параметров плазмы, формируемой в стенде для плазменно-иммерсионного формирования сильноточных высокоэнергетических электронных потоков; проведение численных расчетов динамики формирования плазмы в сильноточном магнетронном разряде. Создан стенд для плазменно-иммерсионного формирования сильноточных высокоэнергетических электронных потоков и проведения исследований по трехмерной электронной модификации поверхности твердых тел, включающий в себя два генератора плазмы на основе сильноточного импульсного магнетронного разряда с источником питания, высоковольтный импульсный источник питания, систему зондовых и оптических измерений параметров плазмы. Проведены исследования пространственных и временных параметров плазмы, формируемой двумя сильноточными импульсными магнетронными распылительными системами. Показано, что при зарядном напряжении 1650 В, давлении 0,27 Па и токах в магнитных катушках 1 А, ток разряда каждого плазмогенератора достигал 660 А. При этих условиях концентрация плазмы не менее чем 5∙1013 см-3 была достигнута в объеме 5 дм3. Проведены экспериментальные исследования динамики формирования двойного электрического слоя у поверхности погруженного в плотную плазму металлического образца при подаче на него высоковольтного импульса положительной полярности. Экспериментально доказана возможность реализации метода плазменно-иммерсионной электронной обработки. Сформулирована математическая модель описания плазмы в сильноточном магнетронном разряде на основе системы магнитогидродинамических уравнений двухжидкостной модели плазмы. Реализован алгоритм численных расчетов этой системы. Проведен расчет распределений концентрации плазмы и поля скоростей электронов.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201160100 Дата регистрации ИК: 2011-08-15
Промежуточный реферат №4
Объектом исследования является плазмогенератор на основе сильноточного магнетронного разряда и погруженный в плазму металлический образец, на который подается электрическое смещение. Цель работы ? исследование пробных режимов плазменно–иммерсионной обработки поверхности твердых тел, включая поиск предельных параметров электронного потока на поверхность погруженного в плотную плазму металлического образца. Проведены экспериментальные исследования тестовых режимов плазменно-иммерсионной трехмерной электронной обработки поверхности твердых тел. Показано, что приложение положительного смещения к погруженному в плотную плазму образцу может приводить к изменению потенциала плазмы относительно стенок вакуумной камеры. При изменении потенциала плазмы более чем на 100 В, на поверхности камеры возникают катодные пятна, эмитированные из которых электроны нейтрализуют избыточный потенциал. Определены предельно достижимые параметры электронного потока на поверхность погруженного в плотную плазму металлического образца при подаче на него высоковольтного импульса положительной полярности. Показано, что основным предельным параметром процесса является площадь образца. Методами оптической и атомно-силовой микроскопии проведены исследования морфологии и структуры поверхности и поперечного шлифа образцов после плазменно-иммерсионной электронной обработки. Проведена теоретическая оценка параметров электронного потока и плотности энергии в нем, необходимая для достижения оплавления поверхностного слоя изделия. Сравнение расчетных параметров нагрева образцов из нержавеющей стали и экспериментальных параметров, при которых наблюдается плавление поверхности, показывает, что плавление начинается при средних плотностях поглощенной энергии по порядку величины меньше расчетных.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201162255 Дата регистрации ИК: 2011-11-17
Промежуточный реферат №5
Объектом исследования является плазмогенератор на основе сильноточного магнетронного разряда и погруженный в плазму металлический образец, на который подается электрическое смещение. Цель работы - проведение экспериментов по поиску оптимальных режимов и ключевых параметров модификации поверхности тестовых образцов из тугоплавких материалов (нержавеющей сталь и титан), теоретическое моделирование процессов в сильноточном магнетронном разряде в экстремальных режимах его функционирования с целью выявления предельных параметров метода плазменно-иммерсионной обработки изделий. Проведены эксперименты по поиску оптимальных режимов и ключевых параметров модификации поверхности тестовых образцов из тугоплавких материалов (нержавеющая сталь и титан). В результате удалось увеличить длительность импульса тока разряда до 200 мкс, поднять амплитуду тока разряда до 1,8 кА, увеличить энергосодержание импульсов воздействия на образце до 75 Дж. Показано, что существуют оптимальные уровни плотности энергии в импульсе, при которых достигаются наилучшие показатели шероховатости оплавленной поверхности. Методами электронной и оптической микроскопии поперечного шлифа образцов доказано, что плазменно-иммерсионная электронная обработка образцов нержавеющей стали и титана импульсами с энергией 50 Дж приводит к модификации поверхностного слоя толщиной до сотни микрометров. Проведено теоретическое моделирование и практическая реализация экстремальных режимов функционирования магнетронного разряда. В результате моделирования выяснился один из возможных механизмов образования анодных пятен, который связан с локальным перегревом микроскопических вершин поверхностного рельефа их частичным испарением
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201260371 Дата регистрации ИК: 2012-07-26
Заключительный реферат
Объектом исследования является плазмогенератор на основе сильноточного магнетронного разряда и погруженный в плазму металлический образец, на который подается электрическое смещение. Цель работы - разработка технического задания на экспериментальный образец установки, позволяющей производить обработку металлических деталей с площадью до 100 см^2. Использовались общие правила выполнения графических технологических документов, средства автоматизированного проектирования для создания экспериментального образца установки. Разработано техническое задания на создание экспериментального образца установки, позволяющей производить обработку металлических деталей с площадью до 100 см^2. Проведено обобщение и оценка результатов теоретических и экспериментальных исследований различных режимов работы сильноточного магнетронного разряда, и метода модификации поверхностей изделий в нем, их сопоставление и обобщение с результатами анализа научно-информационных источников, проведение оценки эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем. Создан экспериментальный стенд и лабораторный практикум на его основе для студентов и аспирантов. Выработаны рекомендации по использованию разработанного оборудования и метода трехмерной электронной модификации поверхности твердых тел в реальном секторе экономики.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201262484 Дата регистрации ИК: 2012-11-06
Заказчик
Федеральное агентство по образованию, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы», Мероприятие 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук», НК -532П «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Физика плазмы» в рамках мероприятия 1.2.1 Программы», № заявки НК -532П/6 ГК № П310 от 07 мая 2010
ГРНТИ УДК Инвентарный номер Госшифр Госконтракт Договор
29.27.51 ( ФИЗИКА. Физика плазмы. Применение плазмы. )
47.13.33 ( ЭЛЕКТРОНИКА. РАДИОТЕХНИКА. Технология и оборудование для электронного и радиотехнического производства. Электронно-ионно-плазменные технологии электронного производства. )
55.22 ( МАШИНОСТРОЕНИЕ. Отделка поверхностей и нанесение покрытий. )
45.31.29 ( ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. Электрические аппараты. Электрические аппараты высокого напряжения. )
47.31 ( ЭЛЕКТРОНИКА. РАДИОТЕХНИКА. Ускорители заряженных частиц и плазмы. )
621.039.6; 621.37/.39:621.793; 621.384.6; 530469 НК -532П/6 П310
Ключевые слова
электронный поток, сильноточный магнетронный разряд, низкотемпературная плазма, высоковольтное электрическое смещение, электронный нагрев, модификация поверхности
Предполагаемый результат работы
Отчет
Организации соисполнители
Государственный учет результатов НИОКР в БД РНТД Минобрнауки РФ
Получить полный доступ
Основание к регистрации темы (электронный вариант)
Только для служебного пользования
   
2007 © ОНТИ НУ ТГУ
E-mail: onti@sun.lib.tsu.ru
Тел: 52-76-99