[ «СОВРЕМЕННЫЕ ТВЕРДОФАЗНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ТЕОРИЯ, ПРАКТИКА И ИННОВАЦИОННЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ Материалы IV Международной научно-инновационной молодежной конференции 24 – 26 октября 2012 г. г.Тамбов 2012 УДК 620.1 ББК 34.4+65.291.5 ...»
Министерство образования и наук
и РФ
Некоммерческая корпорация
Американский фонд гражданских исследований и развития (CRDF)
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»
Учреждение Российской академии наук Институт структурной
макрокинетики и проблем материаловедения РАН (г.Черноголовка)
Научно-образовательный центр ТамбГТУ-ИСМАН
«Твердофазные технологии»
«СОВРЕМЕННЫЕ ТВЕРДОФАЗНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ:
ТЕОРИЯ, ПРАКТИКА И ИННОВАЦИОННЫЙ
МЕНЕДЖМЕНТ»Материалы IV Международной научно-инновационной молодежной конференции 24 – 26 октября 2012 г.
г.Тамбов 2012 УДК 620.1 ББК 34.4+65.291.5 Конференция проводилась при поддержке Некоммерческой организации Американский фонд гражданских исследований и развития, грант BG Сборник подготовлен по материалам, предоставленным авторами в электронном виде, и сохраняет авторскую редакцию.
За содержание предоставленных материалов организаторы ответственности не несут.
C 56 «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент»: материалы IV Международной начноинновационной молодежной конференции: 24 – 26 октября 2012. Под общей ред.оргкомитета. – Тамбов: Изд-во ИП Чеснокова А.В., 2012 – 312 с.
ISBN 978-5-905724-09- Сборник содержит научные статьи и тезисы докладов студентов, аспирантов и молодых научных работников ВУЗов, НИИ и предприятий Российской Федерации и стран СНГ, вошедших в программу IV Международной научно-инновационной молодежной конференции
«СОВРЕМЕННЫЕ ТВЕРДОФАЗНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ТЕОРИЯ,
ПРАКТИКА И ИННОВАЦИОННЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ»
УДК 620. ББК 34.4+65.291. © Авторы публикаций, © ФГБОУ ВПО «ТГТУ», © Оформление Изд-во ИП Чеснокова А.В., ISBN 978-5-905724-09- Состав Оргкомитета Сопредседатели оргкомитета:Бузник Вячеслав Михайлович - академик РАН, гл.н.с. ИМЕТ РАН, г.Москва;
Мищенко Сергей Владимирович - д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, ректор ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г.Тамбов Члены оргкомитета:
Баронин Геннадий Сергеевич - д.т.н., профессор ФГБОУ ВПО «ТГТУ», директор НОЦ ТамбГТУ-ИСМАН «Твердофазные технологии», г.Тамбов Белошенко Виктор Александрович - д.т.н., профессор, засл.изобретатель Украины, зам. директора по научной работе Донецкого физико-технического института им. А.А.Галкина НАН Украины, г. Донецк Вигдорович Владимир Ильич - д.х.н., профессор ФГБОУ ВПО «ТГТУ», засл.деятель науки и техники РФ, г.Тамбов.
Дворецкий Станислав Иванович - д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, проректор по научноинновационной деятельности ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г.Тамбов Истомин Михаил Александрович - к.э.н., директор бизнес-инкубатора ФГБОУ ВПО «ТГТУ» «Инноватика»
Столин Александр Моисеевич - д.ф.-м.н., профессор ИСМАН, зав. лабораторией пластического деформирования материалов, Стельмах Любовь Семеновна - д.т.н, вед.н.с. ИСМАН, г.Черноголовка Ткачев Алексей Григорьевич - д.т.н., профессор, зав.кафедрой Хина Борис Борисович - д.ф.-м.н., гл.н.с. Физико-технического Секретарь оргкомитета:
Завражин Дмитрий Олегович - к.т.н., ст.н.с. НОЦ ТамбГТУ-ИСМАН
СОДЕРЖАНИЕ
Пленарные докладыБаронин Г.С., Мищенко С.В. Становление и развитие профильного научно-образовательного центра ТамбГТУ-ИСМАН «Твердофазные технологии»…………………………………………………… Хина Б.Б. Мультимедийный спецкурс «Основы физического материаловедения: диффузия, дислокации и механизмы структурообразования» для магистрантов и аспирантов материаловедческих специальностей……………………………...…………... Дворецкий Д.С., Поляков Б.Б., Столин А.М. Оптимизация аппаратурно-технологического оформления высокотемпературного синтеза материалов на основе моделирования динамики тепловых процессов………………………………………………………………………… Ткачев А.Г., Меметов Н.Р. Новые технологии синтеза и практического применения углеродных наноструктур…………………….. Вигдорович В.И., Панфилова Ю.В., Пудовкина А.Ю. Размерные эффекты при анодном поведении и протекторном действии цинкового порошка……..………………………………………………………. СЕКЦИЯ 1. Материаловедение и твердофазные технологии новых материалов……………………………………………………………………... Агеев Е.В., Латыпова Г.Р., Гладких А.В. Исследование удельной поверхности твердосплавных электроэрозионных порошков……………………………… Худяков В.В., Мещерякова Ю.В., Юрков Г.Ю., Баронин Г.С. Теплофизический анализ образцов политетрафторэтилена и композитов на его основе………. Кацуба Д.С., Рогов И.В., Жуков Н.П. Исследование температурных зависимостей теплопроводности композиционных полимерных материалов………………………………………………………………………. Комбарова П.В., Баронин Г.С., Хабаров С.Н. Интенсификация твердофазной экструзии поверхностным насыщением и пластификацией заготовок полимера……….……………………………………………………………….... Ивановский В.А. Определение теплофизических характеристикполимерных систем по их электромагнитным флуктуациям…………………….………… Фокин В.М., Образцов Д.В. Исследование прочностных и теплофизических свойств наномодифицированных бетонов..……………………………..……. Дивина Д.А., Дивин А.Г., Пономарев С.В. Реализация теплофизического эксперимента с применением информационных технологий……….………. Бажин П.М., Столин А.М., Саранцев В.В. Изучение формуемости композитной нанокерамики……………….………………………………….. Балабащук И.В., Просвиркина Е.В., Харченко Е.Н. Ультразвуковое воздействие на свойства диоксида титана...…………………………………... Айнетдинов Д.В., Александров Г.В., Кардаш М.М. Изучение ионной проводимости катионообменных мембран «Поликон»……………………… Аверичев О.А., Столин А.М., Бажин П.М. Разработка технологических режимов получения электродов TI-C-CO методом СВС-экструзии………………………………………………………………..…. Завражин Д.О., Баронин Г.С., Худяков В.В. Исследование влияния СВЧ-нагрева на формирование структурно-механических свойств наномодифицированных материалов на основе ПА-6, прошедших ТФЭ………………………………………………………………… Антонов А.О., Пудовкина Е.В., Васильев С.О., Майникова Н.Ф.
Метод неразрушающего определения теплофизических свойств металлизированных полимерных изделий………………………………….. Агеев Е.В., Давыдов А.А., Денисова Е.В. Исследование микротвердости твердосплавных электроэрозионных порошков…………… Фомин А.А., Попов О.Н., Рогов И.В., Майникова Н.Ф.
Исследование методом неразрушающего определения структурных переходов в полимерных материалах
Хорсева Т.Н. Утепление фасадов жилых домов первых массовых серий…
Кобзев Д.Е., Баронин Г.С., Червяков В.М., Хабаров С.Н.
Технологическая линия твердофазной объемной штамповки ПТФЭ с ультразвуковым воздействием……………….………………………….. Кузнецов М.М., Ли Р.И. Обоснование выбора адгезива ТК- для восстановления взаиморасположения осей валов КПП автомобиля
Михеев М.В., Столин А.М., Бажин П.М. Исследование термодинамических характеристик шихтовых материалов на основе дисилицида молибдена в режиме СВС…………………………… Худяков В.В.,Завражин Д.О., Мещерякова Ю.В., Кантаев А.С., Дьяченко А.Н., Бузник В.М., Баронин Г.С. Эксплуатационные свойства фторполимерных нанокомпозитов, полученных на основе молекулярной смеси ПТФЭ и диоксидов титана и кремния……………… Мостовой А.С., Яковлев Е.А., Санукова А.А., Плакунова Е.В.
Модифицированные эпоксидные композиты – полимеры XXI века…….... Толчков Ю.Н., Кондаков А. И. Исследование процесса наномодифицирования строительных материалов.………………………. Кучерова А.Е., Заикин А.С., Бураков А.Е. Очистка водно-спиртовых смесей синтетическими цеолитами, модифицированными углеродными нанотрубками……………………..…. Дебердеев Р.Я., Дебердеев Т.Р., Улитин Н.В., Набиев Р.Р., Терещенко К.А., Калинина Д.Ш., Ахметчин Э.С., Берлин Ал.Ал.
Влияние физических полей на процесс получения олигомерной серы…… Кобзев Д.Е., Баронин Г.С., Червяков В.М. Твердофазное формование ПТФЭ с ультразвуковым воздействием……………………….. Новичков М.С., Ивановский В.А. Исследование температурного поля в образце при определении теплопроводности методом электромагнитных флуктуаций…………………………………….. Петров Д.И., Каратеев А.А., Пудовкина Е.В., Майникова Н.Ф., Никулин С.С. Исследование метода неразрушающего теплового контроля двухслойных материалов.…………………………………………. Полткина Ю.В., Гулевский В.А. Разработка матричных сплавов на основе сурьмы для пропитки углеграфита..……………………………. Кучерова А.Е., Ящишина О.Ю., Бураков А.Е. Фильтрующий материал аэрозольной очистки на основе керамических волокон модифицированных углеродными нанотрубками………………… Полуэктов В.Л., Баронин Г.С. Комбинированная твердофазная экструзия полимеров и композитов……………………………………… Худяков В.В., Кантаев А.С., Дьяченко А.Н., Юрков Г.Ю., Бузник В.М., Баронин Г.С. Теплофизические исследования модифицированных полимерных материалов на основе фторопласта-4…………………………. Иванов С.А., Баронин Г.С., Таров В.П. Интенсивная пластическая деформация углеродонаполненного полиэтилена………………………….. Гулевский В.А., Доменти Е.А. Разработка матричных сплавов на основе свинца………………………………………………… Полуэктов В.Л., Баронин Г.С. Влияние комбинированной твердофазной экструзии на физико-механические характеристики полимерных материалов………………………………………
Зяблицева Е.В. Возможность переноса иона галлия в системе сульфат натрия – сульфат галлия (III)……………………………………. Блохин А.Н., Захаревский А.В., Гурьев Я.Е. Придание электропроводности эпоксидным смолам за счет добавок углеродных нанотрубок……………………………………………………. Полунина Н.Ю. Информационно-измерительная система для определения теплофизических свойств теплозащитных материалов……………………………………………………………………... Завражин Д.О., Баронин Г.С. Исследование процесса интенсивного пластического деформирования материалов на основе ПА-6 на примере твердофазной плунжерной экструзии………..…………………………..…...…………..… Штейнман А.Э., Столин А.М., Бажин П.М.
Влияние многоступенчатого обжатия на процесс СВС-экструзии………… Сипратов Н.Ю., Глазков Ю.Е., Ведищев С.М., Бажин П.М.
Использование СВС-электродов при упрочнении деталей сельхозтехники………...………………………………………………………. Дебердеев Т.Р., Улитин Н.В., Новиков Г.Ф., Терещенко К.А., Сидельникова В.А., Дебердеев Р.Я. Специфические эффекты в процессах формирования эпоксиаминных полимеров, выявляемые методом широкополосной диэлектрической спектроскопии…………….. Васильев С.О., Васильев Д.О., Антонов А.О. Майникова Н.Ф.
Зондовый метод определения значений температуры плавления и кристаллизации полимерных материалов
Юрина С.О., Рязанов П.М., Ткаченко Т.В., Мочалин С.Н., Рогов И.В.
Информационно-измерительная система для определения температурозависимых теплофизических свойств твердых материалов….. Терзиман О.В., Гулевский В.А. Разработка матричных сплавов на основе алюминия для пропитки пористого каркаса….…………………… СЕКЦИЯ 2. Технологии наносистем и материалов…………………… Горский С.Ю., Дьячкова Т.П. Исследование процессов газофазной функционализации углеродных нанотрубок…………………… Щегольков А.В., Юдин А.С. Наномодифицированные теплоаккумулирующие материалы для энергосберегающих систем...…… Аверин И.А., Губич И.А. Пористый наноструктурированный оксид алюминия: методы получения и исследования……………………. Блохин А.Н., Гурьев Я.Е., Ящишина О.Ю. Влияние углеродных нанотрубок на структуру и свойства эпоксидных связующих……………. Колесников А.А., Бутин А.В., Ли Р.И. Деформационно-прочностные свойства полимерного нанокомпозиционного материала на основе эластомера Ф-40…………………………………………………… Аверин И.А., Губич И.А. Предварительная подготовка поверхности для получения упорядоченной структуры и уменьшения дефектов анодного оксида алюминия……………….…………………………………... Котов В.А. Влияние углеродных нанотрубок марки «Таунит»
на прочностные характеристики цементного камня……………….… Тюрин И.А., Терин Д.В., Макаров Б.С., Кардаш М.М., Олейник Д.В.
Введение ультрадисперсных добавок в полимерный хемосорбент………. Мамонтов А.И., Зимин С.П. Рентгеновская дифрактометрия многослойных наноструктур……………………………………………… Новиков В.А., Сафонов А.А., Штеренберг А.М.
Триботехнические свойства тонких плнок, синтезированных в плазме тлеющего разряда……………
Шелохвостов В.П., Образцов Д.В., Гумбин В.В.
Исследование закономерностей формирования динамических кластерных сверхрешеток под воздействием наномодификаторов в жидких средах………………………
Першин А.С., Петрова Е.А., Семикина С.И., Пасько Т.В.
Опыт создания в России классификатора направлений нанотехнологии…. Платнкин А.В., Баршутин С.Н. Исследование спектральных характеристик плазмы в процессе синтеза наноуглеродных структур…… Ли Р.И., Рожнов А.Б. Оптимизация состава полимерной нанокомпозиции на основе анаэробного герметика АН-111……………… Щегольков А.В. Исследование вольт-амперных характеристик наномодифицированных теплоаккумулирующих материалов……………... Заскока А.Н., Ляшенко Я.А., Хоменко А.В. Неньютоновское поведение ультратонкой пленки смазки между двумя атомарно-гладкими поверхностями в процессе граничного трения…..…… Дружинина В.Н., Богаева К.Д., Телегин М.О., Дьячкова Т.П.
Исследование процессов вторичной функционализации карбоксилированных углеродных нанотрубок……...………………….... Конкина В.В., Паршикова М.В., Пучкова Д.И., Шубин И.Н.
Методы анализа наноразмерных материалов………………………….... Мележик А.В., Хохлов П.А., Ткачев А.Г. Модифицирование углеродных нанотрубок органотитанатами………………………………. Трофимов М.Ю., Левкина Н.Л., Устинова Т.П., Лурье Е.А. Оценка эффективности технологии получения композиционных материалов на основе ПА-6 и тетратитаната калия…..………….………………….…… СЕКЦИЯ 3. Химико-технологические процессы и системы……………. Агеева Е.В., Сотникова Д.А., Трифонова Е.Г.
Некоторые особенности окисления гидросульфита натрия в присутствии диоксида марганца и непредельных соединений в бисерной мельнице…… Родионов Ю.В., Талыков В.А. Разработка двухступенчатого жидкостнокольцевого пластинчатого вакуумного насоса………………….. Ахметчин Э.С., Калинина Д.Ш., Опаркин А.В., Широких Е.Б., Перухин Ю.В., Улитин Н.В. Синтез полистирола методом радикальной полимеризации с обратимой передачей цепи:
механизм процесса, молекулярно-массовые и диэлектрические свойства полимера……………………………………………..……
Чижиков А.Г. Труфанов Д.Н. Удаление водорастворимых солей из тонкодисперстных структур органических веществ…………………………………………………………. Калинина Д.Ш., Улитин Н.В., Самарин Е.В., Дебердеев Т.Р.
Радикальная полимеризация бутилакрилата с обратимой передачей цепи по механизму присоединения-фрагментации: прогнозирование результатов синтеза……………………………………………………………. Комбарова Н.А., Ряшенцева Ю.И., Макеев П.В.
Вторичная переработка полиолефинов (ПЭНП, ПЭВП, ПП)…………….. Никифорова Е.Ю., Образцов Д.В.
Синтез ультрамикродисперсного порошка оксида никеля – путь снижения экологической нагрузки производства углеродных наноматериалов……… Шишкина М.Ю., Забавников М.В. Современные добавки, используемые для создания биоразлагаемых полимеров………………… Мещерякова Ю.В., Нагорнов С.А.
Культивирование микроводоросли хлорелла с целью получения биодизельного топлива.……………………… Пудовкина А.Ю. Окисление, как метод очистки промышленных сточных вод, содержащих оксибензол………………………
Орлова Н.В. Влияние технологических параметров процесса выделения на качественные характеристики белофора ОБ-жидкого……………………………………..... Небасов А.В., Зорин А.С., Никитин Д.В.
Совершенствование двухступенчатого ЖВН с последовательным включением ступеней………………………………… Проценко И.Г., Брусенцов Ю.А., Филатов И.С.
Определение серы в металлах и сплавах с помощью излучения ультрафиалетового диапазона длин волн……………………… СЕКЦИЯ 4. Механика и математическое моделирование новых материалов и технологий…………………………………………… Медведева А.В., Мордасов Д.М. Метрологические аспекты аэродинамического метода контроля пористости сыпучих материалов…... Алтунин К.А., Шашкова Е.В. Оптимизация режимов резания………………... Борисюк В.Н., Грицына Е.С. Моделирование процесса роста металлических конденсатов, полученных распылением при фазовом равновесии….. Власов С.Э., Гулевский В.А. Выбор легирующих элементов для оптимального химического состава сплава меди для процесса пропитки………………………………………… Чулков И.С., Гончаров А.Л. Математическое моделирование технологической электронной пушки……………………………………. Улитин Н.В., Насыров И.И., Набиев Р.Р., Сидельникова В.А., Дебердеев Т.Р., Нуриев Н.К., Дебердеев Р.Я. Использование фрактального и инкрементального подходов для прогнозирования характеристик поляризации густосетчатых эпоксиаминных полимеров.…………………
Бородавкин Д.Г., Каратеев А.А., Рогов И.В., Майникова Н.Ф.
Метод неразрушающего контроля структурных переходов в полимерах… Чернышов В.Н., Ковылин А.В. Комплексное определение теплофизических свойств строительных материалов……………................. Манько Н.Н., Ляшенко Я.А. Незатухающий режим прерывистого движения при граничном трении…………………………………………. Улитин Н.В., Дебердеев Р.Я., Терещенко К.А. Реокинетические свойства отверждающихся эпоксиаминных систем. Математический формализм описания поликонденсационного процесса…………............. Поляков Б.Б., Кунина Е.Ю., Комбаров Д.О. Анализ напряжнно-деформированного состояния элементов пресс-формы для высокотемпературного синтеза твердосплавных материалов и их формования……………………………………………… Щегольков А.В., Щегольков А.В., Юдин А.С., Милюков А.Г., Гриднев П.Г. Математическое описание распределения электрического потенциала на поверхности электрического теплоаккумулирующего нагревателя………………………………….....…... Нурутдинов Г.Н., Желонкин Н.В. Модель нарушителя информационной системы……………………………………………............. Медведева А.В., Мордасов Д.М. Аэродинамический метод контроля пористости сыпучих материалов……………………………………………… СЕКЦИЯ 5. Инновационный менеджмент в сфере высоких технологий
Ершова М.В. Социальное страхование как элемент социокультурного процесса поддержания качества жизни населения: инновационный подход………………………………… Васильев А.А. Механизмы продвижения нанотехнологического оборудования на международный рынок……………...…………………... Коробова О.В. Системный подход в инвестиционном менеджменте……… Кузнецова Т.С., Зяблова А.М., Попов А.И. Особенности функционирования инфраструктуры инновационной деятельности Тамбовской области при реализации нанотехнологических проектов…… Овчаренко С.Б. Оценка инвестиционного климата с использованием инвестиционных рейтингов……………………………… Жариков В.В., Жариков А.Р. Виртуальные бизнес-инкубаторы как новая форма хозяйствования в России………………...……………….. Ершова М.В., Жариков Р.В. Управление качеством продукции на основе инноваций…………………………………………………………. Худяков В.В., Полуэктов В.Л. Выбор инновационной стратегии при коммерциализации твердофазных технологий для машиностроения………………………………………………………….. Жариков В.В., Жариков В.Д. Принципы антикризисного управления……... Истомин М.А. Управление инновационными процессами в высшем учебном заведении…………………………………………….. Васильев А.А., Семикина С.И., Петрова Е.А., Попов А.И.
Организация управленческого учета научно-исследовательского компонента инновационного проекта в наноинженерии
Завражина К.В. Основы менеджмента качества инновационных методов обучения………………………………………...
СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРОФИЛЬНОГО НАУЧНООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА ТАМБГТУ-ИСМАН
«ТВЕРДОФАЗНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»*
Тамбовский государственный технический университет НОЦ ТамбГТУ-ИСМАН «Твердофазные технологии»Научно-образовательный центр «Твердофазные технологии» создан в 2005 году на базе Тамбовского государственного технического университета и Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) Научного центра РАН в Черноголовке.
Организация НОЦ «Твердофазные технологии» проходила при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» и российско-американской Программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (Basic research and Hihger Education – BHRE).
Среди основных результатов Программы особое положение занимает создание университетских научно-образовательных центров, которые внесли новую культуру образования, науки, сотрудничества, заложили основу для формирования на нынешнем этапе российских федеральных университетов.
НОЦ являются моделью новой организационной структуры, которая в условиях России способствует внедрению в российских университетах международной практики интеграции передовых исследований и образования, широкому привлечению молодежи к научным исследованиям, обновлению парка научных приборов и к переходу такой структуры через некоторое время к режиму финансовой устойчивости.
Научно-образовательная деятельность федеральной сети НОЦ (20 центров от Владивостока до Петрозаводска) оказывает влияние как на систему высшей школы в целом, так и на высшие учебные заведения региона и демонстрирует высокую эффективность и практическую результативность созданных структур в стране как модели саморазвивающихся научнообразовательных организаций с отличительными признаками исследовательских университетов.
Научные направления двадцати НОЦ в основном совпадают с перечнем «Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ». Во многих НОЦ, как и в НОЦ «Твердофазные технологии» научные исследования проводятся по нескольким приоритетным направлениям.
Научно-образовательный центр «Твердофазные технологии» выполняет важную роль центров притяжения в сфере науки и фундаментального образования молодежи, формирования особой среды поддержки и стимулирования аспирантуры, сообщества молодых ученых, расширения границ территорий за счет становления и развития механизма академической мобильности профессорско-преподавательского состава и студентов, расширения международного сотрудничества и представления ТГТУ в международном научном сообществе.
Федеральная сеть научно-образовательных центров Подготовка инженерных, научных и научно-педагогических кадров по приоритетным направлениям развития науки, техники и технологий для высокотехнологичных производств неразрывно связана с проведением фундаментальных и прикладных исследований. Научно-образовательная система такой подготовки кадров представляет собой совокупность сопряженных образовательных программ различного уровня и направленности подготовки, повышения квалификация и переподготовки кадров, а также образовательных, научных и инновационных структур, обеспечивающих реализацию этих программ.
В последние годы значительно расширены интересы фундаментального поиска в НОЦ с целью придания им прикладной инновационной технологической направленности, установления новых форм сотрудничества и взаимодействия с промышленностью, создания и представления на рынок новой конкурентоспособной продукции.
Научные интересы коллектива интегрированного профильного НОЦ «Твердофазные технологии» и требования российской экономики в последние годы развития позволили скорректировать и представить ряд важнейших научных направлений фундаментального поиска:
– технология получения наномодифицированных и наноструктурированных полимерных и неорганических материалов;
– твердофазная экструзия с формоизменением заготовки и равноканальная экструзия композиционных полимерных материалов;
– теоретические и экспериментальные исследования с целью управления микроструктурой и физико-механическими свойствами полимерных композитов, полученных жидкофазной и твердофазной экструзией;
– разработка новых методов физической, физико-химической и химической модификации полимерных композиционных материалов;
– разработка информационных систем изучения, диагностики и управления формированием структуры и эксплуатационных свойств полимерных многокомпонентных композитов;
– разработка научных основ твердофазных технологий получения нового класса композиционных материалов конструкционного и функционального назначения на основе полимеров путем модифицирования полимерной матрицы и наполнителей;
– разработка нового класса композиционных материалов на основе фторполимеров с использованием методов молекулярного смешения компонентов с оценкой их эксплуатационных свойств;
– разработка методов интенсификации и совершенствования твердофазных технологий получения и переработки полимеров и композитов с использованием электрофизического воздействия энергетических полей;
– разработка методов совершенствования твердофазной технологии переработки полимеров и композитов с использованием методов математического моделирования;
– создание и изучение эксплуатационных свойств нанокристаллических металлов, полимеркерамических и металлополимерных композиционных материалов;
– СВС-экструзия;
– электроискровое легирование металлообрабатывающего инструмента, деталей сельскохозяйственной техники и медицины;
– математическое моделирование СВС-экструзии, структуры композитов и технологических процессов твердофазной технологии.
При организации и проведении очередной четвертой Всероссийской научно-инновационной молодежной конференции (с международным участием) коллектив НОЦ «Твердофазные технологи» подводит итоги научно-инновационной, образовательной и организационной деятельности и намечает планы перспективного развития нового структурного образования ФГБОУ ВПО ТГТУ. Подводя итоги научной и инновационной деятельности коллектива, следует отметить следующие основные отечественные и международные проекты, выполненные коллективом НОЦ в 2010-2012 г.г. в области развития теории и практики твердофазных технологий полимерных и неорганических композиционных материалов.
1. «Исследование композиционных материалов с целью создания теоретических и технологических основ наукоемких твердофазных технологий» (2008-2010 гг.) тематический план НИР ВУЗа №1.1.08.
2. «Получение новых СВС-электродов из композиционных керамических материалов с наноразмерными элементами структуры» (2009-2011 гг.) (Федеральная целевая программа Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы, мероприятие 1.2.1) ГК №П397 от 30.07.2009.
3. Разработка методов твердофазной технологии создания и обработки керамонаполненных полимерных композитов с заданными физикомеханическими свойствами (2009-2011 гг.) (Федеральная целевая программа Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009годы, мероприятие 1.3.1) ГК №П1485 от 03.09.2009.
4. Разработка методов твердофазной технологии создания и обработки углеродонаполненных полимерных материалов с заданными физикомеханическими свойствами (2010-2012 гг.) (Федеральная целевая программа Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009годы, мероприятие 1.2.2) ГК №П702 от 20.05.2010.
5. Разработка информационно-измерительной системы для определения оптимальных режимов процессов изготовления изделий из полимерных материалов (2010-2011 гг.) Федеральная целевая программа Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы).
6. Исследование влияния СВЧ-излучения на формирование структуры с улучшенными физико-механическими свойствами наномодифицированных полимер-углеродных материалов при твердофазной обработке давлением (2009-2010 гг.) (Федеральная целевая программа Научные и научнопедагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы, мероприятие 1.2.2) ГК №П2110 ОТ 05.11.2009 (Завражин Д.О.).
7.Исследование влияния ультразвукового воздействия на формирование структуры с улучшенными физико-механическими свойствами наномодифицированных полимерных материалов, обрабатываемых давлением в твердой фазе (2009-2010 гг.) (Федеральная целевая программа 10. Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы, мероприятие 1.2.2) ГК №П219 от 23.04.2010 (Кобзев Д.Е.).
8. Оптимизация режимов твердофазной технологии переработки наномодифицированных полимер-углеродных материалов при пластификации низкомолекулярными веществами в целях повышения эксплуатационных характеристик и качества поверхности получаемых изделий (Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 200-2013 годы», мероприятие 1.3 ГК № 14.740.11.1253 (шифр «2011-1.3.2-008) от 15 июня 2011 года (Комбарова П.В.).
9. Проект ФЦП, Государственный контракт 14.740.11.0821 от 1 декабря 2010 г. Разработка и получение методами СВС-компактирования интерметаллидов и МАХ-материалов для нанесения защитных покрытий на детали авиационных двигателей 5 и 6 поколения. 2010-2012г. (Столин А.М.).
10. Проект РФФИ 12-03-97552-р_центр. Фундаментальные основы получения наноструктурированных керамических и композиционных материалов и изделий с использованием процессов горения и пластического деформирования. 2012-2014 гг. (Столин А.М.).
11. Проект Программы «Создание научных основ экологически безопасных и ресурсосберегающих химико-технологических процессов.
Разработка научных основ твердофазной технологии для получения изделий из новых наномодифицированных полимерных композиционных материалов конструкционного и функционального назначения. Отработка процессов с получением опытных партий веществ и материалов» (ОХНМ 2012 г.), рук.
акад. В.М. Бузник, отв. исп. А.М. Столин.
12. Проект РФФИ 12-03-31015 «Самораспространяющийся высокотемпературный синтез материалов на основе МАХ-фазы в условиях пластического деформирования», 2012-2013гг. (Бажин П.М.).
13. «Разработка твердофазной технологии обработки полимерных материалов давлением с применением ультразвука» («У.М.Н.И.К-2010») (Кобзев Д.Е.).
14. «Совершенствование технологии твердофазного формования с обеспечением высокого качества поверхности изделия» («У.М.Н.И.К-2011») (Комбарова П.В.).
Тема проекта «Научно-методическое обеспечение развития инновационного потенциала интегрированного НОЦ в области новых твердофазных химических технологий (НОЦ ТамбГТУ-ИСМАН «Твердофазные технологии»)».
16.Тематический план на 2011 г.
Тема проекта «Разработка физико-материаловедческих и реологических принципов управления формированием микроструктуры композиционных материалов при пластическом деформировании».
17.Госзадание на 2012 г. Тема №6ГЗ/12.
Тема проекта «Разработка физико-материаловедческих и реологических принципов управления формированием микроструктуры композиционных материалов в условиях ИПД с наложением электрофизического воздействия энергетических полей».
18.Грант Президента РФ по выполнению НИР в рамках ведущей НШ РФ в 2012 г. – НШ–3550.20123.
Тема проекта «Разработка научных основ твердофазных технологий получения нового класса композиционных материалов конструкционного и функционального назначения на основе полимеров путем модифицирования полимерной матрицы и наполнителей». Руководители проекта – академик В.М. Бузник и ректор ТГТУ С.В. Мищенко.
Перечень патентов, заявок на патенты, свидетельств на программный продукт за период 2010-2012 гг.:
1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010612613 от 14.05.10. Дилатометрическое исследование образца композиционного материала с использованием системы технического зрения / Г.С. Баронин, А.Г. Дивин, К.В. Шапкин.
2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010612612 от 14.05.10. Определение теплофизических характеристик материалов с применением модернизированного сканирующего калориметра DSC-2 / Г.С. Баронин, А.Г. Дивин, К.В. Шапкин.
3. Патент РФ №93712 10.05.2010 г. Бажин П.М., Столин А.М., Стельмах Л.С. Установка для получения твердосплавных электродов для электроискрового легирования.
4. Патент РФ №2414991. Способ получения керамических изделий с наноразмерной структурой / П.М. Бажин, А.М. Столин, Л.С. Стельмах, В.А.
Щербаков. Заявл. 17.03.2010.
5. Патент РФ № 2010108492 Баронин Г.С., Дмитриев В.М., Ткачев А.Г., Комбарова П.В., Завражин Д.О., Кобзев Д.Е. Способ подготовки заготовок из полимерных композиционных материалов для обработки давлением в твердой фазе. № 2010108492 от 21.10.11 положительное решение.
6. Патент РФ №2446188 Баронин Г.С., Дмитриев В.М., Комбарова П.В., Ткачев А.Г., Завражин Д.О., Кобзев Д.Е. Способ подготовки заготовок из термопластичных полимерных композиционных наноматериалов для обработки давлением в твердой фазе. № 2446188 от 27.03.2012.
7. Заявка на изобретение №2011111274 от 24.03.2011 г. Способ обработки полимерных материалов давлением в твердой фазе с применением ультразвукового воздействия на заготовку / Г.С. Баронин, В.М. Дмитриев, Д.Е. Кобзев, П.В. Комбарова, Д.О. Завражин. Патентообладатель: Г.С.
Баронин, Д.Е. Кобзев.
8. Патент РФ №93712 10.05.2010 г. Бажин П.М., Столин А.М., Стельмах Л.С. Установка для получения твердосплавных электродов для электроискрового легирования.
9. Патент РФ №2397826 Червяков, В.М., Коптев, А.А., Дворецкий, С.И., Четырин, А.И., Червяков, М.В. Роторный аппарат для создания акустических колебаний в проточной жидкости / В.М. Червяков, А.А.
Коптев, С.И. Дворецкий, А.И. Четырин, М.В. Червяков. 2010. Б.И. №24.
10. Патент РФ №2414991. Способ получения керамических изделий с наноразмерной структурой / П.М. Бажин, А.М. Столин, Л.С. Стельмах, В.А.
Щербаков. Заявл. 17.03.2010.
Перечень кандидатских и докторских диссертаций, защищенных в НОЦ за период 2010-2012 гг.:
1. Краснянский, М.Н. Методология прогнозирования и обеспечения многоассортиментных химических производств»: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук 2010.
2. Дивин, А.Г. Методы и средства для определения зависимости теплофизических характеристик жидких полимерных материалов от скорости сдвига и температуры: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук – 05.11.13. – Тамбов, 2011. – 173 с.
3. Пугачев, Д.В.Влияние структурных и реологических факторов на кинетику процессов твердофазной обработки термостойких полимерных материалов: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук – 05.17.08, 05.17.06 — Тамбов, 2010. – 155 с.
4. Быстрицкий, В.С. Методика идентификации рентгеноаморфных фаз полимеров и полимерных мембран: диссертация на соискание ученой степе-ни кандидата технических наук. 2011.
5. Завражин, Д.О. Кинетика и интенсификация процессов твердофазной технологии обработки модифицированных полимер-углеродных материалов на основе СВЧ-нагрева: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук – 05.17.08, 05.17.06 — Тамбов, 2011. – 150 с.
6. Кобзев, Д.Е. Интенсификация процесса твердофазного формования полимеров и композитов ультразвуковым воздействием: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук – 05.17.08, 05.17.06 — Тамбов, 2012. – 173 с.
7. Поляков, Б.Б. Оптимизация аппаратурно-технологического оформления высокотемпературного синтеза материалов на основе моделирования нестационарных тепловых процессов: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук –05.17.08, 05.13.18. – Тамбов, 2012.
Образовательная деятельность и внешние связи В профильных интегрированных НОЦ процесс получения и примене-ния новых знаний включает в себя основные этапы полного инновационного цикла и органично встраивается в образовательный процесс инновационноориентированной подготовки инженерных, научных и научно-педагогических кадров.
Работа научно-образовательного центра направлена на решение ряда задач в образовательной деятельности:
– разработка новых программ и методов, обеспечивающих единство и взаимосвязь фундаментальных исследований и учебного процесса;
– развитие экспериментальной базы и создание центров коллективно-го пользования научной аппаратурой высокого уровня – современной инструментальной основы науки и образования;
– развитие связей в области науки и образования с другими организациями, включая институты Российской академии наук, российские и зарубежные вузы;
– разработка и организация учебного процесса для студентов и аспирантов по новым твердофазным химическим технологиям в научнообразовательной лаборатории;
– получение студентами дополнительной квалификации в области менеджмента и коммерциализации новых химических технологий;
– использование новых информационных технологий в образовании для новых твердофазных технологий;
– обеспечение интеграционных процессов между уровнями академической и вузовской науки;
– выполнение фундаментальных и прикладных НИР на мировом уровне студентами и аспирантами по новым наукоемким химическим технологиям.
С 2010-2011 учебного года в ФГБОУ ВПО ТГТУ ведется подготовка бакалавров по направлению 150100 «Материаловедение и технологии новых материалов (в соответствии с ФГОС 3-го поколения).
Был разработан учебный план, подготовлены библиотечные фонды, разработаны учебно-методические комплексы по следующим дисциплинам:
1. Основы твердофазных технологий.
2. Основы структурной макрокинетики.
3. Физикохимия полимерных материалов.
4. Физические и физико-химические методы анализа материалов.
5. Технологические процессы и оборудование отрасли.
6. Теория и технология покрытий.
В продолжение развития образовательной деятельности НОЦ в году разработана дополнительная профессиональная образовательная программа (повышения квалификации) специалистов по теме «Современные технологии получения наноструктурированных и наномодифицированных материалов методами пластического деформирования».
Среди учебных пособий и монографий, ориентированных на образовательную программу по направлению «Материаловедение и технологии новых материалов» сотрудниками научно-образовательного центра подготовлены издания:
1. Переработка полимеров в твердой фазе. Физико-химические основы / Г.С. Баронин, М.Л. Кербер, Е.В. Минкин, Ю.М. Радько. М.: Машинострое-ниес.
2. Переработка полимеров в твердой фазе: Учебное пособие / Г.С. Баронин, М.Л. Кербер, Е.В. Минкин, П.С. Беляев. Тамбов: Изд-во ТамбГТУ, 2005.
88 с.
3. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур / А.Г.
Ткачев, И.В. Золотухин. М.: Машиностроение-1, 2007. – 316 с.
4. Машины и аппараты химических производств: Учебное пособие для вузов/ А.С. Тимонин, В.Я. Борщев, М.А. Промтов и др. / Под общей редакцией А.С. Тимонина. - Калуга: Издательство Н.Ф. Бочкаревой. 2008. - 872 с.
5. Переработка полимеров и композитов в твердой фазе / Г.С. Баронин, А.М. Столин, В.М. Дмитриев. Тамбов: Изд-во ТамбГТУ, 2009. – 140 с.
6. Получение изделий из порошков неорганических соединений методом СВС-экструзии / А.М. Столин, Г.С. Баронин, М.Р. Филонов, П.М. Бажин.
М.: Изд-во НИТУ МИСиС, 2010. – 45 с.
7.Детали машин и новые технологии: методические указания к лабораторным работам / Г.С. Баронин, П.М. Бажин, Д.Е. Кобзев, Д.О. Завражин. – Тамбов: Изд-во Тамбовского государственного технического университета, 2010. – 32 с.
НОЦ «Твердофазные технологии» поддерживает тесные деловые связи с организациями НАН Украины, НАН Белоруссии, а также Научнотехническим обществом машиностроителей республики Болгарии. В году между Научно-техническим обществом машиностроителей республики Болгарии и ФГБОУ ВПО ТГТУ в лице директора НОЦ ТамбГТУ-ИСМАН «Твердофазные технологии» заключен договор. Предметом договора является распространение информации в Болгарии и странах ЕС о существующем инновационном продукте, полные или частичные права на который принадлежит НОЦ ТамбГТУ-ИСМАН «Твердофазные технологии».
В июне 2012 года Бажин Павел Михайлович, к.т.н., научный сотрудник НОЦ «Твердофазные технологии» прошел стажировку, которая была организована CRDF в результате конкурсного отбора по «Innovation technology commercialization practicum competition-2011», который проходил в НОЦ «Твердофазные технологии», г. Тамбов.
Стажировка проходила в г. Бостоне, где были проведены групповые занятия с американскими экспертами и менторами на темы правильного построения бизнес-презентации, общения с инвесторами, оценка слабых и сильных сторон инновационного проекта, корректировка бизнес-плана, тренировка Elevator pitch.
Были организованы выездные стажировки «Startup Access», которые представляли собой полное погружение в инновационную систему Массачусетского технологического университета (MIT) и предпринимательскую общину г. Бостона. Представилась реальная возможность увидеть своими глазами, как в MIT создаются инновации, пообщаться с представителями инновационной экосистемы и инвестиционного сообщества г. Бостона. Был посещены MIT Entrepreneurship center, Cambridge Innovation center, MIT Media Lab где руководители центра рассказали, как работает эта организация, какие курсы по предпринимательству ведет центр, и какая помощь доступна предпринимателям со стороны центра. Был организован визит в MassChallenge для знакомства с интернациональным конкурсом бизнеспланов, общения с представителями и стартапами MassChallenge. Была проведена экскурсия по CIC – одним из самых известных технопарков в мире, где находятся порядка 400 стартапов.
Стажировка в г. Бостоне закончилась встречей с бизнес-ангелами и инвесторами.
Заключительная часть стажировки проходила в городах Santa Clara, San-Francisco (Калифорния). Были проведены Technology commercialization course с инновационными экспертами и менторами. Была продолжена работа над бизнес-презентацией, отработка Elevator pitch и корректировка проекта.
Были организованы встречи с инвесторами и представителями венчурной индустрии.
Итогом стажировки стало участие в TechConnect World и представление своего инновационного проекта в National Innovation Showcase при участии представителей инновационного сообщества многих стан мира.
*Работа поддержана Грантом президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ РФ, код проекта НШ – 3550.2012.3.
МУЛЬТИМЕДИЙНЫЙ СПЕЦКУРС «ОСНОВЫ
ФИЗИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ: ДИФФУЗИИ,
ДИСЛОКАЦИИ И МЕХАНИЗМЫ
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ» ДЛЯ МАГИСТРАНТОВ И
АСПИРАНТОВ МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИХ
СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ
Физико-технический институт НАН Беларуси, г.Минск В связи с необходимостью повышения уровня подготовки специалистов в области материаловедения и приведения учебных программ в соответствие с современным уровнем научных знаний в этой бурно развивающейся области, весьма актуальной задачей как высшей школы, так и академической науки является создание новых специализированных учебных курсов для магистрантов и аспирантов материаловедческих специальностей.В данной работе разработан спецкурс лекций Основы физического материаловедения: диффузии, дислокации и механизмы структурообразования для студентов, магистрантов и аспирантов технических ВУЗов. В курсе использована компьютерная техника и средств мультимедиа. Спецкурс дополняет и углубляет такие курсы как Теория термической обработки, Технология термической и химико-термической обработки металлов, Металлография и Механические свойства, которые обычно входят в программу обучения инженеров-материаловедов. В указанных курсах традиционно используются элементы теории диффузии и дислокаций, однако лишь фрагментарно и без выявления их связи с механизмами фазо- и структурообразования, протекающими в металлах и сплавах при термической (ТО) и химико-термической обработке (ХТО), а также без учета взаимосвязи между диффузионными процессами и дефектами кристаллического строения (дислокациями, границами зерен).
Актуальность такой работы связана также с необходимость создания новых, ресурсо- и энергосберегающих технологических процессов ТО и ХТО, что требует от инженеров более глубокого понимания механизмов превращений в сталях и сплавах и механизмов формирования свойств.
Интенсивное развитие материаловедения в последние десятилетия привело не только к возникновению новых материалов и методов исследований, к переходу на наноуровень, но и к накоплению новых знаний о механизмах превращений и формирования конечных свойств. Это знания непосредственно используются при синтезе новых материалов. В связи с этим так называемая классическая триада материаловедения состав + обработка структура свойства в современных условиях должна быть дополнена как механизмами структурообразования при синтезе и обработке материалов, так и механизмами, по которым структура обеспечивает те или иные свойства. Это схематично показано на Рис.1 (один из вводных слайдов к спецкурсу).
"Классическое" материаловедение ( до начала 1970 гг.) ответ Рисунок 1. Обоснование необходимости спецкурса Поскольку диффузионные процессы играют определяющую роль в механизмах фазо- и структурообразования (существует лишь одно бездиффузионное превращение - мартенситное), а дислокации (при повышенных температурах - и диффузия) во многом определяют свойства материалов, Рис. 1 наглядно иллюстрирует насущную необходимость создания данного спецкурса.
Особенности и содержание спецкурса В отличие от одноименных спецкурсов, которые читают на физических факультетах многих университетов, основное внимание уделено не математическим теориям диффузии и дислокаций (как это делают обычно), а механизмам фазовых и структурных превращений в металлах и сплавах, в которых ведущую роль играет диффузия. Изложены механизмы формирования свойств материалов, связанные с дислокациями, диффузионными процессами и взаимодействием между ними. Такой подход мотивирован следующими соображениями: инженер-материаловед, понимающий сущность и механизмы превращений, сможет сам найти в литературе формулы, необходимые для инженерных оценок или расчетов.
Однако, зная только формулы, восстановить по ним физико-химические механизмы процесса невозможно.
В связи с этим основные методы, использованные при подаче материала, формулируются в виде двух тезисов:
1) минимум формул, максимум физико-химических механизмов, 2) не только рассказывать, но и показывать.
Для построения и иллюстрирования логических связей и выделения механизмов фазо- и структурообразования использованы средства анимации.
Это способствует лучшему пониманию сути рассматриваемых явлений и процессов и более глубокому усвоению студентами материалов спецкурса.
Спецкурс разделен на логические разделы. Использовано большое количество иллюстративных материалов, взятых из современной литературы, в том числе зарубежной: учебников, монографий и научных журналов.
Описана роль объемной, зернограничной и поверхностной диффузии в формировании структуры и свойств материалов. Особое внимание уделено взаимодействию диффузионных потоков с точечными дефектами (один из примеров показан на. Рис.2), которое определяет такое практически значимое явление как высокотемпературная ползучесть и некоторые другие. По каждому механизму структурообразования приведены фотографии получаемых микроструктур.
При изложении основ теории дислокаций акцент сделан не на математические формулировки, а на роль дислокаций в формировании основных механических свойств сплавов - прочности и пластичности.
Изложены механизмы твердорастворного, дисперсионного, дисперсного и зернограничного упрочнения сплавов, которые заключаются во взаимодействии дислокаций с легирующими атомами и включениями.
Особое внимание уделено механизмам возникновения трещин при низких и умеренных температурах (см. пример на Рис.3) и пор при высоких температурах (см. Рис.4), которые ответственны за разрушение материалов и изделий при их эксплуатации. Также подробно описаны механизмы разрушения и приведены фотографии изломов для каждого механизма.
Взаимодействие вакансий с краевыми дислокациями Рисунок 2. Механизм диффузионно-контролируемого переползания дислокаций Механизмы разрушения: микротрещины (низк. T) Механизм Орована (Orowan) Формирование зародыша трещины при пересечении полосы скольжения частица с вертикальными дислокационными стенками (или малоугловыми симметричными границами зерен/субзерен в поликристалле) мнонокристаллов некоторых Рисунок 3. Некоторые механизмы формирования микротрещин III стадия ползучести (tertiary creep):
в ряде случаев разрушение при ползучести в условиях растяжения происходит при весьма малых деформациях: = 2 5% Причина: образование и быстрый рост пор на границах зерен, нормальных к внешнему напряжению Аналог хрупкого разрушения Рисунок 4. Механизм формирования и роста пор при ползучести Поскольку во многих практически важных процессах в различных областях параметров (напряжение, температура) работают разные механизмы, связанные с диффузией и поведением дислокаций, возникает вопрос о взаимосвязи этих механизмов и областях их реализации. В связи с этим в спецкурс включены карты механизмов деформации в поликристаллических материалах - так называемые диаграммы ВиртманЭшби (см. пример на Рис. 5).
При изложении такой темы как многокомпонентная диффузия в твердых растворах, которая имеет место при ХТО, контакте различных сплавов и в сварных соединениях, акцент сделан не на хорошо разработанный математический аппарат теории диффузии, базирующийся на линейной неравновесной термодинамике (как обычно делают в курсах, читаемых на физических факультетах многих университетов), а на иллюстративный материал - в частности, на классические эксперименты Даркена (см. Рис.6).
Карты механизмов деформации в поликристаллах определяет области реализации различных механизмов деформации в координатах "гомологическая температура T/Tm" нормализованное напряжение /G" (deformation mechanism maps) - диаграммы Виртман-Эшби [Julia Weertman and Michael Ashby] Рисунок 5. Общий вид диаграммы механизмов деформации в поликристаллических материалах (диаграмма Виртман-Эшби) Опыт Даркена [L.S.Darken, 1949]:
-Fe + C + Si, отжиг при T=1100 C, 13 дней Область реализации: сварные соединения, биметаллы, Рисунок 6. Диффузия в многокомпонентном твердом растворе При рассмотрении механизмов диффузионно-контролируемых фазовых превращений в данном спецкурсе, наряду с перлитным и аустенитным превращениями, изложен отсутствующий во многих классических учебниках механизм прерывистого распада пересыщенного твердого раствора, когда лимитирующей стадией является не объемная, а зернограничная диффузия по мигрирующим границам (Рис. 7). Этот механизм имеет место, в частности, в безникелевых нержавеющих сталях, легированных азотом.
В спецкурсе также уделено внимание таким процессам и механизмам, которые недостаточно описаны в русскоязычной учебной литературе, но детально изложены в иностранной - например, формирование в сплавах зон, свободных от выделений упрочняющей фазы (precipitate-denuded zones), что послужило причиной ряда аварий в гражданской авиации. В заключительной части показаны особенности диффузии в новых материалах, в том числе наноструктурных, и в новых методах их синтеза, таких как самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), механическое легирование (МЛ) и некоторых других. В конце курса приведен список рекомендуемой литературы для самостоятельного чтения [1-14]. В настоящее время курс рассчитан на 20 лекций и содержит более анимированных слайдов Power Point.
Прерывистый распад пересыщенного твердого (вид диффузионного превращения при старении) фазы 0 D - коэффициент зернограничн. диффузии Al + 22 ат.% Zn, T=478 K Процесс определяется зернограничной диффузией атомов примеси Рисунок 7. Механизм прерывистого распада твердого раствора Заключение Таким образом, разработан новый спецкурс лекций Основы теории диффузии и теории дислокаций для студентов-материаловедов, магистрантов и аспирантов технических ВУЗов. Курс основан на современных представлениях о механизмах фазо- и структурообразования в металлических материалах и формирования их свойств при ТО, ХТО и последующей эксплуатации.
Бельченко, Г.И. Основы металлографии и пластической деформации стали / Г.И. Бельченко, С.И. Губенко. - Киев-Донецк: Вища школа, 1987. - 240 с.
Бокштейн, Б.С. Диффузия в металлах. - М.: Металлургия, 1978. с.
Гегузин, Я.Е. Диффузионная зона. - М.: Наука, 1979. - 344 с.
Новиков, И.И. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки / И.И. Новиков, К.М. Розин. - М: Металлургия, 1990. - 336 с.
Трушин, Ю.В. Физическое материаловедение. - СПб.: Наука, 2000. - 286 c.
Физическое металловедение / Под ред. Р.У. Кана, П. Хаазена. М.: Металлургия, 1987, т.1 - 640 с., т.2 - 624 с., т.3 - 663 с.
7. Ashby, M.F. Engineering Materials / M.F. Ashby, D.R.H. Jones. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1996, v.1. - 322 pp.
8. Bhadeshia, H.K.D.H. Steels: Microstructure and Properties / H.K.D.H.
Bhadeshia, R. Honeycombe. - Oxford: Elsevier, 2006. - 344 pp.
9. Cahn, R.W. The Coming of Materials Science. - Oxford: Elsevier, 2001. - 598 pp.
10. Heitjans, P. Diffusion in Condensed Matter: Methods, Materials, Models / P. Heitjans, J. Karger. - Berlin: Springer, 2005. - 965 pp.
11. Kaur, I. Fundamentals of Grain and Interphase Boundary Diffusion / I.
Kaur, Yu. Mishin, W. Gust. – New York: J.Wiley and sons, 1995. - 590 pp.
12. Mehrer, H. Diffusion in Solids. - Berlin: Springer, 2007. - 651 pp.
13. Meyers, M.A. Mechanical Behavior of Materials / M.A. Meyers, K.K.
Chawla. - Cambridge: Cambridge University Press, 2009. - 856 pp.
14. Smallman, R.E. Physical Metallurgy and Advanced Materials / R.E.
Smallman, A.H.W. Ngan. - Oxford: Elsevier, 2007. - 672 pp.
ОПТИМИЗАЦИЯ АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОФОРМЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА
МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ДИНАМИКИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Дворецкий Д.С., Поляков Б.Б., Столин А.М.НОЦ ТГТУ - ИСМАН "Твердофазные технологии" Технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) твердоплавных материалов включает основные стадии: приготовление шихты из порошкообразных реагентов, проведение собственно процесса высокотемпературного синтеза (сжигание шихты) и формование (уплотнение) пористых продуктов горения до беспористого состояния.
Наибольшее развитие технология СВС и формования получила для изготовления изделий из твердых сплавов: режущих пластин, фильер, штампов, валков, электродов для наплавок и электроискрового легирования, мишеней для магнетронного и катодного распыления, изготовления изделий из новых безвольфрамовых твердых сплавов и т.д. [1].
Формование горячих продуктов СВС в пресс-форме при получении тугоплавких неорганических твердосплавных материалов осуществляется в цилиндрической пресс-форме. Она состоит (рис. 1) из подвижной части (пуансона) и неподвижной части (матрицы), полости которых являются негативным (обратным) отпечатком внешней поверхности заготовки изделия.
многокомпонентная реакционная шихта в виде брикета. Брикет помещается в пресс-форму и пропусканием электрического тока через воспламенитель инициируется его горение. По окончании горения через определенное время задержки прессования tз (1…5 с), необходимое для отвода примесных газов, в пресс-форме создается давление прессования Р и выдержка (в течение определенного времени) прессуемого образца под этим давлением.
Спрессованное изделие извлекается из пресс-формы и охлаждается.
Длительность процесса СВС и формования не превышает 2…3 мин.
Рисунок 1. Схема процесса СВС-компактирования в пресс-форме: а – горение (синтез)–задержка; б – прессование–выдержка Твердые сплавы, получаемые методом СВС и формования, называются синтетическими твердыми инструментальными материалами (СТИМ). Их основу составляют карбиды, бориды, нитриды, карбонитриды и другие соединения тугоплавких металлов (Ti, Zr, Nb, Та и других).
Расчет пресс-формы для формования изделий цилиндрической формы из твердосплавных материалов предусматривает определение конструктивных размеров пресс-формы: внутреннего диаметра D, толщины стенки и высоты H. Наиболее сложной задачей является определение толщины стенки, так как диаметр пресс-формы принимается равным диаметру требуемого СТИМ-изделия, а высота определяется по формуле H = H0 + 2, где H0 – начальная высота шихтового брикета формуемого материала. Толщина стенки выбирается с учетом выполнения условия прочности по нормальным напряжениям в стенке, возникающим в результате действия высоких температурных и механических нагрузок.
Для расчета нестационарного температурного поля в стенке прессформы при осуществлении процессов СВС и формования твердосплавных материалов в [2 - 4.] разработаны математическая модель и неизотермическая методика расчета толщины стенки пресс-формы. Модель включает уравнения теплопроводности и движения фронта горения шихты в прессформе с краевыми условиями; входными переменными модели являются время задержки прессования tз и давление на плунжере пресса P.
Вычислительный эксперимент показал, что наиболее высокие температуры (T = 500 С) развиваются в средней части пресс-формы и на внутренней поверхности ее стенки.
Образование твердых сплавов в пресс-формах протекает за короткий промежуток времени (t = 0,5…15 с) при высоких температуре и давлении (Т = 2000…3000 °С, P = 100 МПа). При этом в процессе теплопроводности наблюдается высокий градиент температуры по радиусу и высоте прессформы. В цилиндрической стенке возникают термоупругие напряжения, наличие которых обусловлено кратковременностью процесса СВС и неравномерной тепловой нагрузкой в стенке пресс-формы.
Предложенный в нашей работе [4] новый подход к тепловому расчету пресс-оснастки для осуществления процессов СВС и формования твердосплавных материалов учитывает специфику процесса теплопроводности, протекающего внутри пресс-формы, а именно, динамику и качественно различный уровень термической градиентности по толщине стенки пресс-формы.
Анализируя динамику процесса теплопроводности при осуществлении процессов СВС и формования твердосплавных материалов можно констатировать, что наиболее опасным моментом времени для разрушения материала пресс-формы можно считать t = tз, когда начинается формование горячих продуктов синтеза. Для данного момента характерны наибольший перепад Т и градиент температуры Т/ r в стенке в ходе процесса формования, наибольшие значения термоупругих напряжений и необходимо осуществлять проверку выполнения условий прочности и расчет толщины стенки пресс-формы.
Рассчитанное значение толщины стенки пресс-формы согласно выше приведенной методики без учета неопределенности технологических параметров и коэффициентов математической модели (Uг, Tг и 1 ) может привести к повреждениям пресс-формы в случае отклонения неопределенных параметров от номинальных значений. Для обеспечения работоспособности технологической оснастки СВС твердосплавных материалов и их формования и определения научно-обоснованного значения коэффициента запаса по конструктивным параметрам пресс-формы будем использовать постановку задачи оптимизации толщины стенки пресс-формы с учетом неопределенных параметров = {Uг, Tг, 1 }: требуется определить время задержки tз и давление на плунжере пресса P* (P 90 МПа) такие, что уравнений теплопроводности [2, 5, 6] в элементах пресс-оснастки:
в синтезируемом материале - теплоизоляторе - корпусе пресс-формы уравнения движения фронта горения:
граничных условиях:
на границе материал–теплоизолятор: T1 = T2, –1T1 /n = – 2T2 /n;
на границе теплоизолятор–пресс-форма: T2 = T3, – 2T2 /n = – 3T3 /n;
на границе пресс-форма–окружающая среда: – 3T3 /n = (T3 – T0).
начальных условиях:
где – малая величина, которая выбирается из условия возможности начать численный счет; на фронте задано условие:
уравнений модели напряженно-деформированного состояния прессоснастки:
где gi – постоянные величины (i = 1,5 ), определяемые следующими выражениями: g1 = L (1+ )/(1– ); g2 = 2 L (1+ )/(1–2 ); g3 = 1/2(1– );
g4 = (1–2 )/2(1– ); g5 = 1/(1–2 ), r, z – радиальная и вертикальная координаты; R1, R2 – внутренний и внешний радиусы пресс-формы;
0,5 k 1 – коэффициент передачи давления на стенку пресс-формы, w – перемещение в вертикальном направлении; L – коэффициент линейного теплового расширения; Е – модуль Юнга; – коэффициент Пуассона;
и ограничениях:
– по температуре на внутренней стенке пресс-формы – по толщине пограничного слоя стенки пресс-формы – по эквивалентному напряжению в стенке – по нормальным напряжениям в стенке – по касательным напряжениям в стенке Сформулированная задача (1)-( 14) относится к классу одностадийных задач оптимизации в условиях неопределенности, и для ее решения будем использовать алгоритм, предложенный в нашей работе [7].
Результаты решения одностадийной задачи оптимизации на примере получения твердого сплава СТИМ-2А, СТИМ-2/30Н представлены в таблице Результаты решения задачи оптимизации конструктивных параметров и режимных переменных установки СВС твердосплавных материалов Наименование переменных / Толщина стенки пресс-формы, Толщина стенки пресс-формы, Температура на внутренней Толщина пограничного слоя 1, Эквивалентные напряжения в напряжение [], МПа Максимальное значение компоненты нормальных допускаемое напряжение на растяжение-сжатие [], МПа Касательные напряжения, на сдвиг [ ], МПа Анализ результатов решения задачи оптимизации (таблица) показывает, что для обеспечения прочности конструкции толщина стенки пресс-формы и время задержки должны быть увеличены на 3 мм и 2 с, соответственно, а давление прессования снижено на 10 МПа по сравнению с результатами расчета пресс-формы без учета неопределенности.
Таким образом, можно утверждать, что определены конструктивные параметры установки для осуществления процессов СВС и формования твердосплавных изделий марок СТИМ-2А, СТИМ-2/30Н диаметром 65 мм ( = 45 мм, Н = 140 мм, время задержки tз = 6,5 с, давление формования P = 90 МПа, материал – сталь 40Х), обеспечивающие ее нормальную работу независимо от случайного изменения неопределенных параметров Uг, Tг и в заданных пределах.
1. Мержанов А.Г., Столин А.М. Силовое компактирование и высокотемпературная реодинамика // Инженерно-физический журнал. – 1992.
– Т. 63, № 5. – С. 515–516.
2. Стельмах Л.С., Жиляева Н.Н., Столин А.М. Математическое моделирование тепловых режимов силового СВС-компактирования // Инженерно-физический журнал. – 1992. – Т. 63, № 5. – С. 623 – 629.
3. Stolin A.M., Stelmakh L.S. Mathematical Modeling of SHS compaction / Extrusion: An Autoreview // J. SHS. – 2008. – V. 13, № 1. – P. 53.
4. Стельмах Л.С., Столин А.М., Дворецкий Д.С. Неизотермический метод расчета пресс-оснастки установки компактирования горячих продуктов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Теоретические основы химической технологии.– 2010.– Т. 44, № 1. – С. 1 – 9.
5. Столин А.М., Стельмах Л.С. Математические модели СВСтехнологий / Самораспространяющийся высокотемпературный синтез:
теория и практика.-Черноголовка, «Территория», 2001. – С. 122–156.
6. Жиляева Н.Н., Стельмах Л.С., Тепловые режимы СВС-прессования.
// Тепло- и массообмен в химически реагирующих системах: Материалы Межд. школы-семинара.- Минск: ИТМО им. А.В.Лыкова АН БССР, Ч.2.
1989. – С. 44–53.
7. Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И., Островский Г.М. Новые подходы к проектированию химико-технологических процессов, аппаратов и систем в условиях интервальной неопределенности. –М.: Издательский дом «Спектр», 2012. -344с.
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА И ПРАКТИЧЕСКОГО
ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР
нанотехнологиям постепенно снижается. Одними из самых перспективных объектов на волне "популярности" называли углеродные нанотрубки (УНТ).Участвуя во всех проводимых выставках и форумах, проводимых корпорацией "РОСНАНО" мы ощутили это, как говорится, на себе. Если в 2008 году люди восторгались увиденным и делились радостными перспективами, то в 2011 году форум был больше похож на мероприятие, собравшее специалистов довольно узкой области. Вместе с тем следует отметить, что интерес к нанотехнологиям представителей различных отраслей стал более предметным и квалифицированным.
В частности, что касается многослойных углеродных нанотрубок, это просматривалось очень хорошо. Этими материалами стали интересоваться как ученые, так и представители инновационных компаний, четко понимающих, что это за материал, какие преимущества сулит его использование и какие трудности при этом могут возникнуть.
Анализ динамики продаж УНТ, производимых ООО "НаноТехЦентр", за последние четыре года однозначно свидетельствует о том, что интерес к этим продуктам растет, хотя и не так быстро как хотелось бы. Поэтому уже сегодня нужно задумываться о том, как сделать оборудование для синтеза УНТ более эффективным, а так же продолжать искать новые области применения УНТ.
В 2012 году специалистами ООО "НаноТехЦентр" совместно с учеными ФГБОУ ВПО ТГТУ была разработана новая конструкция реактора для синтеза многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) увеличенной производительности. Анализируя недостатки существующей конструкции представленной на рисунке 1 можно выделить следующее:
- процесс напыления катализатора на диск-подложку требует точных аэродинамических режимов подачи газа, чтобы исключить неравномерность распределения материала и осаждение его вне диска;
- реактор работает в полунепрерывном режиме, что означает периодическую загрузку катализатора и выгрузку готового продукта без разгерметизации реактора. Эти две операции с учетом времени на осаждение катализатора достаточно длительны и составляю в общей сложности порядка 40 – 45 минут, что сопоставимо с временем самого синтеза;
- значительный объем реактора занимают нагревательные элементы, а процесс синтеза проходит на тонком слое катализатора, что приводит к нерациональному соотношению энергозатрат по сравнению с производительностью;
- для увеличения мощности производства необходимо увеличивать количество циклов синтеза, что приводит к повышенной нагрузке на конструкцию реактора и снижает долговечность эксплуатации.
В новой конструкции авторы постарались устранить указанные недостатки. В процессе проектирования авторам потребовалось устранить ряд противоречий, главное из которых заключалось в следующем.
Рисунок 1. Конструкция реактора синтеза УНТ с катализатором на диске подложке.
Как известно одной из основных характеристик катализатора является его удельная геометрическая поверхность. Чем она выше, тем больше активных центров доступно для контактирования с газом, поэтому в исходной конструкции катализатор располагался тонким слоем (до 0,8 мм) на диске подложке. Однако, для повышения производительности реактора без увеличения его габаритов внутрь реакционной зоны придется помещать гораздо большее количество катализатора, что приведет к снижению эффективности его работы.
Было предложено помещать катализатор не в виде порошка, а виде компактированных брикетов, состав которых подобран таким образом, чтобы работала поверхностная их часть. После того как масса выращенных на поверхности брикета УНТ достигает некоторого критического значения они под действием силы тяжести обрушаются вниз, открывая доступ к частицам катализатор для контакта с углеродсодержащим газом. Конструкция реактора представлена на рисунке 2.
Реактор работает следующим образом. Для первоначальной загрузки компактированный катализатор на специальных подвесках 1 помещается внутрь корпуса реактора 2. Реактор герметизируется, из него удаляется воздух, включаются нагреватели 4. По достижении температуры синтеза в реактор подается предварительно подогретая в теплообменнике реакционная газовая смесь. Выращенный слой материала под действием акустического активатора 8 опускается в нижнюю часть реактора 5, где некоторое время продолжается рост МУНТ. Полученный продукт выгружается из реактора с помощью шнека 7 без разгерметизации реактора.
Рисунок 2. Реактор синтеза МУНТ с компактированным катализатором.
Такая конструкция позволила устранить указанные выше недостатки и сохранить принципы заложенные в предыдущей конструкции. В частности рост МУНТ происходит на неподвижном слое, что позволяет получать материал сравнительно легко в дальнейшем очищаемый и диспергируемый, в различных жидкостях до состояния практически отдельных нанотрубок.
Сравнительные технические характеристики конструкций реакторов приведены в таблице 1.
Сравнивая показатели приведенные выше, легко видеть, что при увеличении потребляемой мощность на 30 -40 %, удалось повысить производительность единицы оборудования на два порядка.
Сравнительные технические характеристики конструкций реакторов.
Режим управления Полуавтоматический Автоматический В заключении следует отметить, что опытная конструкция реактора уже изготовлена и в настоящее время успешно завершает опытную эксплуатацию на производственной площадке ООО «НаноТехЦентр».
РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ АНОДНОМ ПОВЕДЕНИИ И
ПРОТЕКТОРНОМ ДЕЙСТВИИ ЦИНКОВОГО ПОРОШКА
Вигдорович В.И., Панфилова Ю.В., Пудовкина А.Ю.Тамбовский государственный технический университет, Россия В настоящее время широкое практическое применение находят антикоррозионные материалы самой различной природы и компонентного состава. Известные защитные композиции на масляной основе, протекторные системы на базе магния или цинка, ингибиторы различных типов. Однако, практически полностью отсутствуют данные о защитной эффективности микроструктурированных порошков электрохимически активных металлов, например цинка, вводимых в различные масляные фазы.
Вместе с тем, достаточно широко рекламируются и в ряде случаев используются цинкнаполенные лакокрасочные композиции [1, 2], содержащие до 97 масс. % цинкового порошка (здесь и далее всюду проценты по массе), использование которых не предусматривает возможности их многократной расконсервации и переконсервации.
Следовательно, они не могут использоваться как составы для временной защиты металлоизделий и запасных частей. Напротив, наши предварительные исследования показали, что цинкнаполненные масляные композиции при высокой защитной эффективности позволяют до двух раз снизить концентрацию в масле цинкового порошкового протектора.
Очевидно, микроструктурирование может существенно изменить поверхностные свойства протекторной фазы, а введение ее в жидкое связующее, компоненты которого способны сорбироваться на металле, способно подавить электрохимическую активность таких материалов по отношению к кинетике анодной ионизации, саморастворению (при Екор) и протекторной способности.
По существу, на поверхности способны сорбироваться как молекулы углеводородов за счет сравнительно слабого Ван-дер-Ваальсова взаимодействия, так и ПАВ, являющиеся обычно донорами электронов.
Целью настоящей работы явилось изучение протекторной способности цинкового порошка, используемого в качестве наполнителя масел различной природы, как растворителя-основы, при коррозии стали в хлоридной среде и кинетики его анодной ионизации в подобных условиях.
Методика эксперимента.
Исследования проведены на стальном электроде (Ст 3), покрытом композицией на основе низкоэрукового рапсового масла (РМ) с жирнокислотным составом, представленным в таблице, содержащей 50 масс.
% цинкового порошка, вводимого в качестве протектора, в 3 %- ном растворе NaCl (комнатная температура). В ряде случаев защитные материалы, содержали дополнительно микрографит или многослойные углеродные нанотрубки.
Жирнокислотный состав низкоэрукового рапсового масла.
Пальмитиновая (гексадекановая) С16Н32О2 256 3, Стационарные потенциостатические поляризационные измерения проведены с использованием потенциостата П-5827М в трехэлектродной ячейке из стекла «Пирекс» с разделенными анодным и катодным пространствами. Потенциалы измерены относительно насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения и пересчитаны по н.в.ш., вспомогательный электрод – гладкая платина.
Поляризация проведена с шагом потенциала 20 мВ (комнатная температура, воздушная атмосфера) и выдержкой 30 с на точке в случае электродов, покрытых пленками изучаемых составов.
Рабочий электрод из стали Ст 3 с горизонтальной рабочей поверхностью площадью 0,5 см2 армировали в оправку из эпоксидной смолы ЭД-16, отвержденной полиэтиленполиамином марки Б, полировали, обезжиривали ацетоном и сушили фильтровальной бумагой. Толщина защитной пленки оценивалась гравиметрическим методом так же с точностью 5·10-5 г.
В масляные композиции вводили цинковый порошок марки ПЦ, выполняющий функцию протектора. Его состав по диаметру частиц, %:
0 3 мкм – 50,5; 3 4 мкм – 41,5; 4 10 мкм – 1,3; 10 25 мкм – 1; мкм – 0,4; 75 150 мкм – 0,9; 150 200 мкм – 0,9; 200 300 мкм – 0,5; 400 мкм – 0,5; 400 600 мкм 0,5; более 600 мкм – 1,9.
В качестве углеродных частиц использовали графит следующего фракционного состава, масс. %: 0 3 мкм – 50,5; 3 4 мкм – 41,5; 4 10 мкм – 1,3; 10 25 мкм – 1; 25 75 мкм – 0,4; 75 150 мкм – 0,9; 150 200 мкм – 0,9; 200 300 мкм – 0,5; 300 400 мкм – 0,5; 400 600 мкм 0,5; более мкм – 1,9 или многослойные нанотрубки МУНТ, являющиеся хорошо электропроводящим наполнителем. Параметры использованных МУНТ:
наружный диаметр – 10 … 20 нм, содержание аморфного углерода – 0,3 … 0,5 %, удельная геометрическая поверхность не ниже 12 м2/г, средний объем пор – 0,22 нм3, средний эффективный размер пор – 7 нм.
Нанотрубки были получены каталитическим пиролизом пропанбутановой смеси при 600 – 650 °С на Ni/Mg катализаторе. МУНТ активировали в разбавленном растворе HNO3 для удаления фрагментов катализатора и дополнительно в течение двух часов при 106 °С в смеси концентрированных HNO3:H2SO4 = 1:3 в течение 2 … 6 часов.
Исследования проведены на углеродистой стали Ст 3 состава, %:
С – 0,2; Mn – 0,5; Si – 0,15; P – 0,04; S – 0,05; Cr – 0,30; Ni – 0,20; Fe – 98,36.
Концентрацию цинка, перешедшего в раствор, оценивали титрованием Трилоном Б с индикатором эриохромом черным Т, железа – титрованием тем же реагентом после предварительного введения персульфата натрия и кипячения с сульфасалициловой кислотой в качестве индикатора. На начальных стадиях переход железа в раствор контролировали качественной реакцией с K4[Fe(CN)6].
Экспериментальные результаты На рис. 1 приведены анодные поляризационные кривые массивного цинка (1) и цинкового порошка (50 %), находящегося в покрывающей сталь Ст3 масляной пленке на основе рапсового масла (2), и подобная же кривая, полученная по данным химического анализа 3 %-го раствора NaCl после 6-ти часовой выдержки электродной системы при каждом заданном анодном потенциале (3).
Анодная поляризационная кривая массивного цинка имеет характерный для этого металла тафелевский наклон, составляющий 0,030 В.
Растворение его протекает в активном состоянии и при максимально используемой в работе плотности анодного тока металл не удается перевести в пассивное состояние (кривая 1). Цинк, находящийся в виде порошка в рапсовом масле, ведет себя существенно иначе. По данным, полученным посредством химического анализа, при сдвиге потенциала (Е) исследуемой системы в анодную область на 0,14 … 0,13 В скорость его растворения (iZn) в электрических единицах не зависит от Е и существенно ниже, чем массивного цинка (кривая 1) в расчете в том и в другом случае на геометрическую поверхность электрода. И лишь при Е, большем Екор на 0, … 0,20 В, наблюдается экспоненциальное увеличение iZn с ростом анодной поляризации, соответствующее требованиям электрохимической кинетики, но с большим тафелевым наклоном (Е < - 0,48 В). При Е = - 0,48 В появляется максимум пассивации, характеризующий переход цинкового порошка в пассивное состояние.
Рисунок 1. Анодные поляризационные кривые массивного цинка (1) и микроразмерного цинкового порошка (50 %), введенного в пленку на основе рапсового масла (2, 3) полученные в 3 %-м растворе NaCl (неподвижный электрод).
2 – внешняя анодная поляризация сразу после погружения системы «сталь/покрытие» в раствор.
3 – по данным химического анализа раствора на цинк при выдержке системы в течение 6-ти часов при каждом заданном потенциале.
Анодная поляризационная кривая цинкового порошка, находящегося в исследуемой электродной системе (рис. 1, кривая 2) полученная в результате внешней поляризации полностью совпадает с зависимостью в координатах lgiZn – Е, рассчитанной по данным химического анализа среды (кривая 3). На этой кривой 1 также хорошо видна область практической независимости iZn от Е (участок АБ), правда ток в пассивном состоянии в последнем случае несколько больше, и несколько расширена область потенциалов первого пассивного состояния (до ~ - 0,5 В). Мы называем ее первой, так как после участка перепассивации опять-таки с тем же большим наклоном вновь наблюдается вторая область пассивации цинка (рис. 1). Причем ЕIIпасс., независимые от истинной площади поверхности металла и полученные различными методами, совпадают. Одновременно, наличие порошка цинка в масляной защитной пленке обусловливает потенциал коррозии исследуемой системы (цинк (в масле) – сталь 3), равный – 0,7 В (рис. 1, кривая 3). Таким образом, цинк в масляном покрытии при Екор и его смещении в анодную область по крайней мере на 0,15 В находится в пассивном состоянии.
Одновременно за счет навязывания системе такого отрицательного потенциала он обусловливает высокий протекторный эффект, что подтверждается полным подавлением ионизации железа, так как скорость коррозии стали, по данным качественной реакции с K4[Fe(CN)6], практически равна нулю.
Подобная картина достаточно неожиданна. С одной стороны, переход порошка цинка в пассивное состояние увеличивает его стационарный потенциал всего на 0,1 В, обусловливая очень малый ток растворения, а с другой – практически нацело подавляет окисление стали.
Отметим, что пассивация цинка может быть обусловлена следующими обстоятельствами:
1. Его состоянием в виде порошка, 2. Влиянием масляного связующего, 3. Взаимовлиянием того и другого факторов одновременно.
Экспериментально можно оценить действие этих факторов. Нанесение на массивный цинк пленки рапсового масла увеличивает потенциал коррозии металла на 0,02 … 0,03 В без следов перевода его в пассивное состояние.
Двадцатикратное уменьшение площади рабочей поверхности цинка без защитной пленки также не влияет на его состояние и характер анодной поляризационной кривой, т.е. цинк находится в изученной области анодных токов в активном состоянии. И, лишь одновременное воздействие размерного фактора и наличия масла приводит к его пассивации. Таким образом, налицо микроразмерный (но не наноразмерный) эффект, наблюдаемый в специфических условиях. Благодаря ему цинк растворяется со значительно меньшей скоростью, чем в активном состоянии и одновременно обеспечивает высокий протекторный эффект. Следовательно, свойства металла существенно изменились при диспергировании, ведущем к значительному возрастанию доли поверхностных атомов, характеризующихся повышенной энергией, и дополнительном смачивании их эфирами глицерина и преимущественно непредельных одноосновных карбоновых кислот (составляющие рапсового масла).
Далее в работе изучалось влияние на поведение цинка еще двух факторов:
микроструктурированного графита (МСГ).
2. Введения МУНТ вместо МСГ с целью выявления наноэффекта углеродной составляющей. Графит вводили в связи с тем, что ранее в [3] была показана возможность снижения концентрации цинка в защитной композиции в его присутствии без изменения защитной эффективности масляной пленки.
Наличие 1 % микрографита в покрытии того же состава (50 масс. % Zn) привело практически к тем же результатам (рис. 2), что и наблюдавшиеся ранее. В последнем случае несколько различаются лишь потенциалы пассивации, полученные из данных анодной поляризации и химического анализа раствора (рис. 2, кривые 2 и 3). И снижается наклон линейного участка кривых в области перепассивации. Но никаких принципиальных изменений в системе не произошло.
Рисунок 2. Анодные поляризационные кривые массивного цинка (1) и цинкового порошка (с 1 % МСГ), введенного в пленку рапсового масла (2, 3) в 3 %-м растворе NaCl.
2. – Внешняя анодная поляризация сразу после погружения в раствор.
3. – По данным химического анализа раствора на цинк при выдержке системы при фиксированном потенциале (Е = const) в течении 6-ти часов.
Существенных изменений в анодном поведении цинка не наблюдалось и при введении в защитную пленку вместо микрографита 1 % углеродных нанотрубок. Особенно четко это проявилось по данным химического анализа раствора (рис. 3 кривые 2 и 3). Различие заключается лишь в отсутствии вторичной пассивации, т.е. ЕIIпасс, видимо, смещается в этом случае в положительную сторону, и несколько, но непринципиально, различаются по абсолютным значениям анодные токи при Е = const в области потенциалов более – 0,55 В. Расхождение скорее всего связано с тем, что кривая 2 снята сразу после погружения в раствор системы «Ст3/масляное защитное покрытие», когда ее стационарное состояние еще не было достигнуто.
Рисунок 3. Анодные поляризационные кривые массивного цинка (1) и цинкового порошка (50 %) в присутствии 1 масс. % МУНТ (1, 2), введенного в пленку рапсового масла (1, 2) в 3 %-ном растворе NaCl.
2. Внешняя анодная поляризация сразу после погружения системы «сталь/защитное покрытие» в раствор.
3. По данным химического анализа раствора на цинк при выдержке системы при Е = const в течении 6-ти часов.
Важно было выяснить, влияет ли наличие микроструктурированного цинка в масляном покрытии на анодное поведение стали. Соответствующие результаты приведены на рис. 4. В этом случае, по данным химического анализа раствора, железо начинает переходить в жидкую фазу только при смещении потенциала системы на 0,15 … 0,20 В в анодную сторону. Причем и окисляющаяся сталь находится в пассивном состоянии (рис. 4, кривая 2), чего не наблюдается при нанесении на нее рапсового масла, не содержащего микроразмерного цинкового протектора [3 - 5]. Данные, полученные посредством анодной поляризации (кривая 1) и химического анализа раствора (Е = const) (кривая 2), практически совпадают (рис. 4).
цинкнаполненного масляного покрытия, является то, что железо в этих условиях растворяется при более отрицательных потенциалах и с большей скоростью чем, в отсутствии поверхностной цинкнаполненной защитной пленки (рис. 4, кривые 2 и 3).
Рисунок 4. Анодные поляризационные кривые стали, покрытой пленкой композиции с 50 % цинка в рапсовом масле (1, 2), и массивного незащищенного образца Ст 3 (3) в 3 %-м NaCl. 1 - внешняя анодная поляризация. 2 - по данным химического анализа раствора на железо при выдержке исследуемой системы при фиксированном анодном потенциале (Е = const) в течение 6-ти часов.
микроразмерного связующего цинк переходит в пассивное состояние, а железо, напротив, «активируется».
В случае цинка это, в первом приближении, можно объяснить зависимостью эффекта смачивания от размерного фактора. Если смачиваемость цинка водой с уменьшением его размера резко снижается, то вода может легко вытесниться с корродирующей поверхности маслом, что, естественно, тормозит в отсутствие Н2О, как реагента и активатора процесса, скорость окисления цинка и способствует переводу его в пассивное состояние. На наличие размерного эффекта смачивания указано в [6], где отмечается, что косинус краевого угла смачивания (r) является функцией радиуса кривизны, согласно выражения:
где 0 – краевой угол смачивания на границе жидкость/твердое на плоской поверхности, – константа, r – радиус кривизны и - поверхностное натяжение на той же границе. Из уравнения (1) следует, что снижение r повышает r и уменьшает смачивание. Если на поверхность цинка поступают и H2O и углеводороды, то влияние величины r на границы Ж1/Г и Ж2/Г может быть различным, что и приводит к наблюдаемым результатам.
Сложнее объяснить поведение железа. Не ясно, почему в присутствии микроразмерного цинка смачивание его водой ухудшается и металл активируется. Активация, видимо связана с удалением следов влаги, пассивирующей железа. Однако, этот вопрос требует дополнительного изучения.
1. Фришберг И.В., Субботина О.Ю., Павлюкова О.Н., Лисовских В.Г.
Цинкнаполненные материалы ВМГ для «холодного цинкования». Разработка, производство, применение. // Практика противокоррозионной защиты. 2004.
№ 2 (32). С. 26 – 37.
2. Останина Т.Н., Рудой В.М., Ярославцева О.В. и др. Оценка электрофизических свойств цинкнаполненных лакокрасочных покрытий. // Материалы научно-техн. конф. «Проблемы химии и химической технологии», Тамбов. 2003. С. 146 – 148.
3. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Парамонов С.Ю., Минина И.Ю.
Цинкнаполненные масляные защитные покрытия. Влияние добавок графита.
// Практика противокоррозионной защиты. 2007. № 3 (45). С. 34-46.
4. Шель Н.В., Головченко А.О., Вигдорович В.И. Цинкнаполненные составы на базе отработавшего моторного масла, модифицированного углеродными добавками, как защитные композиции в условиях атмосферной коррозии стали. // Практика противокоррозионной защиты. 2011. № 2 (60).
С. 36-44.
5. Шель Н.В., Головченко А.О., Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е.
Цинкнаполненные консервационные материалы на масляной основе, модифицированные углеродными добавками. // Журнал прикладной химии.
2011. Т. 84. № 5. С. 773-780.
6. Сумм Б.Д., Иванова Н.И. Коллоидно-химические аспекты нанохимии – от Фарадея до Пригожина. // Вестник Московского гос. Ун-та. Серия 2.
Химия. 2001. Т. 42. № 5. С. 300-305.
СЕКЦИЯ 1. Материаловедение и твердофазные технологии новых материалов
ИССЛЕДОВАНИЕ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫХ
Юго-Западный государственный университет, Курск, [email protected] Анализ исследовательских работ в области твердых сплавов показывает, что большинство из них связано с вопросом экономии вольфрама. Этот вопрос имеет весьма актуальное значение в связи с дефицитом, дороговизной и непрерывным расширением областей применения вольфрама. С экономией вольфрама тесно связаны мероприятия по сбору отходов твердых сплавов и их переработка [1].Одним из наиболее перспективных методов переработки отходов твердых сплавов, отличающийся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса, является метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД). Процесс ЭЭД – это разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов [2].
вольфрамсодержащих твердых сплавов в порошковые материалы с целью их повторного использования сдерживается отсутствием в научно-технической литературе полноценных сведений о физико-технологических свойствах порошков.
Целью настоящей работы являлось исследование удельной поверхности порошков карбида вольфрама, получаемых ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.
Удельная поверхность частиц влияет на поведение порошков при формовании и спекании, очень важна в гетерогенном катализе, адсорбции и для реакций на поверхности. Удельная поверхность порошка представляет собой сумму наружных поверхностей всех частиц, имеющихся в единице его объема или массы. Она зависит от размера, формы и микроструктуры частиц.
Для высокодисперсного порошка характерны величины удельной поверхности от единиц до нескольких десятков м2/г.
Удельная поверхность порошков, полученных ЭЭД твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9 представлена на рисунке 1.
Кривые основных характеристик удельной поверхности порошков, полученных методом ЭЭД из отходов спеченных твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9, представлены на рисунках 2 4.
Рисунок 1. Удельная поверхность порошков, полученных ЭЭД твердого сплава марки: 1 – ВК8 в воде, 2 – ВК8 в керосине, 3 – ТТ20К9 в воде, 4 – ТТ20К9 в керосине, 5 – Т15К6 в воде, 6 – Т15К6 в керосине.
Quantity Adsorbed (cm/g STP) Рисунок 2. Кривая изотермы адсорбции и десорбции для исследуемого образца (Ось «Х» относительное давление Р/Ро, где Р измеряемое давление, Ро давление насыщения; ось «У» количество адсорбированного газа).
Рисунок 3. Кривая удельной поверхности по пятиточечному методу БЭТ.
Pore Volume (cm/g) Рисунок 4. Зависимость диаметра пор от суммарного объема пор в образце (Ось «Х» диаметр пор (), ось «У» объем пор (см3/г)).
Таким образом, экспериментально установлено, что порошки из сплава ВК8 имеют меньшую удельную поверхность по сравнению с порошками из сплавов ТТ20К9 и Т15К6. Отмечено также, что порошки, полученные в керосине осветительном большую удельную поверхность по сравнению с порошками, полученными в воде дистиллированной, поскольку имеют меньшую дисперсность.
1. Анциферов, В.Н. Порошковая металлургия и напыленные покрытия [Текст] / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин. – М.: Металлургия, 1987. – 792 с.
2. Агеев, Е.В. Выбор метода получения порошковых материалов из отходов спеченных твердых сплавов [Текст] / Е.В. Агеев, Б.А. Семенихин // Известия Самарского научного центра РАН. – Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН. – 2009. – Спец. вып.: Актуальные проблемы машиностроения.– С. 12–15.
*Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБРАЗЦОВ
ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА И КОМПОЗИТОВ НА ЕГО
Худяков В.В.,1 Мещерякова Ю.В.,1 Юрков Г.Ю.,2 Баронин Г.С. -Тамбовский государственный технический университет, НОЦ ТамбГТУ-ИСМАН «Твердофазные технологии», Тамбов -Институт металлургии и проблем материаловедения РАН При создании конструкционных полимерных материалов с заданными свойствами часто возникает задача регулирования теплофизических свойств, таких как, теплопроводность, удельная теплоемкость и температуропроводность. Теплофизические свойства полимеров имеют большое значение, т.к. от них зависят технологические и эксплуатационные показатели материалов.Настоящая работа посвящена исследованию теплофизических свойств модернизированного прибора DSC-2 производства фирмы «Perkin-Elmer», работающего по методу дифференциальной сканирующей калориметрии и информационно – измерительной системы (ИИС) неразрушающего контроля (НК).
Объектом исследования является политетрафторэтилен (ПТФЭ).
Модифицирующими добавками служат кобальто-фторорганческий порошок (КоФП), кремний-фторорганический порошок (КФП) и титанофторорганический порошок (ТФП), полученные по новой технологии [1, 2].
Дифференциально-сканирующий калориметр позволяет определять удельную скорость поглощения энергии образцами при различной температуре. Информационно – измерительная система неразрушающего контроля позволяет определять теплопроводность и температуропроводность материала.
На рисунке 1 приведена зависимость максимальной скорости поглощения энергии образцов полимерной системы политетрафторэтилена с модифицирующей добавкой – кобальто-фторорганческий порошок (ПТФЭ + КоФП) от массовой части КоФП.
Из рисунка видно, что для ПТФЭ с модифицирующими добавками характерно увеличение удельной скорости поглощения энергии образцов по сравнению с исходным ПТФЭ.
Wmax, Дж/(кг*сек)* Рисунок 1. График зависимости максимальной скорости поглощения энергии образцов полимерной системы ПТФЭ + КоФП от массовой части КоФП.
При изучении графиков зависимости максимальной скорости поглощения энергии образцов, теплопроводности и температуропроводности полимерной системы ПТФЭ + КоФП от массовой части КоФП (рисунок 1,2,3) наблюдается увеличение данных показателей в области малых добавок.
0, 0, 0, 0, 0, Рисунок 2. График зависимости теплопроводности образцов от концентрации добавки КоФП.
Рисунок 3. График зависимости температуропроводности образцов полимерной системы ПТФЭ+КоФП от концентрации добавок КоФП.
Таким образом, теплофизические свойства полимерной системы ПТФЭ+КоФП в области малых добавок (до 1 масс.част.) имеют экстремальный характер, а дальнейшее увеличение модифицирующей добавки не приводит к увеличению теплофизических показателей, график приобретает монотонный характер. Аналогичные результаты наблюдались и для образцов ПТФЭ с другими модифицирующими добавками, полученными по новой технологии [1].
композиционных материалов с использованием оксидов титана и кремния при переработке политетрафторэтилена: автореф. диссерт. На соискание уч.ст.кан. тех. наук / А.С. Кантаев.- Томск: 2012.-24 С.
«