Повышение физико-механических свойств титановых сплавов путем модифицирования поверхности и формирования композитного металл-полимерного слоя ультразвуковой обработкой

• Автор: Борозна, Вячеслав Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

МАТЕРИАЛОВ.
1.1. Влияние ультразвуковой обработки на структуру и свойства конструкционных материалов.

1.2. Физикомеханические свойства титановых сплавов

в субмикрокристаллическом и наноструктурном состояниях.

1.3. Основные методы объмного наноструктурирования материалов.

1.4. Методы поверхностного модифицирования материалов

1.5. Методы нанесения полимерных покрытий

1.6. Постановка задачи.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Исследуемые материалы.
2.2. Механическая обработка
2.3. Ультразвуковая обработка
2.4. Измерение шероховатости.
2.5. Исследование физикомеханических свойств модифицированных поверхностей титановых сплавов.
2.5.1 Методика измерения микротвердости тонких поверхностных слоев
2.5.2 Трибологические испытания.
2.6. Исследование структуры модифицированных поверхностей титановых сплавов
2.6.1 Методика подготовки металлографических шлифов.
2.6.2 Методика подготовки образцов для
электронномикроскопического исследования.
3. ОСОБЕННОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ФИЗИКО
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
3.1. Механическая обработка образцов из титановых сплавов.
3.2. Ультразвуковое модифицирование титановых сплавов.
3.3. Термографическое исследование процессов механического воздействия на титановые сплавы.
3.4. Исследование морфологии поверхности образцов титановых сплавов.
3.5. Микротвердость поверхностных слоев образцов, подвергнутых ультразвуковой обработке
3.6. Металлографическое исследование структуры сформированных упрочненных слоев титановых сплавов.
3.7. Исследование структуры сформированных
упрочненных слоев титановых сплавов.
3.8. Выводы по главе 3.
4. ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОЗИЦИИ МЕТАЛЛПОЛИМЕР НА
ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.
4.1. Формирование композиции металлполимер на титановых сплавах методом ультразвукового воздействия.
4.2. Исследование шероховатости и микротвердости сформированных композитных металлполимерных слоев.
4.3. Влияние полимерного покрытия на смачиваемость поверхности
4.4. Исследование излучательных свойств сформированного металлполимерного покрытия.
4.5. Исследование влияния сформированного полимерного покрытия
на износостойкость поверхности
4.6. Термогравиметрический анализ полимерного покрытия.
4.7. Выводы по главе 4.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Разработаны рекомендации по повышению эффективности ультразвуковой обработки титановых сплавов на основе подбора предварительной шероховатости поверхности, позволяющей формировать в поверхностном слое субмикро- и наноструктурное состояние. Результаты работы использовались при выполнении международного контракта СКЖМА между Томским политехническим университетом и Главным научно-исследовательским институтом цветных металлов и сплавов. Технология и оборудование для ультразвуковой финишной обработки металлических поверхностей внедрены в главном научно-исследовательском институте цветных металлов и сплавов г. Пекина (Китай). Представленные результаты так же использовались при выполнении научного проекта РФФИ «Исследование взаимодействия расплава и газовой фазы с модифицированной ультразвуком поверхностью при формировании порошковых и ионно-плазменных покрытий» (шифр проекта РФФИ № 0-а). Разработан метод получения композитного полимерного слоя с использованием ультразвукового воздействия, позволяющая повысить износостойкость титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ6. Результаты научных исследований использовались при выполнении проекта АВЦП «Разработка фундаментальных основ создания гибридных биорезорбируемых/биодеградируемых покрытий и материалов на основе фосфатов кальция, фторуглеродных пластиков и полимеров органических кислот для реконструктивной хирургии» (тема проекта № 3. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: трех международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов, и молодых ученых «Современные техника и технологии» - г. Томск (, , гг. Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» - г. Тюмень (, гг. Инновационные технологии и экономика в машиностроении» - г. Томск ( г. Metal » - г. Прага, Чешская республика ( г. X Китайско-Российском симпозиуме по передовым материалам и технологиям - г. Цзясин, Китай ( г. Томск ( г. Инновационные технологии и экономика в машиностроении» - г. Томск ( г. II Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» - г. Юрга ( г. Всероссийской молодежной конференции «Машиностроение - традиции и инновации» - г. Юрга ( г. По содержанию работы и результатам исследований опубликовано печатных работ в сборниках трудов российских и зарубежных конференций, в том числе четыре статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК. Получен 1 патент РФ на изобретение. Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 4 страницах и содержит рисунков, таблиц и список литературы, состоящий из 7 источников. ГЛАВА 1. Ультразвуковая финишная обработка является одним из наиболее эффективных методов поверхностного упрочнения конструкционных материалов [-]. Вопросы применения ультразвука для упрочняющей чистовой обработки различных материалов рассмотрены в работах [, ]. В результате исследований установлено, что использование ультразвука при упрочняющей обработке позволяет снизить значение статического прижима инструмента в два раза. Получая при этом одинаковые значения микротвердости, глубину наклепа и уровень сжимающих напряжений, что позволяет использовать ультразвук для механической обработки и поверхностного упрочнения труднообрабатываемых материалов. Закономерности формирования дислокационной субструктуры определяются исходным структурным состоянием материала, его фазовым . Исследование влияния ультразвукового деформирования поверхностного слоя на механические свойства и микроструктуру поликристаллического и ультрамелкозернистого титана ВТ1-0 показало возможность формирования в тонком поверхностном слое крупнокристаллического титана зеренно-ячеистой структуры с характерным размером структурных элементов 0, мкм. При этом несколько уменьшается его пластичность и существенно увеличиваются прочностные характеристики титана ВТ1-0. В частности, ультразвуковое деформирование приводит к увеличению микротвердости.