URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Погребняк А.Д., Лозован А.А., Кирик Г.В., Щитов Н.Н., Стадник А.Д., Братушка С.Н. Структура и свойства нанокомпозитных, гибридных и полимерных покрытий
Id: 97442
 
448 руб. Бестселлер!

Структура и свойства нанокомпозитных, гибридных и полимерных покрытий

URSS. 2011. 344 с. Мягкая обложка. ISBN 978-5-397-01578-3.

 Аннотация

В настоящей монографии рассмотрено современное состояние технологий обработки материалов пучками частиц и потоками плазмы, а также нанесения защитных и комбинированных покрытий. Представлен обширный экспериментальный материал, для описания которого предлагаются различные физические подходы и концепции, а также новые физические модели. Он включает широкий круг вопросов --- от модификации материалов с помощью мощных ионных и электронных пучков, электролитно-плазменной обработки сталей и сплавов, включая электролитно-плазменное модифицирование, до нанесения защитных нанокомпозитных покрытий. Описаны также способы получения полимерных нанокомпозитов, их свойства и возможность управления ими при помощи магнитных полей. Особое внимание уделено упорядоченным покрытиям и структурам, самопроизвольно возникающим или искусственно создаваемым с помощью ионно-плазменной обработки. Такие структуры являются оптимальными с точки зрения предложенного варианта теории параметрического управления свойствами материалов.

Книга предназначена для специалистов, занимающихся процессами ионно-лучевой обработки, радиационным материаловедением, физикой твердого тела; может быть полезна также аспирантам и студентам физических и инженерно-физических факультетов вузов.


 Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ
Глава 1. УПОРЯДОЧЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ И СТРУКТУРЫ. ПРЕИМУЩЕСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
  Введение
 1.1. Естественные упорядоченные структуры
 1.2. Образование упорядоченных структур при ионно-плазменной обработке
 1.3. Применение упорядоченных покрытий и структур
 1.4. Современное состояние ионно-плазменного оборудования, применяемого для получения упорядоченных покрытий и структур
  Литература к главе 1
Глава 2. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТРУКТУРЫ. ТВЕРДЫЕ СВЕРХРЕШЕТКИ
  Введение
 2.1. Основы теории оптимального управления с точки зрения проблемы создания материалов с заданными свойствами
 2.2. Твердость сверхрешеток -- анализ экспериментальных данных и теоретических моделей
 2.3. Постановка задач оптимального управления на классе решений контактных задач теории упругости
 2.4. Расчетно-экспериментальный способ определения оптимального закона изменения управляющего параметра
  Литература к главе 2
Глава 3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ И СУПЕРТВЕРДЫХ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
  Введение
 3.1. Нанокомпозитные покрытия с повышенной твердостью
 3.2. Механические свойства нанокомпозитных покрытий
 3.3. Поведение твердых нанокомпозитов при высоких температурах
 3.4. Вязкость тонких нанокомпозитных покрытий
 3.5. Физические и механические свойства напылённых плёнок Тalfa-Si-N с высоким содержанием (>40 ат.%) Si
 3.6. Связь упругонапряженного состояния с дефектной структурой твердых покрытий типа n-TiN-Cu и n-AlN-Cu
 3.7. Супертвёрдые нанокомпозиты
 3.8. Сравнение покрытий, упрочненных ионной бомбардировкой, с супертвёрдыми, термически-стабильными нанокомпозитами
 3.9. Условия, необходимые для получения полной фазовой сегрегации при нанесении покрытий
 3.10. Повторяемость супертвёрдых покрытий с твёрдостью 80--100 ГПа
 3.11. Свойства супертвёрдых покрытий
  Заключение
  Литература к главе 3
Глава 4. ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА И НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
  Введение
 4.1. Физические и химические основы плазменного электролиза
 4.2. Точки критического напряжения и усиление физико-химических процессов под действием плазмы
 4.3. Эволюция тепла при плазменном электролизе
 4.4. Процессы диффузии и плазмохимические реакции. Эффекты катафореза
 4.5. Технология PED и процессов PES
 4.6. Состав и структура поверхности
 4.7. Характеристики оксидного покрытия
 4.8. Поведение при трении
 4.9. Поведение нитридных, карбидных поверхностных слоев
 4.10. Электролитно-плазменная закалка (ЭПЗ) сталей и чугуна
 4.11. Процессы массопереноса и легирования при электролитно-плазменной обработке чугуна
 4.12. Структура и свойства покрытия из Аl2O3 и Al, осажденных микродуговым оксидированием на подложку из графита
 4.13. Область применения
  Выводы
  Литература к главе 4
Глава 5. НАНЕСЕНИЕ ГИБРИДНЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИИ НА ПОВЕРХНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
  Введение
 5.1. Условия эксперимента
 5.2. Методы анализа
 5.3. Морфологические особенности, элементный и фазовый состав поверхности гибридных покрытий
 5.4. Механические свойства поверхности покрытий TiN/Cr/Al2O3 и TiN/Al2O3
 5.5. Электрохимические свойства гибридных покрытий, полученных комбинированным способом
 5.6. Исследование характеристик и коррозионной стойкости покрытий Al2O3/TiN
  Заключение
  Литература к главе 5
Глава 6. ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ И ПЛЕНКИ, ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
  Введение
 6.1. Структура и свойства нанополимерных композитов
 6.2. Адгезия пленок и покрытий
 6.3. Получение и свойства полимерных нанокомпозитов, содержащих кобальт и никель
 6.4. Получение и свойства алмазоподобных и электровзрывных покрытий
  Заключение
  Литература к главе 6

 Предисловие

Создание новых методов обработки материалов концентрированными потоками энергии (ионов, плазмы и электронов) на сегодняшний день является одним из наиболее перспективных путей развития современных технологий и материаловедения. Нанесение тонких нанокомпозитных пленок, покрытий ионно-плазменными методами, образование оксидных покрытий с помощью электролитно-плазменной обработки, получение алмазоподобных пленок, а также комбинированные методы обработки -- дуплексные, триплексные, гибридные и многие другие нашли широкое применение в 21 столетии. Хорошо известно, что на реализацию данного направления выделено финансирование в сотни миллиардов долларов в ведущих странах мира -- США, Японии, Китае, странах ЕЭС и России. Прогнозируется получение многофункциональных, в частности нанокомпозитных или нанокристаллических материалов -- многокомпонентных по составу и упорядоченных по структуре. Они должны обладать высокими эксплуатационными свойствами, которые целенаправленно могут изменяться путем изменения параметров их состава и структуры. К сожалению, полное теоретическое обоснование подобного параметрического управления свойствами на сегодняшний день отсутствует.

Научный подход к проблеме создания материалов с заданными свойствами предусматривает создание такой теории и совершенствование технологии в соответствии с ее требованиями и с учетом ее предсказаний. Задача данной книги состоит в том, чтобы на определенных примерах показать современное состояние и некоторые пути дальнейшего развития ионно-плазменной обработки материалов и нанесения различных покрытий, а также перспективу дальнейшего использования описанных технологий в различных отраслях производства. Кроме того, в ней представлен один из вариантов создания упомянутой выше теории, основанный на применении теории оптимального управления при ее обобщении на многомерный случай.

В главе 1 рассмотрены примеры упорядоченных структур, как естественных, т.е. самопроизвольно возникающих в процессе изготовления, хранения и эксплуатации, так и искусственно созданных для улучшения функциональных характеристик материалов. Показаны их преимущества по сравнению с однородными материалами, дано физическое объяснение этих преимуществ, состоящее в том, что данные структуры являются экстремалями неких вариационных задач. В частности, квазипериодические структуры, образующиеся при спинодальном распаде, отвечают условным минимумам функционала свободной энергии. Проведенное рассмотрение естественных и искусственных упорядоченных покрытий и структур позволило сделать выводы об их оптимальности применительно к различным функциональным назначениям.

В главе 2 сформулирована обратная задача разработки покрытий с применением теории оптимального управления. Ее суть состоит в расчете оптимального закона изменения управляющего параметра, при котором критерий качества, априори заданный разработчиком, достигает экстремума. Приведены решения обратной резонансной задачи -- о гашении или выделении определенной частоты колебаний, которые позволяют получить новые выводы по оптимизации свойств покрытий. Эти выводы состоят в том, что оптимальное покрытие, подобно любому композиционному материалу (КМ), должно представлять собой упорядоченную структуру из элементов, резко отличающихся по величине управляющего параметра. В этой связи обсуждаются различные модели, объясняющие возрастание твердости периодических сверхрешеток по сравнению с твердостью составляющих их слоев. В общем виде описана постановка обратных задач на классе решений контактных задач теории упругости -- теоретической базы для разработки структуры твердых покрытий. В качестве альтернативы численному решению обратной задачи предложен способ расчетно-экспериментального определения оптимальных параметров структуры, также основанный на результатах теории оптимального управления. Приведены доказательства возможности применения данного способа на примерах резонансной задачи о гашении колебаний и разработке структуры твердой сверхрешетки TiN/VN.

В главе 3 описываются результаты по получению и исследованию свойств твердых и супертвердых нанокомпозитных покрытий, нанесенных с помощью распыления магнетроном или ионно-ассистируемым осаждением тонких покрытий, имеющих высокую термическую стабильность. Рассмотрены физические свойства и стойкость к высокотемпературному оксидированию нанокомпозитных покрытий Si3N4/MoNx. Анализируется получение и свойства керамических пленок (типа Zr-Cu-O, W-Si-N) и показана взаимосвязь между механическими свойствами пленок и внутренними напряжениями в них.

Представлена классификация нанокомпозитов по твердости и вязкости. Рассмотрена структура (методом ТЭМ-анализа -- анализа при помощи темнопольной электронной микроскопии) и некоторые свойства супертвердых нанокомпозитных покрытий (nMeN/alpha-фаза, нанокристаллические нитриды сплавов Ti, Zr, V, W, металл Cu, Ni), показана взаимосвязь внутренних напряжений с твердостью.

В главе 4 проведен анализ процессов электрохимической обработки, которую можно классифицировать под общим названием "плазменный электролиз". Приводятся примеры использования электролитно-плазменной обработки для упрочнения деталей, усиления процессов массопереноса элементов и легирования поверхностного слоя. Представлены материалы статей по электролитно-плазменному оксидированию (Al2O3, TiO2 и др.) на сталях и изделиях из них. Необходимо подчеркнуть высокий КПД данной технологии, доходящий до 75--85%. Важным отличием данной технологии является большая глубина упрочнения и закалки сталей и чугунов (до 10 мм и более) и высокая производительность, что делает эту технологию одной из самых перспективных в настоящее время.

Глава 5 посвящена результатам последних исследований в области получения, исследования и применения гибридных покрытий на основе Al2O3/Cr/TiN и Al2O3/TiN, нанесенных на различные стали. Показано, что дополнительная обработка сильноточным электронным пучком (СЭП) таких покрытий приводит к изменению механических и коррозионных свойств покрытий. Происходит усиление процессов массопереноса и перераспределение элементов, составляющих покрытие в результате обработки СЭП. Анализируется структура и свойства таких гибридных защитных покрытий.

В главе 6 показано, что задача создания полимерных композиционных материалов с заданными свойствами может быть решена несколькими путями, в том числе с применением термомагнитной обработки, использованием наноразмерных наполнителей, формированием специальных структур алмазоподобных и металлических покрытий. При этом магнитное поле может выступать не только в роли инструмента исследования, но и эффективного средства воздействия на полимерные композиционные и нанокомпозиционные материалы.

Материалы данной книги были использованы для чтения лекций и проведения практических занятий в РГТУ "МАТИ" им.К.Э.Циолковского, Белорусском государственном университете, Сумском национальном аграрном университете, Восточно-Казахстанском государственном техническим университете, а также Сумском государственном педагогическом университете им.А.С.Макаренко.

Авторы признательны сотрудникам Сумского института модификации поверхности В.С.Кшнякину, Ю.А.Кравченко, Ш.М.Рузимову, О.П.Кульменьтьевой, М.В.Ильяшенко и др., а также prof. J.Musil (Chech. Rep.), dr. Timothy Renk (USA), prof. P.Misaelides (Greece), prof. A.Matthews and dr. A.Yerohin (England), prof. Zhao W. (China) и многим другим.


 Об авторах

Александр Дмитриевич ПОГРЕБНЯК

Профессор кафедры физической и наноэлектроники Сумского государственного университета, директор Сумского института модификации поверхности. Специалист в области модификации материалов пучками заряженных частиц и потоков плазмы, создания и исследования многокомпонентных наноструктурных покрытий. Автор 165 научных работ, в том числе 5 книг; имеет 65 авторских свидетельств и патентов разных стран.

Александр Александрович ЛОЗОВАН

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой порошковой металлургии, композиционных материалов и покрытий "МАТИ"-РГТУ им.К.Э.Циолковского. Специалист в области ионно-плазменного модифицирования поверхности и нанесения покрытий. Автор и соавтор более 120 научных работ, в том числе 4 книг; имеет несколько авторских свидетельств.

Григорий Васильевич КИРИК

Кандидат физико-математических наук. Область научных интересов: физика твердого тела, новые энергосберегающие машины и оборудование для горнорудной и других отраслей. Президент концерна "Укрросметалл" (Украина). Автор более 80 публикаций, в том числе 2 монографий, а также около 30 изобретений.

Николай Николаевич ЩИТОВ

Кандидат технических наук, заместитель начальника отдела ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова". Специалист в области физики твердого тела, теории оптимального управления, физики и технологии источников заряженных частиц. Автор и соавтор более 50 научных работ.

Александр Дмитриевич СТАДНИК

Кандидат физико-математических наук, профессор кафедры экспериментальной и теоретической физики Сумского государственного педагогического университета. Область научных интересов: получение композиционных материалов с заданными свойствами; процессы кластеризации экономики. Автор более 85 публикаций и 30 изобретений.

Сергей Николаевич БРАТУШКА

Кандидат физико-математических наук, доцент. Область научных интересов: ионные, электронные и ионно-плазменные технологии модификации поверхности, получение комбинированных и нанокомпозитных покрытий. Автор и соавтор более 30 научных работ.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце