Опишите принципы подбора контртела для трибологических испытаний.
На практике тип шарика, как и другие условия испытания (линейная скорость, нагрузка и длина пробега/число оборотов) выбирают из принципа сравнимости изучаемого материала с уже исследованным. Кроме того, поскольку представляет интерес износостойкость диска (образца объемного материала или покрытия на подложке), то следует выбирать шарик более твердый, чем материал покрытия. Хотя и не всегда, но в этом случае скорость износа покрытия больше.
25. От каких параметров трибологических испытаний зависят напряжения Герца пары «образец-контртело»? В паре «образец-контртело» в начальный момент времени (до начала движения) присутствуют «стартовые» напряжения Герца. В дальнейшем при проведении испытания из-за износа шарика меняется его геометрия и пятно контакта увеличивается, что приводит к непредсказуемому уменьшению давления.
Стартовые напряжения Герца зависит от материала шариков (его модуля Юнга, коэфф. Пуассона) и его диаметра, которые входят в формулу Герца 𝜏 =
26. Как определяют износ контртела и образца по схеме «стержень-диск»?
Износ образца определяют, умножая длину бороздки износа на ее площадь сечения (в кв. мм). Для определения площади сечения бороздки она измеряется курвиметром.
Для определения износа контртела измеряют диаметр износа при наблюдении в оптический микроскоп. Объем стесанного сектора шара находится по формуле
27. В каком диапазоне может меняться коэффициент трения? В каких единицах измеряют износостойкость? Коэффициент трения устанавливает пропорциональность между силой трения и силой нормального давления, прижимающей тело к опоре. Коэффициент трения является совокупной характеристикой пары материалов которые соприкасаются и не зависит от площади соприкосновения тел. Может изменяться от 0 до 1.
Износостойкость – величина, обратная приведенному износу I. Соответственно измеряется в
28.Что включает в себя комплексное трибологическое исследование? Схема «стержень-диск» и «стержень-пластина». Комплексное трибологическое комплексное включает непрерывную запись значений коэффициента трения при испытании, а также фрактографическое исследование, в том числе измерения профиля бороздки и пятна износа, по результатам которого проводят расчет износа образца и шарика-контрела.
Схема «Стержень-диск» подразумевает наличие неподвижного контрела и вращающегося диска с закрепленным на нем образцом. Образец в виде диска толщиной 3-6 мм устанавливают в патроне, вращаемом электродвигателем. Компьютерное управление позволяет поддерживать постоянной предварительно установленную частоту вращения двигателя. Перпендикулярно плоскости образца закрепляют полый стержень, который является держателем неподвижно закрепленного сменного шарика диаметром 3 или 6 мм, изготовленного из стандартного материала с известными свойствами. Сверху стержень нагружают сертифицированными грузами, что позволяет приложить нагрузку величиной 1-10 Н. Стержень связан с двумя датчиками перемещения. Один из них измеряет положение оси стержня относительно оси вращения, т.е. радиус дорожки износа. Другой замеряет тангенциальное отклонение стержня от первоначального положения, которое пропорционально силе трения скольжения для пары трения материал шарика – материал диска, что позволяет установить экспериментальное значение коэффициента трения в определенный момент времени.
Схема «Стержень-пластина» отличается тем, что образец в ней закреплен неподвижно, а стержень с контрелом совершает возвратно-поступательные движения. Соответственно скорость контртела относительно пластины меняется по синусоиде.
29. Какие диапазоны электромагнитных волн используют для изучения функциональных поверхностей? Какие из них чувствительны для органов чувств (зрения, слуха) человека.
30. Что такое структурная составляющая? Как повысить разрешение оптического микроскопа. Формула Аббе.
Структурная составляющая - часть микроструктуры сплава, характеризуемая одинаковым средним химическим составом и однообразным расположением и формой зёрен образующих её фаз. Структурная составляющая возникает при каком-либо фазовом превращении. Микроструктура может состоять из одной или нескольких структурных составляющих. Так, в эвтектоидной стали после отжига имеется лишь одна структурная составляющая - перлит, а в заэвтектоидной стали - две: перлит и вторичный цементит. Структурная составляющая может быть образована кристаллитами (зёрнами) одной или нескольких фаз. Так, мартенсит в закалённой стали или феррит в чистом железе - структурные составляющие, состоящие из зёрен одной фазы; перлит в стали или ледебурит в белом чугуне - структурные составляющие, образованные кристаллитами разных фаз.
Формула Аббе позволяет оценить разрешаемое расстояние микроскопа:
Λ – длина волны света, А – числовая апертура объектива.
A = n*sin𝛼
Разрешающая способность – величина, обратная разрешаемому расстоянию d. Разрешающая способность может быть увеличена следующими способами: · Применение иммерсионной жидкости с высоким коэффициентом преломления. · Использование голубого монохроматического света. · Наклонное освещение путем расцентровки апертурной диафрагмы. 31. Какие размеры структурных составляющих различимы при наблюдении в оптический микроскоп, СЗМ, РЭМ, ПЭМ? Разрешаемая длина и разрешающая способность. Разрешаемая длина – минимальное расстояние между двумя точками, на котором они еще различимы как отдельные точки. Разрешающая способность – величина, обратная разрешаемой длине.
Предел разрешающей способности светового микроскопа, при освещении белым светом, – приблизительно 200…300 нм
СЗМ пространственное разрешение (XY, латеральное) <1 нм
СЗМ пространственное разрешение (Z, вертикальное) <0.1 нм
Разрешение РЭМ - до 0,4 нанометра.
Разрешение современных ПЭМ может быть менее 1 ангстрем.
32. Назовите основные части оптического микроскопа. Формула Аббе.
механической; оптической; электрической. 1. Механическая часть микроскопа
Устройство микроскопа включается себя штатив, который является основным конструктивно-механическим блоком микроскопа. Штатив включает в себя следующие основные блоки: основание и тубусодержатель.
Основание представляет собой блок, на котором крепится весь микроскоп и является одной из основных частей микроскопа. В простых микроскопах на основание устанавливают осветительные зеркала или накладные осветители. В более сложных моделях осветительная система встроена в основание без или с блоком питания.
Разновидности оснований микроскопа:
основание с осветительным зеркалом; так называемое «критическое» или упрощенное освещение; освещение по Келеру. Тубусодержатель представляет собой блок, часть конструкции микроскопа, на котором закрепляются:
узел смены объективов, имеющий следующие варианты исполнения — револьверное устройство, резьбовое устройство для ввинчивания объектива, «салазки» для безрезьбового крепления объективов с помощью специальных направляющих; фокусировочный механизм грубой и точной настройки микроскопа на резкость — механизм фокусировочного перемещения объективов или столиков; узел крепления сменных предметных столиков; узел крепления фокусировочного и центрировочного перемещения конденсора; узел крепления сменных насадок (визуальных, фотографических, телевизионных, различных передающих устройств). В микроскопах могут использоваться стойки для крепления узлов (например, фокусировочный механизм в стереомикроскопах или крепление осветителя в некоторых моделях инвертированных микроскопов).
Чисто механическим узлом микроскопа является предметный столик, предназначенный для крепления или фиксации в определенном положении объекта наблюдения. Столики бывают неподвижные, координатные и вращающиеся (центрируемые и нецентрируемые).
2. Оптика микроскопа (оптическая часть)
Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа — создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цвету. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа. Основными оптическими элементами микроскопа являются оптические элементы, образующие осветительную (в том числе, конденсор), наблюдательную (окуляры) и воспроизводящую (в том числе объективы) системы микроскопа.
Объективы микроскопа — представляют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением элементов, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования. Объективы являются одними из основных частей микроска.Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз. Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, даваемое объективом, тем сложнее его оптическая схема. Общее число линз в сложном объективе может доходить до 14 (например, это может относиться к планапохроматическому объективу с увеличением 100х и числовой апертурой 1,40).
Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза (или система линз) обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества, определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет высоту объектива и длину тубуса микроскопа.
Осветительная система является важной частью конструкции микроскопа и представляет собой систему линз, диафрагм и зеркал (последние применяются при необходимости), обеспечивающую равномерное освещение объекта и полное заполнение апертуры объектива. Осветительная система микроскопа проходящего света состоит из двух частей — коллектора и конденсора.
Коллектор. При встроенной осветительной системе проходящего света коллекторная часть расположена вблизи источника света в основании микроскопа и предназначена для увеличения размера светящегося тела. Для обеспечения настройки коллектор может быть выполнен подвижным и перемещаться вдоль оптической оси. Вблизи коллектора располагается полевая диафрагма микроскопа.
Конденсор. Оптическая система конденсора предназначена для увеличения количества света, поступающего в микроскоп. Конденсор располагается между объектом (предметным столиком) и осветителем (источником света). Чаще всего в учебных и простых микроскопах конденсор может быть выполнен несъемным и неподвижным. В остальных случаях конденсор является съемной частью и при настройке освещения имеет фокусировочное перемещение вдоль оптической оси и центрировочное перемещение, перпендикулярное оптической оси. При конденсоре всегда находится осветительная апертурная ирисовая диафрагма.
Конденсор является одним из основных элементов, обеспечивающих работу микроскопа по различным методам освещения и контрастирования:
косое освещение (диафрагмирование от края к центру и смещение осветительной апертурной диафрагмы относительно оптической оси микроскопа); темное поле (максимальное диафрагмирование от центра к краю осветительной апертуры); фазовый контраст (кольцевое освещение объекта, при этом изображение светового кольца вписывается в фазовое кольцо объектива). 3. Электрическая часть микроскопа
В современных микроскопах, вместо зеркал, используются различные источники освещения, питаемые от электрической сети. Это могут быть как обычные лампы накаливания, так и галогенные, и ксеноновые, и ртутные лампы. Также все большую популярность набирают светодиодные осветители. Они обладают значительными преимуществами перед обычными лампами, как например долговечность, меньшее энергопотребление и др. Для питания источника освещения используются различные блоки питания, блоки розжига и другие устройства, преобразующие ток из электрической сети в подходящий для питания того или иного источника освещения. Также это могут быть и аккумуляторные батареи, что позволяет использовать микроскопы в полевых условиях при отсутствии точки подключения. Формула Аббе позволяет оценить разрешаемое расстояние микроскопа:
Λ – длина волны света, А – числовая апертура объектива.
A = n*sin𝛼
Разрешающая способность – величина, обратная разрешаемому расстоянию d.
33. Чем отличаются ход лучей при наблюдении в светлом и темном поле в оптическом микроскопе? Структуру любого объекта (препарата) можно различить, если разные его частицы по-разному поглощают и отражают свет либо отличаются одна от другой (или от среды) показателями преломления. Эти различия обусловливают разницу амплитуд или фаз световых волн, прошедших через разные участки препарата, от чего, в свою очередь, зависит контрастность изображения. В зависимости от свойств изучаемого объекта и задач исследования существуют разл. методы наблюдения, дающие несколько отличающиеся изображения объекта.
Метод светлого поля в проходящем свете наиболее распространён. Он используется для исследования прозрачных объектов с включёнными в них абсорбирующими частицами и деталями. Пучок света, проходя через непоглощающие зоны препарата, даёт равномерно освещённое поле. Абсорбирующая частица на пути пучка света частично поглощает его, частично рассеивает, вследствие чего амплитуда прошедшего через частицу света будет меньше и частица выглядит на светлом фоне тёмным пятном. Контраст изображения микроструктуры объекта тем больше, чем большим поглощением в видимой области спектра обладает абсорбирующая частица. Биол. объекты, в большинстве своём не обладающие этим свойством, предварительно окрашиваются спец. красителями.
Метод светлого поля в отражённом свете применяют для наблюдения непрозрачных объектов, напр, шлифов металлов, сплавов, рудных минералов. Структура препарата видна вследствие различия отражательной способности его элементов. Препарат 1 (рис. 2) освещается через объектив 2 (выполняющий одновременно роль конденсора) с помощью опак-иллюминатора, в к-ром устанавливается полупрозрачная пластинка 3 или призма 4.
Метод тёмного поля в проходящем свете применяют в биологии, главным образом для наблюдения прозрачных неабсорбирующих объектов, невидимых при методе светлого поля, например бактерий. Пучок лучей (рис. 3), освещающих препарат 2, выходит из конденсора 1 специальной конструкции (конденсор тёмного поля) в виде полого конуса и непосредственно в объектив 3 не попадает. Изображение создаётся только светом, рассеянным элементами структуры препарата, к-рые отличаются от окружающей среды показателем преломления. В поле зрения микроскопа на тёмном фоне видны светлые изображения деталей. Этим методом по виду изображения нельзя определить, прозрачны частицы или непрозрачны, больший или меньший показатель преломления они имеют по сравнению с окружающей средой.
34. При каких условиях возникает рентгеновское излучение? Закон Мозли. Характеристический спектр.
Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 102 Å (от 10−12 до 10−8 м). В зависимости от природы возникновения рентгеновских лучей различают тормозное и характеристическое излучение.
— Тормозное рентгеновское излучение.
Под действием высокого напряжения раскаленный катод испускает электроны, которые ускоряются до большой энергии и попадают на анод. При прохождении через материал анода происходит торможение в результате взаимодействия электрических полей электронов и ядер атомов анода. При этом утраченная кинетическая энергия испускается в виде рентгеновских фотонов и дает непрерывный спектр непрерывный спектр рентгеновских лучей образуется благодаря излучению множества электронов, каждый из которых испускает один квант рентгеновского излучения строго определенной величины, отвечающей сохранившейся к моменту излучения кинетической энергии. Спектральная интенсивность тормозного излучения возрастает с ростом заряда ядра, поэтому для ее увеличения используются мишени из материалов с высоким атомным номером, например вольфрам, рений, платину, золото.
— Характеристическое излучение.
При облучении анода электронами наряду со сплошным рентгеновским спектром возникает излучение, которое специфично для материала анода. Характеристическое излучение испускают атомы мишени при столкновении с электронами (первичное излучение) или с рентгеновскими фотонами (вторичное, или флуоресцентное излучение).
Закон Мозли — закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения атома химического элемента с его порядковым номером. На диаграмме Мозли зависимость от Z представляет собой ряд прямых (К-, L-, М- и т. д. серии, соответствующие значениям n = 1, 2, 3,...).
Xарактеристический спектр служит однозначной характеристикой атома, индивидуальность х. с. сохраняется и при вступлении атома в хим. соединение. Поэтому по спектральному положению и интенсивности его линий (характеристических линий) осуществляют рентг. спектральный анализ. X. с. лежат в области 5.10-3-10нм.
Линии X. с. возникают при переходе электрона одной из внешних электронных оболочек на вакантную, более близкую к атомному ядру внутреннюю оболочку. Чаще всего X. с. получают в рентг. трубке, исследуемое вещество при этом служит анодом; вакансии на внутренних оболочках его атомов образуются при бомбардировке анода электронами, ускоренными электрич. полем; такой спектр наз. первичным. Вторичный (флуоресцентный) X. с. возбуждается при облучении исследуемого вещества оптич., рентг. или гамма-излучением.
|
, где Fп-нормальная нагрузка, 𝛼2 – площадь контакта.
(куб. мм), где 
где Z — атомный номер элемента анода, A и B — константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки.
