Поверхностная инженерия
Поверхностная инженерия — это раздел материаловедения , изучающий поверхность твердого вещества. Он имеет применение в химии , машиностроении и электротехнике (особенно в производстве полупроводников ).
Твердые тела состоят из объемного материала, покрытого поверхностью. Поверхность, ограничивающая объемный материал, называется поверхностной фазой . Он действует как интерфейс к окружающей среде. Объемный материал в твердом теле называется объемной фазой .
Поверхностная фаза твердого тела взаимодействует с окружающей средой. Это взаимодействие может со временем привести к разрушению поверхностной фазы. Ухудшение состояния поверхностной фазы с течением времени может быть вызвано износом , коррозией , усталостью и ползучестью .
Поверхностная инженерия включает в себя изменение свойств поверхностной фазы, чтобы уменьшить деградацию с течением времени. Это достигается за счет того, что поверхность становится устойчивой к окружающей среде, в которой она будет использоваться. Это экономичный материал для надежной конструкции. Спектр тем, отражающих разнообразную природу области инженерии поверхности, включает технологии нанесения покрытий, нанотехнологии и новые технологии, а также инженерию поверхности, определение характеристик и тестирование.
Приложения
[ редактировать ]Методы поверхностной инженерии используются в автомобильной, аэрокосмической, ракетной, энергетической, электронной, биомедицинской, текстильной, нефтяной, нефтехимической, химической, сталелитейной, цементной, станкостроительной и строительной отраслях, включая дорожное покрытие . Методы поверхностной инженерии могут использоваться для разработки широкого спектра функциональных свойств, включая физические, химические, электрические, электронные, магнитные, механические, износостойкие и коррозионностойкие свойства на требуемых поверхностях подложки. Почти все типы материалов, включая металлы, керамику, полимеры и композиты, можно наносить на похожие или разные материалы. Также возможно формировать покрытия из более новых материалов (например, металлизированного стекла бета-C 3 N 4 ), градуированных покрытий, многокомпонентных покрытий и т. д. Современные материалы и процессы осаждения, включая последние разработки в области сверхтвердых материалов, таких как BAM (AlMgB соединение) полностью рассмотрены в недавней книге [R. Chattopadhyay: Зеленая трибология, инженерия зеленых поверхностей и глобальное потепление, ASM International, США, 2014]
В 1995 году рынок поверхностной инженерии в Соединенном Королевстве оценивался в 10 миллиардов фунтов стерлингов. Покрытия, обеспечивающие защиту поверхности от износа и коррозии, составляли примерно половину рынка.
В последние годы в технологии поверхности произошел сдвиг парадигмы от старинной гальванизации к таким процессам, как осаждение из паровой фазы, диффузия, термическое напыление и сварка с использованием источников тепла, таких как лазер, плазма, солнечный луч, микроволновая печь, трение. импульсное горение. ион, электронно-импульсная дуга, искра, трение и индукция. [Ссылка: R.Chattopadhyay: Advanced Thermally Assisted Surface Engineering Processes, Springer, New York, USA, 2004]
По оценкам, потери из-за износа и коррозии в США составляют примерно 500 миллиардов долларов. В США около 9524 предприятий (включая автомобильную, авиационную, энергетическую и строительную отрасли), которые зависят от инженерных поверхностей при поддержке 23 466 отраслей.
Во всем мире около 65 академических учреждений занимаются исследованиями и образованием в области инженерии поверхности.
Методы очистки поверхностей
[ редактировать ]Очистка поверхностей, синонимично называемая сухой чисткой, представляет собой метод механической очистки, используемый для удаления поверхностных загрязнений, пыли, грязи, помета насекомых, наслоений или других отложений на поверхности. (Химическая чистка, как этот термин используется при консервации бумаги, не предполагает использования органических растворителей.) Очистка поверхности может использоваться как самостоятельный метод очистки, как один из этапов (обычно первый) более комплексной обработки или как прелюдия к дальнейшей обработке (например, погружению в воду), которая может привести к необратимому отложению грязи в волокнах бумаги.
Цель
[ редактировать ]Цель очистки поверхности — снизить вероятность повреждения бумажных изделий путем удаления посторонних материалов, которые могут быть абразивными, кислотными, гигроскопичными или разлагающими. Решение удалить поверхностную грязь также принято по эстетическим соображениям, когда она мешает видимости изображений или информации. Необходимо принять решение, сопоставив возможный уход за каждым объектом с возможными проблемами, связанными с очисткой поверхности.
Экологические преимущества
[ редактировать ]Применение технологии обработки поверхности компонентов приводит к увеличению срока службы (например, за счет коррозионной стойкости) и повышению эффективности (например, за счет снижения трения), что напрямую снижает выбросы, соответствующие этим компонентам. Применение инновационных технологий поверхностной инженерии в энергетическом секторе потенциально может сократить ежегодные выбросы в эквиваленте CO 2 до 1,8 Гт в 2050 году и 3,4 Гт в 2100 году. Это соответствует ежегодному сокращению на 7% и 8,5% в энергетическом секторе в 2050 году и 2100 соответственно. [ 1 ] Несмотря на эти преимущества, основным экологическим недостатком являются диссипативные потери, возникающие на протяжении всего жизненного цикла компонентов, и связанное с ними воздействие на окружающую среду. При термическом напылении поверхности большая часть этих диссипативных потерь происходит на стадии нанесения покрытия (до 39%), когда часть напыляемых порошков не прилипает к подложке. [ 2 ]
См. также
[ редактировать ]- Энергетически модифицированный цемент - класс цементов, механически обработанных для изменения реакционной способности.
- Обработка поверхности - ряд процессов, которые изменяют поверхность предмета для достижения определенных свойств.
- Наука о поверхности - Исследование физических и химических явлений, происходящих на границе двух фаз.
- Поверхностная метрология – измерение мелких деталей на поверхностях.
- Трибология - наука и инженерия взаимодействующих поверхностей в относительном движении.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Каддура, Мохамад; Мажо-Беттес, Гийом; Амор, Бен; Моро, Кристиан; Маргни, Мануэле (2022). «Исследование роли поверхностной инженерии в сокращении выбросов парниковых газов от энергетических технологий: взгляд на 2100 год» (PDF) . Устойчивые материалы и технологии . 32 : 425. doi : 10.1016/j.susmat.2022.e00425 . S2CID 247751439 .
- ^ Каддура, Мохамад; Мажо-Беттес, Гийом; Амор, Бен; Пуарье, Доминик; Маргни, Мануэле (2024). «Оценка и снижение диссипативных потерь при термическом напылении: параметризованный подход к анализу потока материала». Журнал чистого производства . 450 : 141978. Бибкод : 2024JCPro.45041978K . дои : 10.1016/j.jclepro.2024.141978 .
- Р. Чаттопадхьяй, «Усовершенствованные процессы обработки поверхности с термической поддержкой», Kluwer Academic Publishers, Массачусетс, США (ныне Спрингер, Нью-Йорк), 2004 г., ISBN 1-4020-7696-7 , E- ISBN 1-4020-7764-5 .
- Р. Чаттопадхьяй, «Анализ, лечение и предотвращение поверхностного износа», ASM-International, Materials Park, Огайо, США, 2001 г., ISBN 0-87170-702-0 .
- Санджай Кумар Тхакур и Р. Гопал Кришнан, «Достижения в области прикладной инженерии поверхностей», Research Publishing Services , Сингапур, 2011 г., ISBN 978-981-08-7922-8 .