Спосіб аналізу складу металевих сплавів

Корисна модель відноситься до способів для дослідження складу металевих сплавів. Відомий спосіб, оснований на ефекті виникнення електрорушійної сили між тілами, що труться [1]. Його недоліком є мала інформативність результатів вимірювань за умов наявності у сплавах суттєвих неоднорідностей розподілу компонентів. Задачею корисної моделі є створення способу для аналізу складу сплавів, що мають неоднорідний состав, наприклад тонкі нитєподібні структури, і структури з іншою топологією, що є ознакою композиційних матеріалів. Задача вирішується наступним чином. Досліджуваний зразок підвергається тертю, наприклад абразивним кругом. В зоні тертя в поверхневому шарі досліджуваного зразка виникають вихрові токи, що приводять до його нагрівання і одночасно створюють магнітне поле. При цьому окремі різні за складом однорідні утворення створюють електромагнітні поля, що відрізняються частотою і інтенсивністю. Зразок поміщується в розріз магнітопроводу, який має електричну обмотку. В обмотці за явища електромагнітної індукції наводиться електрорушійна сила. Кінці обмотки з'єднуються з осцилографом, або з аналізатором спектрів електричних сигналів. Оскільки зона тертя може бути створена досить великою, результат аналізу спектру напруги на обмотці узагальнює вплив всіх неоднорідностей в зоні тертя. Таким чином він однозначно відповідає структурі досліджуваного зразка, і є адекватним їй. Суть фізичного ефекту виникнення вихрових токів при терті пояснюється схемами їх виникнення, зображеними на Фіг.1 і Фіг.2. На Фіг.3 наведено схему запропонованого аналізатора. На Фіг.1 наведено схему виникнення вихрових токів при терті діелектрика і провідника. Діелектричний елемент 1 має круглу форму, обертається (проти часової стрілки), і треться о провідниковий елемент 2. В результаті поверхневий шар вільних електронів в провіднику набуває швидкості. В наслідок в'язкості електронного газу швидкість загасає з поглибленням в матеріал діелектрика. На Фіг.1 це відображено епюрою скоростей 3. Наявність таким чином градієнта швидкості по нормалі до поверхні провідника приводить до замикання електричного струму, тобто утворюється вихор 4. Цей вихор створює магнітне поле в напрямі, перпендикулярному до площини схеми. Наявність неоднорідностей провідника і нестаціонарність процесу тертя приводять до нестаціонарності утворення електричних вихрів, і, таким чином, до виникнення змінного магнітного поля, що має випадковий характер. Струм, що виникає при терті, має причинне походження, відмінне від токів проводимості, переносу, або зміщення. Тому його можна назвати током тертя, а ефект його виникнення фрікціонноелектричним ефектом. Доказом його існування є відомий ефект нагрівання тіл при терті. На Фіг.2 наведено схему розвитку фрікціонноелектричного ефекту при терті двох провідників. Провідники 5 і 6 рухаються в стані тертя один відносно другого. В поверхневих шарах провідників утворюються токи, величини яких пропорційні їх проводимостям, а сума токів пропорційна відносній швидкості. Подібно до Фіг.1 маємо епюри загасання токів 7 і 8, і вихрові токи 9 і 10. На Фіг.3 наведено схему запропонованого спектрального аналізатора. Він має замкнений магнітопровід 11, в розрізі якого помішується досліджуваний на склад провідниковий елемент 12. Його поверхня треться абразивним кругом 13. Утворюване при цьому внаслідок фрікціонно-електричного ефекту змінне магнітне поле замикається магнітопроводом 11. Принципово, що напрямок тертя є ортогональним до осі магнітопроводу. На магнітопроводі розміщується електрична катушка 14, кінці якої з'єднуються з аналізатором спектрів електричних сигналів 15. Спосіб реалізується наступним чином. При терті досліджуваного зразка 12 в ньому внаслідок фрікціонно електричного ефекту виникають вихрові токи. Вони створюють змінне магнітне поле, яке замикається магнітопроводом 11. В котушці 14 виникає електрорушійна сила за законом електромагнітной індукції. Напруга з катушки, як інформаційний сигнал, містить інформацію про процес тертя. Аналізатор спектрів електричних сигналів 15 відображає цю інформацію у вигляді залежності амплітуди електричних коливань від частоти. За наявності неоднорідностей в досліджуваному матеріалі спектр має декілька максимумів, величина яких пропорційна залежить від складу неоднорідних утворень, їх кількості і розподілу в об'ємі досліджуваного матеріалу. Запропонований спосіб має широке практичне застосування. На його основі можуть бути побудовані адаптивні самонастроювані пристрої для підвищення продуктивності абразивної обробки і обробки різанням в промисловості. Також при вивченні спектрів електромагнітного випромінювання при терті можуть бути створені пристрої, що здійснюють електромагнітний і електричний вплив на процеси тертя з метою зменшення електромагнітної складової сили тертя, і зменшення нагріву при терті. Список використаної літератури: 1. Рыжкин Анатолий Андреевич. Термодинамические основы повышения износостойкости инструментальных режущих материалов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальностям 05.02.04 - Трение и износ в машинах, 05.03.01 - Процессы и машины обработки материалов резанием; автоматические линии. Киев - 1984г. Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации имени 60-летия СССР.