Ви є тут

Вплив деформаційних процесів на структуру та енергетичний стан поверхневого шару металів

Автор: 
Лоскутов Степан Васильович
Тип роботи: 
Дис. докт. наук
Рік: 
2005
Артикул:
0505U000374
129 грн
Додати в кошик

Вміст

Раздел 2
Разработка экспериментальной техники
и методики исследований
Для систематического исследования процессов, протекающих в относительно тонких
приповерхностных слоях металлических материалов, необходимо было создать и
использовать адекватную экспериментальную технику. Стремление к корректности
заключений о взаимодействии двух подсистем в металле при деформации, очевидно,
требует комплексного методического подхода к изучаемым явлениям. В связи с этим
в данной работе применялся ряд методов. В большинстве случаев для обеспечения
надежных результатов необходимо было также обеспечить развитие этих методов с
целью существенного повышения точности и производительности измерений. Эти
соображения и определили необходимость разработки, осуществления и
совершенствования, как экспериментальной аппаратуры, так и методов
экспериментального исследования.
Содержание этого раздела опубликовано в работах [192-209].
2.1. Экспериментальная установка для измерений контактной разности потенциалов.
Развитие и усовершенствование метода измерений КРП
2.1.1. Основы метода и оборудование
Величина работы выхода электрона определялась на основе измерений значений
контактной разности потенциалов методом динамического конденсатора Кельвина
(ДК). В этом методе поверхность образца и эталонного электрода, который имеет
известное и стабильное значение работы выхода, образуют конденсатор, ёмкость
которого модулируется колебанием эталона.
На рис.2.1 приведена функциональная схема созданной нами экспериментальной
установки, предназначенной для измерений контактной разности потенциалов.
Одновременно с проведением этих измерений осуществленная установка в случае
необходимости позволяет испытывать образцы на усталость.
Рис. 2.1. Функциональная схема экспериментальной установки
(обозначения в тексте).
Установка включает в себя малогабаритный пьезоэлектрический вибростенд и
комплекс измерительной аппаратуры. Образец 2 закрепляется в зажиме 5
вибростенда между изоляционными прокладками 6. Исследуемая поверхность образует
конденсатор с образцовым электродом. Сканирующий образцовый электрод (зонд)
имеет цилиндрическую форму и выполнен из золота; диаметр электрода (1,40±0,05)
мм. С целью удаления адсорбированных атомов и повышения точности измерений
исследуемая поверхность образца может подвергаться облучению ультрафиолетовыми
лучами от источника EL1.
Схема возбуждения колебаний образца при усталостных испытаниях содержит
генератор G1 и усилитель А1. Измерительный комплекс А2 состоит из
электрометрического усилителя А2.1, резонансного усилителя А2.3, к выходу
которого подключен электронный осциллограф Р1, и схемы компенсации А2.2,
выходное напряжение которой измеряется вольтметром PV1, подключенным через
развязывающий усилитель А2.4. С помощью микрометрических винтов зонд 3 может
перемещаться вдоль трех координат. Зонд совершает колебания с амплитудой
(0,10±0,05) мм и частотой (500±0,5) Гц при минимальном расстоянии до
поверхности образца (3ё5 мкм). Колебания электрода-эталона 3 возбуждаются
преобразователем электромагнитной системы BF1, а значения частоты и амплитуды
колебаний эталона задаются генератором G2. Система микрометрических винтов
позволяла осуществлять сканирование вибрирующим электродом по поверхности
образца с шагом 0,1 мм, а также устанавливать межэлектродный зазор с точностью
до 1 мкм. Таким образом, метод позволял исследовать распределение контактной
разности потенциалов и, следовательно, работы выхода электрона по поверхности
образца. Как правило, при измерениях использовали сканирование вдоль 3 - 5
отрезков прямых линий, параллельных оси образца. Это позволяло установить
довольно полную картину распределения зарядовой плотности по поверхности.
Изменение емкости системы эталон - образец при колебаниях зонда и наличие
контактной разности потенциалов между ними вызывает появление в измерительной
цепи переменного сигнала, который усиливается двухкаскадным усилителем А2.1 -
А2.3 и наблюдается на экране осциллографа Р1. Если при помощи схемы компенсации
на измерительный зонд и образец подать напряжение, равное по величине
контактной разности потенциалов, то сигнал исчезнет. Напряжение компенсации,
при котором исчезает сигнал на экране осциллографа, регистрируется при помощи
вольтметра PV1.
Точность и надёжность получаемых результатов определяются методикой измерений,
но в значительной степени также уровнем шумов в сигнале от динамического
конденсатора. В свою очередь, этот сигнал зависит от конструкции узла ДК,
применяемого регистрирующего оборудования и от внешних электромагнитных полей
[71-80]. При постоянном уровне шума Vn и стремлении к нулю компенсируемого
сигнала появляется зона нечувствительности, в которой регистрируемый усиленный
сигнал Vc от динамического конденсатора не компенсируется внешним напряжением
Vk, что является источником погрешности. Таким образом, недостатком
традиционного метода измерения КРП является погрешность, вызванная уменьшением
отношения сигнал - шум вблизи точки компенсации. При этом, как показывает опыт,
удаётся обеспечить измерения КРП в самом благоприятном случае с погрешностью не
менее 2 мВ. Необходимо было уменьшить значение погрешности измерений КРП.
В установке была применена конфигурация динамического конденсатора с низкоомным
вибрирующим электродом-эталоном 3 и образцом 2, к которому подключен вход
электрометра A3.1. Такая схема имеет более высокую помехоустойчивость по
сравнению со схемой, в которой вход электрометра соединен с вибрирующим
электродом. Цепь, состоящая из соединённых последовательно динамического
конденсатора и