CC BY
1
7. Бойко Н.И. Повышение качества поверхности деталей машин ресурсосберегающими технологиями: учебник для вузов. Ростов н/Д: РГУПС, 1995. 254 с.
8. Бойко Н.И. Исследование технологических параметров процесса обкатывания роликами наплавленного металла / Н.И. Бойко, А.Е. Хачкинаян, Г.В. Санамян // Упрочняющие технологии и покрытия. М.: Машиностроение, 2006. № 10. С. 34-37.
9. Бойко Н.И. Ресурсосберегающие технологии повышения качества поверхностных слоёв деталей машин: учебное пособие для вузов на ж.д. транспорте. М.: Маршрут, 2006. 198 с.
10. Бойко Н.И., Хачкинаян А.Е., Бойко Т.А., Коробейников В.В. Исследование влияния упрочняющей обработки горячего наплавленного металла деталей на его трение и изнашивание: монография. Ростов н/Д: РГУПС, 2017. 178 с.
11. Бойко Н.И. Восстановительная наплавка износостойкими материалами с одновременной механической обработкой // Автоматическая сварка. 1984. № 1. С. 59 - 60.
12. Бойко Н.И. Обработка износостойких металлопокрытий: Монография. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1986.
178 с.
Хачкинаян Амбарцум Ервандович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
RESEARCH OF WEAR RESISTANCE OF REINFORCED FACTED METAL COATING A.E. Khachkinayan, K.S. Fisenko
The article considers the purpose of antimony, graphite, kolmonoy, tungsten carbide in the alloyed flux and in the AN-348A flux when surfacing parts. The composition of the alloyed flux, the technology of its preparation, and the modes of surfacing ofparts are described. The influence of the introduction of antimony, graphite, kolmonoy, tungsten carbide into the alloyed flux and into the AN-348A flux on the quality, physical and mechanical properties and wear resistance of the deposited metal is described. The effect of rolling force on hot deposited metal by rollers on its wear, friction coefficient and wear intensity is considered.
Key words: deposited metal, alloyed flux, AN-348A flux, antimony, graphite, kolmonoy, tungsten carbide, knurling force, plasticity, wear resistance, friction, friction coefficient, wear rate.
Khachkinayan Ambarzum Ervandovich, сandidate of technical sciences, docent, ambarzum21 @yandex. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Fisenko Konstantin Sergeevich, сandidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
УДК 620.179.14
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-248-249
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР С ПОМОЩЬЮ ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Ю.А. Захаренко, А.П. Морозова, Д.О. Чуваева, С.А. Войнаш, М.В. Тарабан, В.А. Соколова
Целью исследования является разработка сверхминиатюрного вихретокового преобразователя, предназначенного для исследования электропроводности тонких электропроводящих пленок. Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью оценки свойств тонких пленок, используемых в научных исследованиях и промышленности. Показана возможность изучения электропроводности тонких пленок металлов по значению амплитуды сигнала вихретокового преобразователя. Разработан сверхминиатюрный вихретоковый преобразователь трансформаторного типа, позволяющий эффективно локализовать электромагнитное поле и производить локальные измерения. Удельная электропроводность исследуемых образцов определялась с помощью тестовых данных, полученных при измерениях образцов с известной электропроводностью.
Ключевые слова: вихретоковый преобразователь, пленки, электрическая проводимости, медь.
Научно-техническое направление, связанное с получением и применением тонких металлических пленок, за последние десятилетия приобрело стремительный рост и во многих отраслях современного приборостроения занимает ключевые позиции [1]. В настоящее время, использование тонких пленок в микроэлектронике, СВЧ-технике, оптике и многих других отраслях науки и техники открывает перспективы создания и совершенствования не только новых приборов, а и целых новых технологических направлений. Тонкопленочные проводящие структуры на основе различных специальных проводящих пленок и покрытий применяются в электронной промышленности при производстве интегральных схем, используются в авиационной и космической технике, находят применение как отражающие покрытия в оптике и микроволновой технике.
Анализ работ [2-4] показал, что наиболее простым, и в тоже время эффективным и высокопроизводительным при непрерывном автоматическом неразрушающем контроле тонких пленок, является метод вихревых токов (МВТ). Он основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящей пленке (Рис.1). Однако в данных работах не удалось обеспечить приемлемую локальность контроля.
Генератор
Блок измерения
Рис. 1. Вихретоковый метод: 1 - силовые линии магнитного поля, 2 - возбуждающая обмотка, 3 - измерительная обмотка; 4 - объект исследования
Целью данной работы являлось применение вихретокового метода для измерения электропроводности тонких металлических пленок с помощью разработанной измерительной системы на основе сверхминиатюрного вихретокового преобразователя, позволяющего эффективно локализовать электромагнитное поле на малых участках, с последующей аппаратной и программной обработкой, позволяющей проводить математический анализ получаемого сигнала.
Материалы и методы. Как показал анализ работ [4-6], для контроля дефектов листов, фольги, тонких металлических пленок, можно эффективно применять трансформаторные накладные ВТП.
Возбуждающая и измерительная обмотки ВТП содержит 200 витков. Для намотки витков используется медная проволока, имеющая толщину 5 мкм. Компенсационная обмотка содержит 140^170 витков. Сердечники изготавливались из феррита 2000 НМ3 со значением начальной магнитной проницаемости 500.
Сердечник представляет собой усеченный конус высотой 4,3 мм с диаметром основания 1,5 мм (рис.2).
Рис. 2. Схема расположения обмоток ВТП: 1 - измерительная обмотка, 2
3 - компенсационная
генераторная,
Разработанная измерительная система, работает следующим образом: персональный компьютер управляет генератором прямоугольных импульсов напряжения с частотой следования й и амплитудой и. Частота следования и амплитуда импульсов задаются в программе в соответствии с измерительной задачей. Сигнал поступает на возбуждающие обмотки индуктивности ВТП. Синусоидальный ток, действующий в обмотках ВТП, создаёт электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на измерительные обмотки ВТП, наводя в них электродвижущую силу (ЭДС), несущую информацию о электропроводности объекта контроля, попадающего в зону действия ВТП. После фильтрации сигнал поступает на амплитудный детектор, и далее через аналого-цифровой преобразователь на персональный компьютер.
Результаты экспериментов. В качестве объектов для исследования работы разработанной системы были выбраны тонкие пленки металлов А1, Си и 2п, полученные методом конденсации из газовой фазы в вакууме на стеклянные подложки. Размеры подложек составляли 23 х 23 мм. Исследуемые пленки имели размеры 23 х 21 мм.
После тестирования работы системы с разной амплитудой возбуждающего сигнала и на разных частотах в качестве рабочей была выбрана амплитуда 1,1В а частота 3 МГц. Для исключения случайных ошибок измерения, обусловленных, в частности, шумами усилительной системы производилось усреднение полученных данных по стандартной методике.
На рис. 4 представлены исходные данные - измеряемые значения напряжения на измерительной обмотке ВТП, в отсутствии и в присутствии пленки А1. Область 1 (N=150-600) соответствует сигналу в отсутствие объекта контроля - раскомпенсация ВТП. Область 2 = 620 - 1190) соответствует сигналу в присутствии пленки А1. На рис. 5 представлена схема алгоритма, позволяющего вычислить электропроводность пленки по значению разницы между сигналом с пленкой и сигналом от подложки.
В области 1 усредненная амплитуда сигнала составила 14,53 мВ, в области 2 - 5,41 мВ. Разница между амплитудой в области 1 и амплитудой в области 2 (Д<и>) составляет 9,12 мВ.
Д<и> для пленки 2п составило 6,34 мВ а для пленки Си - 37,5 мВ.
По результатам аппроксимации данных, полученных при измерениях образцов с известной удельной электропроводностью, находим удельную электропроводность пленки Си.
iso 170 160 ISO
ffl 1« ?
Р 130 120
110 100
ISO 300 4S0 600 750 МО 1050 ИЮ 1360 1500 1660
N
Рис.4. Напряжение на измерительной обмотке ВТП (пленка Al): 1 - сигнал без объекта контроля, 2 - сигнал в присутствии исследуемой пленки
SÜ йЁ Ш
:145 141
ш m Щ
Ш
Ш Г17
Щ
да
|§$
О 200 .401) ЩЩ 800 1000
N
Рис. 5. Определение усредненной амплитуды сигнала, <1 /> - размах сигнала без объекта контроля, <1 _>> -
в присутствие пленки Al на стеклянной подложке
Заключение. В работе разработан вихретоковый преобразователь, позволяющий эффективно локализовать электромагнитное поле на малых участках электропроводящих объектов. На основе сверхминиатюрного вихре-токового преобразователя разработана измерительная система для определения электропроводности тонких неферромагнитных пленок. Измерительная система включает в себя: ПО, аппаратную часть, ВТП и позволяет производить аппаратную и программную обработку получаемого сигнала с целью повышения точности измерения электропроводности тонких пленок. В ходе выполнения работы удалось сопоставить величину выходного с измерительной обмотки сигнала ВТП с удельной электропроводностью тонкой пленки. Проведено исследование образцов тонких пленок с использованием разработанной измерительной системы. Получены значения электропроводности пленок Cu -1,11 МСм/м.
Список литературы
1. Мансуров Г.Н. Электрохимия тонких металлических пленок. Под ред. Петрий О.А. М.: МГОУ, 2011.
351 с.
2. Yurkov V., Ryzhii V. Effect of Coulomb scattering on graphene conductivity // JETP Lett. 2008. Vol. 88. No. 5. P. 370-373.
3. Novel highly elastic magnetic materials for dampers and seals: Part I. Preparation and characterization of the elastic materials / Abramchuk S. [et al.] // Polym. Adv. Technol. 2007. Vol. 18. No. 11. P. 883-890.
4. Неразрушающий контроль: справочник. в 7 т. Т. 2 / под ред. Клюева В. В. М.: Машиностроение, 2003.
688 с.
5.Клюев В.В., Федосенко Ю.К., Мужицкий В.Ф. Вихретоковый контроль: современное состояние и перспективы развития // В мире неразрушающего контроля. 2007. № 2. C. 4-9.
6.Li W., Ye Y., Zhang K. A Thickness Measurement System for Metal Films Based on Eddy-Current Method With Phase Detection // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2017. Vol. 64. No. 5. P. 3940-3949.
Захаренко Юлия Александровна, студент, [email protected], Россия, Барнаул, Алтайский государственный университет,
i !
1 * ■
■ Г ■Т ■ : . 1 /Í
ал .\J 1 '.»V'1 J " f-" . ц
IB
— i i u
« - ^ Í „„ X ж x
— X >?* Kx
X к
<Ai>=29mR "г Лх„х f *
J»«* >TI Ц I ....... ж
<A]>=10,S ыВТ
1 -Щ.Щ ..И, ЖцК -X *-
Морозова Анастасия Павловна, студент, morozovarffi@gmail. com, Россия, Барнаул, Алтайский государственный университет,
Чуваева Дарья Олеговна, студент, [email protected]. Россия, Барнаул, Алтайский государственный университет,
Войнаш Сергей Александрович, младший научный сотрудник, sergey [email protected], Россия, Казань, Казанский федеральный университет,
Тарабан Мария Всеволодовна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,
Соколова Виктория Александровна, канд. техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного
STUDY OF ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF THIN-FILM METAL STRUCTURES USING AN EDGE CURRENT CONVERTER
Yu.A. Zakharenko, A.P. Morozova, D.O. Chuvaeva, S.A. Voinash, M.V. Taraban, V.A. Sokolova
The goal of the research is to develop a subminiature eddy current transducer designed to study the electrical conductivity of thin electrically conductive films. The relevance of this study is due to the need to evaluate the properties of thin films used in scientific research and industry. The possibility of studying the electrical conductivity of thin metal films based on the signal amplitude of an eddy current transducer is shown. A subminiature transformer-type eddy current transducer has been developed, which makes it possible to effectively localize the electromagnetic field and make local measurements. The specific electrical conductivity of the studied samples was determined using test data obtained from measurements of samples with known electrical conductivity.
Key words: eddy current transducer, films, electrical conductivity, copper.
Zakharenko Yulia Aleksandrovna, student, [email protected], Russia, Barnaul, Altai State University,
Morozova Anastasia Pavlovna, student, morozovarffi@gmail. com, Russia, Barnaul, Altai State University,
Chuvaeva Daria Olegovna, student, Leisrffi@gmail. com, Russia, Barnaul, Altai State University,
Voinash Sergey Aleksandrovich, junior researcher, sergey [email protected], Russia, Kazan, Kazan Federal
University,
Taraban Maria Vsevolodovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,
Sokolova Viktoriia Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected]. Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny
