Механические свойства тонкого покрытия гидроксиапатита

Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт: Физико-технический
Направление подготовки: Техническая физика
Кафедра: Экспериментальной физики
БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА
Тема работы
Механические свойства тонкого покрытия гидроксиапатита, сформированного на магниевом сплаве AZ91 методов ВЧ- магнетронного распыления при импульсном смещении
УДК 669.721.5:621.793:60:617-74
Студент
Группа
ФИО
Подпись
Дата
0Д31
Цапков Александр Вячеславович
Руководитель
Должность
ФИО
Ученая степень,
звание
Подпись
Дата
Начальник Центра
Технологий, доцент каф.
ЭФ ФТИ
Сурменев Р.А. к.ф.-м.н


КОНСУЛЬТАНТЫ:
По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»
Должность
ФИО
Ученая степень,
звание
Подпись
Дата
Доцент каф. МЕН ИСГТ
Верховская М.В. к.э.н.
По разделу «Социальная ответственность»
Должность
ФИО
Ученая степень,
звание
Подпись
Дата
Ассистент кафедры ПФ
Гоголева Т.С. к.ф.-м.н.


ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ:
Зав. кафедрой
ФИО
Ученая степень,
звание
Подпись
Дата
ЭФ ФТИ
Кривобоков В.П. д.ф.-м.н., профессор
Томск – 2017 г.

Результаты обучения бакалавров
направления 16.03.01 «Техническая физика»
(профиль «Пучковые и плазменные технологии»)

Код
резуль
тата
Результат обучения
(выпускник должен быть готов)
Требования ФГОС,
критериев и/или
заинтересованных сторон
Профессиональные компетенции
Р1
Использовать фундаментальные законы природы и естественнонаучных дисциплин, физико-математический аппарат, методы математического анализа, моделирования, оптимизации и статистики для решения задач в различных отраслях технической физики.
Требования ФГОС (ПК-2,
3). Критерий 5 АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р2
Участвовать в теоретических и экспериментальных исследованиях в различных отраслях технической физики, связанных с современными высокотехнологическими способами обработки материалов, основанными на использовании радиационных и плазменных потоков; самостоятельно осваивать современную физическую аналитическую и технологическую аппаратуру, применять современные методы исследования свойств материалов и различных структур, проводить стандартные и сертификационные испытания технологических процессов, оборудования и изделий, изучать научно- техническую информацию, разрабатывать адекватные физические и математические модели изучаемых объектов.
Требования ФГОС (ПК-4,
10, 11, 12, 13). Критерий 5
АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р3
Владеть основными методами работы с информацией, самостоятельно работать на компьютере в средах современных операционных систем и наиболее распространенных прикладных программ и программ компьютерной графики, применять современные образовательные и информационные технологии.
Требования ФГОС (ПК-5,
6, 7). Критерий 5 АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р4
Знать иностранный язык на уровне, позволяющем работать с научно-технической литературой и участвовать в международном сотрудничестве в области технической физики.
Требования ФГОС (ПК-8).
Критерий
5
АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р5
Участвовать в производственно-технологической деятельности, определять основные параметры технологических процессов, анализировать свойства физико-технических объектов, изделий и материалов, применять современные информационные технологии, пакеты прикладных программ для расчета технологических параметров, обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов и изделий.
Требования ФГОС (ПК-14,
15, 17). Критерий 5 АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р6
Использовать нормативные документы по качеству, стандартизации и сертификации изделий, элементы экономического анализа производственно-технологических циклов, знать и выполнять правила техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности и нормы охраны труда.
Требования ФГОС (ПК-16,
18). Критерий 5 АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р7
Участвовать в проектно-конструкторской деятельности, разрабатывать функциональные и структурные схемы элементов и узлов экспериментальных и промышленных электрофизических установок, реализующих современные пучковые и плазменные технологии, проектировать
Требования ФГОС (ПК-19,
20). Критерий 5 АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI

Код
резуль
тата
Результат обучения
(выпускник должен быть готов)
Требования ФГОС,
критериев и/или
заинтересованных сторон технологические процессы и оборудование с использованием современных информационных технологий.
Р8
Участвовать в организационно-управленческой деятельности, уметь работать в команде и организовывать работу исполнителей, находить и принимать управленческие решения.
Требования ФГОС (ОК-3,
ПК-21, 22, 23). Критерий 5
АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р9
Внедрять и коммерциализировать результаты исследований и проектно-конструкторских разработок, уметь оценивать инновационный потенциал новой продукции в обрасти современных технологий, основанных на использовании радиационных и плазменных потоков.
Требования ФГОС (ПК-21,
22, 23, 24). Критерий 5 АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Универсальные компетенции
Р10
Осознавать социальную значимость своей профессии, развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, в течение всей жизни самостоятельно обучаться новым методам исследований, пополнять свои знания в области современной технической физики и смежных наук, расширять и углублять свое научное мировоззрение, повышать свою квалификацию и мастерство, поддерживать здоровый образ жизни
Требования ФГОС (ОК-1,
2, 6, ПК-1). Критерий 5 АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р11
Свободно и грамотно пользоваться русским и иностранными языками как средством делового и профессионального общения, владеть навыками публичной дискуссии, создавать и редактировать тексты профессионального назначения.
Требования ФГОС (ОК-2).
Критерий
5
АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI
Р12
Уметь критически переосмысливать свой накопленный социальный и профессиональный опыт, изменять при необходимости профиль своей профессиональной деятельности, следовать этическим и правовым нормам и нести ответственность за последствия своей профессиональной деятельности
Требования ФГОС (ОК-5,
7, ПК-3). Критерий 5 АИОР, согласованный с требованиями международных стандартов
EUR-ACE и FEANI

Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт: Физико-технический
Направление подготовки: Техническая физика
Кафедра: Экспериментальной физики
УТВЕРЖДАЮ:
Зав. кафедрой ВЭПТ
_________ _______ Кривобоков В.П.
(Подпись) (Дата) (Ф.И.О.)
ЗАДАНИЕ
на выполнение выпускной квалификационной работы
В форме:
Бакалаврской диссертации
Студенту:
Группа
ФИО
0Д31
Цапкову Александру Вячеславовичу
Тема работы:
Механические свойства тонкого покрытия гидроксиапатита, сформированного на
магниевом сплаве AZ91 методов ВЧ- магнетронного распыления при импульсном
смещении

Утверждена приказом директора (дата, номер)
Срок сдачи студентом выполненной работы:
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:
Исходные данные к
работе
Модифицированная установка ВЧ-магнетронного напыления с магнетронным источником, нанотвердометр, дифрактометр, сканирующий электронный микроскоп.

Перечень подлежащих
исследованию,
проектированию и
разработке вопросов
1. Обзор литературных источников
2. Постановка задачи исследования
3. Проведение экспериментов
4. Обсуждение экспериментальных результатов
5. Заключение
Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы
Раздел
Консультант
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение доцент кафедры менеджмента ИСГТ, к.э.н. Верховская М.В.
Социальная ответственность ассистент кафедры ПФ ФТИ, к.ф.-м.н. Гоголева Т.С.
Дата выдачи задания на выполнение выпускной
квалификационной работы по линейному графику
Задание выдал руководитель:
Должность
ФИО
Ученая степень,
звание
Подпись
Дата
Начальник Центра
Технологий, доцент каф. ЭФ ФТИ
Сурменев Р.А.
к.ф.-м.н

Задание принял к исполнению студент:
Группа
ФИО
Подпись
Дата
0Д31
Цапков Александр Вячеславович

ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА
«ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ»
Студенту:
Группа
ФИО
0Д31
Цапкову Александру Вячеславовичу
Институт
ФТИ
Кафедра
ЭФ
Уровень
образования бакалавр
Направление/специальность
16.03.01 Техническая физика/пучковые и плазменные технологии
Исходные данные к разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение»:
1.

Стоимость ресурсов научного исследования (НИ):
−
стоимость расходных материалов;
−
норматив заработной платы;

−
стоимость расхода электроэнергии.

2.

Нормы и нормативы расходования ресурсов
−
коэффициенты для расчета заработной
платы;

−
тариф на электроэнергию.

3.

Используемая система налогообложения, ставки
налогов, отчислений, дисконтирования и кредитования
−
отчисления во внебюджетные фонды;

−
расчёт дополнительной заработной платы

Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке:
1. Планирование и формирование бюджета научных
исследований
Планирование процесса управления НТИ:
структура и график проведения, бюджет, риски.
Определение трудоемкости выполнения работ.
Разработка графика проведения научного
исследования. Расчет материальных затрат
НТИ.
Основная заработная плата исполнителей
темы. Отчисления на социальные нужды.
Формирование бюджета затрат научно –
исследовательского проекта.
2. Оценка коммерческого потенциала, перспективности и
альтернатив
проведения
НИ
с
позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения.
Анализ конкурентных технических решений.
Потенциальные
потребители
результатов
исследования.
Выполнение
SWOT-анализа
проекта.

3. Определение ресурсной, финансовой, экономической
эффективностей.
Проведение
оценки
экономической
эффективности исследования.
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):
1. Календарный график проведения исследования в виде диаграммы Ганта
2. Матрица SWOT
3. Оценочная карта для сравнения конкурентных технических решений (разработок)
4. Календарный план-график и бюджет НТИ.
5. Оценка ресурсной, финансовой и экономической эффективности НТИ
Дата выдачи задания для раздела по линейному графику


Задание выдал консультант:

Должность
ФИО
Ученая
степень,
звание
Подпись
Дата
Доцент каф. МЕН
ИСГТ
Верховская Марина
Витальевна к.э.н.
Задание принял к исполнению студент:
Группа
ФИО
Подпись
Дата
0Д31
Цапков Александр Вячеславович

ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА
«СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ»
Студенту:
Группа
ФИО
0Д31
Цапкову Александру Вячеславовичу
Институт
ФТИ
Кафедра
ЭФ
Уровень
образования бакалавр
Направление/специальность
16.03.01 Техническая физика/пучковые и плазменные технологии

Исходные данные к разделу «Социальная ответственность»:

1.

Описание рабочего места (рабочей зоны) на предмет
возникновения:

ВЧ- электромагнитные поля

Освещение

Шум

Сильные морозы

Диверсии
2.

Знакомство и отбор законодательных и нормативных
документов по теме

электробезопасность;

пожаровзрывобезопасность;

требования охраны труда при работе на
ПЭВМ.
Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке:

1.

Анализ выявленных вредных факторов проектируемой
производственной среды в следующей
последовательности:


действие фактора на организм человека;

приведение допустимых норм с необходимой размерностью (со ссылкой на соответствующий нормативно- технический документ);

предлагаемые средства защиты
(коллективные и индивидуальные).
2.

Анализ выявленных опасных факторов проектируемой
произведённой среды в следующей последовательности:

электробезопасность (в т.ч. статическое электричество, средства защиты);

пожаровзрывобезопасность (причины, профилактические мероприятия, первичные средства пожаротушения).
Дата выдачи задания для раздела по линейному графику
Задание выдал консультант:
Должность
ФИО
Ученая
степень,
звание
Подпись
Дата
Ассистент кафедры ПФ
ФТИ ТПУ
Гоголева Татьяна
Сергеевна к.ф.-м.н.
Задание принял к исполнению студент:
Группа
ФИО
Подпись
Дата
0Д31
Цапков Александр Вячеславович

Оглавление
Реферат ....................................................................................................................... 11
Введение ..................................................................................................................... 12 1. Литературный обзор ........................................................................................... 15 1.1 Понятие биоматериалы. Требования, выдвигаемые к биоматериалам. .. 15 1.2 Кальций-фосфатные материалы в медицине ............................................. 17 1.3 Магниевые сплавы ........................................................................................ 18 1.4 Методы формирования покрытий ГА ........................................................ 18 2. Материалы и методы исследования КФ покрытий ......................................... 23 2.1 Метод ВЧ-магнетронного распыления....................................................... 23 2.2 Методы исследования покрытий ................................................................ 24 2.2.1 Рентгенофазовый анализ .......................................................................... 24 2.2.2 Наноиндентирование ................................................................................ 26 3. Результаты экспериментальных исследований покрытий ГА ....................... 28 3.1 Исследование структуры и фазового состава покрытий .......................... 28 3.2 Характеристика физико-механических свойств покрытий ...................... 31 3.3 Влияние структуры на механические свойства покрытий ....................... 34
Заключение ............................................................................................................. 40 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 41 4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ................................................................................................ 41 4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ...................... 41 4.1.2 Анализ конкурентных технических решений ........................................ 42 4.1.3 SWOT – анализ .......................................................................................... 44 4.2 Планирование научно-исследовательских работ ...................................... 49 4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования ............................... 49 4.2.2 Определение трудоёмкости выполнения работ ..................................... 50 4.2.3 Разработка графика проведения научного исследования ..................... 51 4.2.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) .............................. 55 4.2.5 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за вычетом отходов) ................................................................................................................... 55

4.2.6 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ
56 4.2.7 Основная заработная плата ...................................................................... 57 4.2.8 Дополнительная заработная плата научно-производственного персонала ................................................................................................................ 59 4.2.9 Отчисления на социальные нужды .......................................................... 59 4.2.10 Накладные расходы ................................................................................... 60 5. Социальная ответственность ............................................................................. 61 5.1 Требования безопасности перед началом работы ..................................... 62 5.2 Микроклимат в рабочей зоне ...................................................................... 62 5.3 Расчет искусственной освещенности помещения ..................................... 64 5.4 Проявление вредных факторов в лаборатории.......................................... 67 5.5 Проявление опасных факторов в лаборатории.......................................... 71
Список публикаций ................................................................................................... 80
Список использованной литературы ....................................................................... 81

Реферат
Выпускная квалификационная работа 85 с., 12 рис., 25 табл., 39 источников.
Ключевые слова: ВЧ-магнетронное напыление, гидроксиапатит, нанотвердость, модуль Юнга.
Объектом исследования являются характеристики разряда высокочастотной (ВЧ) магнетронной установки, и анализ их влияния на структуру биосовместимых кальций фосфатных покрытий.
Цель работы – исследование физико-механических свойств покрытия на основе гидроксиапатита (ГА), сформированного методом ВЧ-магнетронного распыления на поверхности резорбируемого магниевого сплава AZ91.
В работе проводились экспериментальные исследования механических, структурных и морфологических свойств при различных режимах работы ВЧ- автоматизированной вакуумной ионно-плазменной установки модифицирования поверхности материалов медицинского назначения.
В результате исследования получены следующие основные научно- практические результаты:
– отработаны способы напыления кальций-фосфатных пленок методом
ВЧ- магнетронного распыления;
– установлено влияние электрического смещения на подложке на механические свойства и структуру покрытия ГА;
Экономическая эффективность/значимость работы. Предложенный научно-исследовательский проект имеет не только научную новизну, но и заявляет о своей экологичности, энергоэффективности и экономической эффективности.

Введение
Актуальность темы. Проблема травматизма и заболеваний опорно- двигательной системы представляет собой одну из приоритетных областей в здравоохранении вследствие высокого уровня инвалидности и смертности.
Ежегодно в Российской Федерации получают травмы свыше 13 миллионов человек, среди которых 30% - потеря трудоспособности. В Российской
Федерации последствия травм граждан трудоспособного возраста выходят на первое место, имея при этом в последние годы тенденцию к устойчивому росту.
Проблема опорно-двигательного аппарата имеет огромные масштабы: среди детей ежегодно регистрируется 219 случаев с врожденными заболеваниями костно-мышечной системы (КМС) на 10000 новорожденных [1
,
]. Одним из наиболее востребованных способов лечения переломов и посттравматических осложнений является процесс остеосинтеза-соединения костей с помощью накостных и внутрикостных имплантатов, выполненных из металлов, призванных замещать в живом организме утраченные естественные ткани.
В настоящее время металлические имплантаты являются самыми распространенными в области имплантологии. Однако, высокие механические свойства большинства металлов способны вызывать эффект экранирования напряжения (stress shielding), приводящий к гипертрофии костной ткани, что нередко предшествуется болями в поврежденный области.
Благодаря близким к человеской кости механическим свойствам, магний позволяет устранять последствия экранирования напряжения, что способствует улучшенной биосовместимости имплантата с костной тканью [2]. Основным ограничением, препятствующим к его клиническому применению, является быстрая скорость растворения в хлоридсодержащей среде человека.
Одним из путей снижения скорости коррозии магния является формирование на его поверхности антикоррозионных защитных покрытий [3].
Наиболее перспективными является керамические покрытия на основе гидроксиапатита (ГА), вещества, наиболее приближенного по химическому и фазовому составу к минеральной компоненте костной ткани. Данное покрытия

обеспечивает биосовместимость и способность к остеоиндукции и остеокондукции имплантата с костной тканью.В дополнение, анализ литературы показал, что во многих случаях защитные покрытия на основе ГА, осажденные методом высокочастотного (ВЧ) – магнетронного распыления, увеличивали коррозионную стойкость биоматериалов [4].
Применение имплантата с биосовместимым покрытием дает возможность объединить высокие механические свойства материала и биологические особенности покрытия, которые придают поверхности имплантата свойства, максимально приближенные к свойствам костной ткани, что улучшает способность имплантата взаимодействовать с организмом [5].
Биоматериалы, претендующие на роль имплантатов, должны удовлетворять требованиям, диктуемым составом и свойствами костной ткани.
Материал имплантата должен также обладать определенными механическими свойствами, из них приоритетными являются твердость и модуль упругости
(Юнга).
В связи с этим,

Каталог: bitstream -> 11683
11683 -> Особенности формирования кадрового обеспечения профессиональных
11683 -> Исследование интенсификации медикаментозного растворения конкрементов желчного пузыря с помощью ультразвукового генератора
11683 -> Маркетинг, в том или ином формате существовал всегда в любое время
11683 -> Дипломная работа тема работы Разработка маркетинговой стратегии для торгового предприятия удк
11683 -> Реферат Выпускная квалификационная работа 78 с., 8 рис., 26 табл., 43 источника
11683 -> Гуманитарный аспект инженерной деятельности
11683 -> Практика реализации технологий тайм-менеджмента на предприятии