Анализ методов контроля адгезионной прочности покрытий Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

носителя и двигателя для нее. По сообщениям российских средств массовой информации, самарское ЦСКБ «Прогресс» подготовило пакет документов, касающихся перспективной ракеты-носителя сверхтяжелого класса. Эта ракета в будущем может использоваться для доставки различных космических аппаратов на Луну. Для достижения высоких характеристик новая сверхтяжелая ракета должна оснащаться жидкостными двигателями, использующими топливную пару сжиженный природный газ (СПГ) + жидкий кислород.

Создание двигателя на компонентах ЖК + СПГ требует продолжения научно-исследовательских, теоретических и экспериментальных работ, направленных на оптимизацию технических решений по обеспечению запуска, управления и регулирования, моделирование режимов работы двигателя и обеспечение его работоспособности.

Библиографические ссылки

1. Дорофеев А. А. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчет и проектирование : учебник для авиа- и ракетостроительных специальностей вузов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. 463 с.

2. Клепиков И. А., Буканов В. Т., Мирошкин В. В. и др. ЖРД на метановом горючем. История, состояние и перспектива : сб. трудов НПО Энергомаш. 2000. № 18. 204 с.

3. Завьялов В. С. Метан в космической установке. 2012 [Электронный ресурс]. URL: http://zavjalov.okis.ru/ metan.html. (дата обращения: 23.09.2015).

4. Смирнов И. А., Яковлев А. Г., Бережной В. Н. Ресурсное испытание ЖРД на топливной паре жидкий кислород + СПГ. 2010 [Электронный ресурс]. URL: http://zavjalov.okis.ru/ metan.html. (дата обращения: 23.09.2015).

5. Рябов К. А. ЦСКБ «Прогресс» предлагает создать ракетный двигатель, работающий на СПГ // Военное обозрение : интернет-журнал. 2014 [Электронный ресурс]. URL: www.geoinform.ru/?an=mrr0506. (дата обращения: 23.09.2015).

References

1. Dorofeev A. A. Osnovy teorii teplovykh raketnykh dvigateley. Teoriya, raschet i proektirovanie: uchebnik dlya avia- i raketostroitel'nykh spetsial'nostey vuzov [Fundamentals of the theory of thermal rocket engines. Theory, calculation and design]. M.: Izd-vo MGTU im. N.E.Baumana, 2010, 463 pp.

2. Klepikov I. A., Bukanov V. T., Miroshkin V. V. ZhRD na metanovom goryuchem. Istoriya, sostoyanie i perspektiva [Methane fuel liquid rocket engines. History, state and prospects] Trudy NPO Energomash. М., Izd-vo 2000, vol. 18, pp. 192-204. (In Russ.)

3. Zav'yalov V. S. Metan v kosmicheskoy ustanovke [Methane in the space installation]. Available at: http://zavjalov.okis.ru/metan.html. (accessed 23.09.2015). (In Russ.)

4. Smirnov I. A., Yakovlev A. G., Berezhnoy V. N. Resursnoe ispytanie ZhRD na toplivnoy pare zhidkiy kislorod + SPG [Endurance test liquid rocket engine on liquid oxygen and SPG]. Avaliable at: http://engine.aviaport.ru/issues/72/page28.html. (accessed 23.09.2015). (In Russ.)

5. Ryabov K. A. TsSKB «Progress» predlagaet sozdat' raketnyy dvigatel', rabotayushchiy na SPG [«Progress» offers to create rocket engine based on SPG] Voennoe obozrenie. 2014. No. 21. Available at: www.geoinform.ru/?an = mrr0506 (accessed 23.09.2015). (In Russ.)

© Васянина А. Ю., Тонких А. А, Савчин Д. А., 2015

УДК 621. 793. 8

АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ПОКРЫТИЙ

В. В. Кирбижекова, А. А. Снежко, О. И. Коток

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-таП: [email protected]

Рассмотрены методы контроля для количественного определения адгезии различных покрытий и их недостатки. Выявлены ограничения в применении методов определения адгезионной прочности покрытий. Предложены рекомендации по совершенствованию метода отрыва.

Ключевые слова: адгезионная прочность, метод нанесения сетки царапин, метод отрыва.

Решетнеескцие чтения. 2015

ANALYSING METHODS TO CONTROL COATING ADHESION STRENGTH

V. V. Kirbizhekova, A. A. Snezhko, O. J. Kotok

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The research demonstrates control methods to quantify the adhesion of various coatings and their shortcomings. It reveals limitations in the application of methods for determining the adhesive strength of coatings. The researchers provide recommendations to improve the separation method.

Keywords: adhesive strength, the method of applying a grid scratching method of separation.

В настоящее время во всех отраслях промышленности, в том числе в авиа- и ракетостроении, широко используются многофункциональные покрытия, формируемые разными способами (плазменные, микроплазменные, гальванические и др.).

Важным свойством покрытий является адгезионная прочность. Только в случае высокой адгезии покрытие успешно противостоит внешнему воздействию и длительное время сохраняет свое функциональное назначение. Существует несколько методов определения адгезионной прочности для износостойких покрытий.

Для оценки прочности сцепления покрытия с основным металлом используют метод нанесения сетки царапин. Для этого на поверхность контролируемого покрытия остриём режущего инструмента наносят сетку царапин, состоящую из квадратов. Царапины прорезают до основного металла. На контролируемой поверхности не должно быть отслаивания покрытия [1].

Применение метода нанесения сетки царапин достаточно ограничено, так как твердость материала острия должна быть выше твердости покрытия не менее чем на 30 %. Данный метод не подходит для высокотвёрдых многослойных, градиентных покрытий, например, для микроплазменных оксидных покрытий на вентильных металлах и сплавах.

Штифтовой метод также не гарантирует качественной оценки адгезионной прочности, так как отрыв не всегда происходит по границе «покрытие - подложка», накладывая ограничения в отношении многослойных покрытий [2].

Оценка адгезионной прочности в основном осуществляется методом отрыва, известным как «метод грибков» [3].

Метод применяют для количественного определения адгезии. Он основан на измерении минимального разрывного напряжения, необходимого для отделения или разрыва покрытия в направлении, перпендикулярном окрашиваемой поверхности [4]. Данный метод удобен своей воспроизводимостью, а также малоза-тратностью.

Контроль адгезионной прочности покрытий с основой зачастую бывает затруднен в случае очень тонких слоев покрытия или подложки (например, фольга). В такой ситуации разрыв происходит не по границе «основа-покрытие», а чаще всего по клею.

Поэтому одним из способов решения проблемы определения адгезионной прочности может быть конструктивное решение, то есть доработка известного метода. Во-первых, замена клея может способствовать отрыву покрытия от поверхности, то есть в зависимости от состава нанесенного покрытия следует выбрать структуру клея. При подборе клеевой основы учитывать химический состав покрытия. Например, для покрытий из карбида титана (TiC) и нитрида титана (TiN) можно использовать анаэробный клей-герметик. Он способен быстро отвердевать и оставаться длительное время в таком состоянии без изменения свойств [5]. Во-вторых, изменение геометрической формы «грибков», например в виде конуса, поможет добиться эффективного удаления покрытия с подложки. Изменив угол между поверхностью и конусовидным «грибком», можно добиться увеличения силы сопротивления отрыва. Таким образом, разрыв может произойти не по проклеенной основе, а между покрытием и поверхностью.

Библиографические ссылки

1. ГОСТ 28844-90. Покрытия газотермические упрочняющие и восстанавливающие. Общие требования.

2. Методы контроля [Электронный ресурс]. URL: http://www.hvof.org/quality/mechproperties/ (дата обращения 29.08.2015).

3. Кривобоков В. П., Сочугов Н. С., Соловьёв А. А. Плазменные покрытия. Свойства и применение : учеб. пособие. Томск : Изд-во Томского политехн. ун-та, 2011. 137 с.

4. Индустриальные покрытия [Электронный ресурс]. URL: http://www.incoat.ru/support/252-ispytaniya-lakokrasochnykh-pokrytij.html (дата обращения: 26.08.2015).

5. Инженерный справочник [Электронный ресурс]. URL: http ://www. dpva. info/Guide/GuideMatherials/ SealsAndHermetics/AnaerobesClues/AnaerobesClues Overview.html (дата обращения: 27.08.2015).

References

1. GOST 28844-90. The thermal spray coatings reinforcing and reducing. General requirements.

2. Control methods [electronic resource]. URL: http://www.hvof.org/quality/mechproperties/ (date of treatment 08.29.2015).

3. Krivobokov V. P., Sochugov N. S., Soloviev A. A. Plasma coatings. Properties and application. Tutorial-Tomsk: in Tomsk Polytechnic University, 2011. 137 p.

4. Industrial Coatings [electronic resource]. URL: http://www.incoat.ru/support/252-ispytaniya-lakokrasochnykh-pokrytij.html (the date of circulation: 08.26.2015).

5. Engineering handbook [electronic resource]. URL: http://www.dpva.info/Guide/GuideMatherials/SealsAndH ermetics/AnaerobesClues/AnaerobesCluesOverview.html (the date of circulation: 08.27.2015).

© Кирбижекова В. В., Снежко А. А., Коток О. И., 2015

УДК 621.3.34

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ*

Е. А. Копылов, Д. К. Лобанов, А. С. Федченко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Исследованы скорость изменения токов заряда/разряда и время переключения одного и двух параллельных каналов автоматизированного зарядно-разрядного устройства для исследования аккумуляторов систем электропитания космических аппаратов.

Ключевые слова: система электропитания, аккумуляторная батареи, зарядно-разрядное устройство.

STUDYING DYNAMIC CHARACTERISTICS OF THE LITHIUM-ION BATTERY FOR TESTING CHARGE-DISCHARGE UNIT

E. A. Kopylov, D. K. Lobanov, A. S. Fedchenko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

This paper studies charge/discharge currents rate of change and switching time of one and two parallel channels of an automated charge-discharge unit for spacecraft power supply system battery research.

Keywords: power supply system, rechargeable battery, charge-discharge unit.

В системах электропитания (СЭП) космических аппаратов получили широкое применение аккумуляторные батареи (АБ) на базе литий-ионных аккумуляторов. От ресурса АБ зависит продолжительность работы космического аппарата. При разработке и производстве аккумуляторов на заводе-изготовителе выполняют электрические испытания аккумуляторов, в том числе для оценки сроков эксплуатации аккумулятора проводятся ресурсные испытания. Ресурсные испытания [1-2] аккумуляторов проводятся в наземных условиях при многократном циклическом воспроизведении режимов заряд/ разряд и температур аккумулятора до снижения полной емкости аккумуляторов и ее мощности до установленного минимального значения или косвенно, по изменениям выходного импеданса аккумуляторов [3-4]. После завершения

испытаний делается вывод о ресурсных характеристиках АБ, таких как:

- количество циклов заряда/ разряда;

- динамика деградации мощности батареи в ходе эксплуатации;

- изменение выходного импеданса в ходе эксплуатации.

Для оценки времени переключения из режима заряда в режим разряда и наоборот для одиночного канала исследования аккумулятора (КИА) были проведены испытания КИА в режиме короткого замыкания. При этом осциллографом измерялись напряжение с датчика тока и напряжение импульсного преобразователя (ИП) зарядно-разрядного устройства [5], подключённого к модулю зарядно-разрядного модуля (ЗРМ).

*Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0082). Уникальный идентификатор ^^^157714X0082.