CC BY
33
На основании проведенной сравнительной оценки серийных и вновь разработанных модифицированных оргстекол разработаны рекомендации по замене выработавших ресурс в эксплуатации теплостойких оргстекол типа Э-2 на новые и по внедрению модифицированных оргстекол марок ВОС-1 и ВОС-2 для деталей остекления новых и перспективных летательных аппаратов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гудимов М.М., Перов Б.В. Органическое стекло. М.: Химия. 1981. 215 с.
2. Акрилатное стекло: блочное, сшитое, двухосно-ориентированное: пат. WL 5.1416 (Германия) опубл. DIN. 1992. Р. 1-7.
3. Тригуб Т.С., Мекалина И.В., Горелов Ю.П., Шалагинова И.А. Органическое стекло для высокоскоростной авиации //Авиационная промышленность. 2007. №1. С. 39.
4. Аржаков М.С., Луковкин Г.М., Аржаков С.А. О природе термостимулируемой низкотемпературной релаксации деформации полимерных стекол //ДАН. 1999. Т. 369. №5. С. 629-631.
С.С. Солнцев, В.В. Швагирева, Н.В. Исаева, Г.А. Соловьева
АРМИРОВАННЫЕ ЖАРОСТОЙКИЕ СТЕКЛОЭМАЛИ ДЛЯ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Исследовано влияние процесса армирования стеклоэмалевых покрытий неорганическими волокнами на их свойства.
Приводятся результаты исследования - показана принципиальная возможность получения армированных покрытий с однородной термически стабильной структурой и высокими термомеханическими свойствами.
Ключевые слова: стеклоэмалевое покрытие, кварцевое волокно, армирование, структура, фазовый состав, термомеханические характеристики.
Практически на всех отечественных авиационных газотурбинных двигателях (ГТД) применяются жаростойкие стеклоэмали для защиты поверхностей деталей из жаростойких никелевых сплавов и сталей от высокотемпературной газовой коррозии. Высокая эффективность защитного действия стеклоэмалей подтверждается многолетней практикой эксплуатации деталей камер сгорания, форсажных камер авиационных двигателей. Работоспособность и надежность камер сгорания ГТД в значительной мере обеспечиваются высокотемпературными стеклоэмалевыми покрытиями.
Однако остается актуальной задача тепловой защиты деталей и защиты от образования поверхностных трещин, которые могут возникать в результате термической усталости металла. Решение этой задачи связано с созданием стеклоэмалевых покрытий, обеспечивающих значительный температурный градиент - между температурами газового потока и металлической поверхности детали. Указанный градиент можно получить в результате увеличения толщины покрытия и уменьшения теплопроводности защитного слоя.
Весьма важной является также задача повышения эрозионной стойкости стек-лоэмалевых покрытий, так как при длительной эксплуатации имеет место некоторый унос массы, уплотнение покрытия и соответствующее уменьшение его толщины. Получение «толстых» (толщиной более 150-200 мкм) стеклоэмалевых покрытий - поми-
мо технологических трудностей - сопровождается снижением термостойкости покрытий, появлением различных дефектов в виде сколов по кромкам деталей, раковин, не-сплошностей и т. п.
Цель данной работы состояла в исследовании возможности создания теплозащитных градиентных эрозионностойких стеклоэмалевых покрытий с повышенной термостойкостью и уменьшенной теплопроводностью путем армирования тугоплавких стекломатриц супертонкими кварцевыми волокнами.
Стеклоэмалевые покрытия отличаются прочным сцеплением с металлической подложкой, газоплотностью и стойкостью к газовой коррозии при высоких температурах.
Прочность сцепления покрытия с подложкой и его толщина находятся в прямой зависимости от физических свойств материала подложки и покрытия: градиент температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) подложки и покрытия приводит к появлению в покрытии внутренних напряжений и дефектов, что ограничивает возможность нанесения покрытий с толщиной слоя, позволяющей реализовать их теплозащитные свойства.
Кроме того, повышение рабочих параметров ГТД, забросы температур выше 1000°С требуют создания покрытий с наиболее высокими термомеханическими свойствами [1].
Существует принципиальная возможность получения покрытий с наиболее однородной, завершенной и термически стабильной структурой путем армирования покрытий неорганическими волокнами [2].
В хрупких матричных материалах - стеклоэмалевых покрытиях, содержащих пластичные частицы, - матрица остается основным несущим элементом, армирующие волокна ограничивают возможность возникновения трещин и дефектов в покрытии, способствуют повышению сопротивляемости тепловым и механическим нагрузкам.
Важнейшим условием достижения положительного эффекта при создании армированных покрытий является:
- применение упрочняющих фаз, не растворяющихся в матрице и не взаимодействующих с ней при рабочих температурах, а также при формировании покрытия;
- получение структур с определенным соотношением размера волокон и расстояния между ними;
- прочная связь на границе раздела «волокно-матрица», необходимая для обеспечения передачи нагрузки волокну, может быть достигнута только в случае частичного смачивания матрицей границ волокна и некоторого взаимодействия волокна с матрицей.
В связи с этим целесообразно исследовать возможность армирования неорганическими волокнами стеклоэмалевых покрытий.
В качестве объекта исследований выбрано стеклоэмалевое покрытие, синтезированное в системе Si02-Baü-Al203, с достаточным содержанием стеклофазы, высокой технологичностью и жаростойкостью, и кварцевое волокно Siü2, отличающееся высокой химической стабильностью и низкой склонностью к взаимодействию со стекломатрицей.
При этом принималось во внимание следующее: совместимость волокна и стек-лоэмали, растворимость волокна в покрытии и взаимодействие волокна с матрицей покрытия на границе раздела, а также структурные особенности армирующего волокна -толщина и длина (соотношение длины и толщины l/d, где d=2 мм, 1=200 мм; температура начала деформации 1050°С).
Исследование проводилось в направлении изучения влияния армирования на структуру, фазовую стабильность, технологические и эксплуатационные свойства стек-лоэмалевого покрытия.
Введение в состав стеклоэмалевого покрытия армирующего волокна Si02 в количестве 2; 5 и 10% (по массе) не приводит к повышению температуры формирования
покрытия. Повышение содержания волокна до 15% (по массе) ухудшает прочность сцепления покрытия с подложкой и повышает температуру формирования покрытия из-за недостатка стекловидной составляющей.
Исследование структуры армированного покрытия проводилось с помощью оптического (на торцевых шлифах) и растрового электронного микроскопа (с поверхности). Морфология поверхности армированного покрытия (см. рисунок, а) после формирования при 1200°С представляет стекломатрицу с равномерно распределенным волокном SiO2. Граница раздела «волокно-стекломатрица» не имеет ярко выраженных дефектов, стекломатрица хорошо смачивает границы волокна. После термообработки (при 1200°С в течение 5 ч) характер распределения волокон отличается большей хаотичностью по сравнению с морфологией поверхности покрытия после формирования -волокна распределяются внутри стекломатрицы (см. рисунок, б).
а) б)
Морфология поверхности (х1000) армированного покрытия после формирования при 1200°С в течение 5 мин (а) и после термообработки при 1200°С в течение 5 ч (б)
Стабильность фазового состава армированного покрытия сохраняется при температурах термообработки от 1000 до 1200°С:
Режим термообработки Фазовый состав
1200°С, 3 мин........................Сг2Оз (небольшое количество)
1000°С, 100 ч............................Сг203, МО^, CaAl2SiO2
1100°С, 60 ч.......................................То же
1200°С, 10 ч........................................-«-.
Оценка эксплуатационных свойств армированного покрытия (<5% (по массе) SiO2) показала, что армированное покрытие
- снижает окисление жаропрочного сплава в 5-10 раз при температурах от 1000 до 1200°С;
- повышает прочность покрытия при ударе в 1,5-2 раза;
- позволяет получать покрытие (двух- и четырехслойное) большей толщины (до 200 мкм) в 4 слоя, с одним обжигом;
- повышает термостойкость покрытия в 3-5 раз;
- повышает эрозионную стойкость - величина уноса массы покрытия в газовом потоке (установка ЖРДМ) без армирования составляет 0,0053 г, с армированием: 0,003 г.
Таким образом, исследование влияния армирования на свойства стеклоэмалевых покрытий позволило предложить следующий предполагаемый механизм повышения эксплуатационных характеристик покрытий:
- введение SiО2 в количестве от 2 до 5% (по массе) в покрытие приводит к снижению значений ТКЛР на 10-15%;
- на границе раздела за счет частичного растворения волокна в стекломатрице при высоких температурах образуется 3 зоны: волокно SiO2; обогащенная SiО2 стекломат-рица; исходная стекломатрица.
При термоударах наличие зон с различным ТКЛР способствует релаксации термоупругих напряжений и приводит к повышению термостойкости в 2-3 раза, прочности при ударе - в 1,5-2 раза, эрозионной стойкости - в 10 раз.
ЛИТЕРАТУРА
1. Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. М.: Машиностроение. 1984. С.197-220.
2. Способ изготовления стеклянного покрытия, содержащего неорганические волокна: пат. 6025380 Япония. СОЗс 14/00. 1982.
Л.В. Семенова, Э.К. Кондрашов
МОДИФИЦИРОВАННЫЙ БРОМЭПОКСИДНЫЙ ЛАК ВЛ-18
ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Функциональные лакокрасочные покрытия используют для защиты изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) от воздействия атмосферных факторов, влаги, химических реагентов, горючих и смазочных материалов, биологических факторов. Применение модифицированных бромэпоксидных олигоме-ров в лакокрасочных композициях позволяет существенно снизить водопоглоще-ние, паропроницаемость покрытий. Разработанный эпоксидный лак ВЛ-18 обладает пониженными в 4-5 раз водопоглощением и паропроницаемостью по сравнению с лаком ЭП-730, при этом обеспечивает высокие адгезионные, физико-механические и защитные свойства ЛКП.
Ключевые слова: водопоглощение, лакокрасочные покрытия, адгезия.
Для защиты изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) от воздействия атмосферных факторов, влаги, химических реагентов, горючих и смазочных материалов, биологических факторов используют функциональные лакокрасочные покрытия.
Покрытия используют также для стабилизации исходных свойств полимерных материалов или для получения изделий с требуемыми декоративными свойствами. Декоративные покрытия предназначены для выравнивания поверхности и заделки на ней изъянов, пор, текстуры наполнителя и повреждений, придания поверхности блеска и цвета, создания однотонного покрытия у изделий, собранных из различных деталей, избирательной окраски в определенные цвета отдельных участков поверхности, имитации поверхности изделия [1].
Лакокрасочные материалы для окраски изделий из ПКМ весьма разнообразны. Многие из них специально разрабатывают для этой цели, при этом они должны обеспе-
