CC BY
38
УДК 629.78.002.3
ИЗМЕРЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МДО-ПОКРЫТИЙ
НА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ
Р. В. Алякрецкий, М. М. Полевщиков
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Проведено исследование оптических свойств МДО-покрытий нанесённых на алюминиевую фольгу. Установлено, что покрытия, полученные методом МДО, обладают характеристиками, позволяющие использовать их на внешних поверхностях КА.
Ключевые слова: космический аппарат, антиэрозионные покрытия, микродуговое оксидирование, терморадиационные характеристики.
MEASURING OF PEO-COATING'S OPTICAL CHARACTERISTICS ON ALUMINUM ALLOYS
R. V. Alyakretsky, M. M. Polevshchikov
JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information satellite systems" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
A study of the optical properties ofPEO coatings deposited on the aluminum foil. It was found that the coating obtained by the PEO, have characteristics that allow to use them on external surfaces of spacecraft.
Keywords: spacecraft, anti-erosion coatings, plasma electrolytic oxidation, thermoradiation characteristics.
Для увеличения срока службы и корректировки орбиты современные космические аппараты (КА) оснащаются стационарными плазменными двигателями (СПД). Основное достоинство плазменного двигателя - долговременное функционирование при относительно небольшом расходе рабочего тела. Поэтому они используются для корректировки спутниковых орбит. При всех плюсах применения данного типа двигателей, в ходе их эксплуатации выявляются некоторые отрицательные моменты, к которым относится воздействие продуктов горения рабочего тела на материалы конструкции КА [1].
В наибольшей степени дестабилизирующее воздействие плазменных струй СПД оказывает влияние на материалы поверхностей солнечных батарей - прежде всего штанги и корневого каркаса, а также на тонкоплёночные покрытия.
В ряде работ [2; 3] предложено защищать элементы конструкции КА попадающие под разрушающее воздействие плазмы тонкой (до 100 мкм) алюминиевой фольгой с антиэрозионным покрытием на основе оксида алюминия, наносимого методом микродугового оксидирования (МДО).
Внешние поверхности КА должны обладать определёнными оптическими характеристиками для предотвращения перегрева конструкции. Поэтому в данной работе проводятся исследования оптических свойств МДО-покрытий от различных технологических параметров для заключения возможности применения их на КА.
Для проведения исследования были проведены эксперименты по нанесению МДО-покрытий на алюминиевую фольгу. Покрытия наносились на установке ИАТ-Т, источник питания которой позволяет осуществлять независимую регулировку анодной и катодной составляющих тока, и одновременно стабилизировать средние величины этих токов, что существенно упрощает проведение процесса МДО и ведет к улучшению качества получаемых покрытий.
Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»
В качестве подложки использовались образцы фольги АД размерами 150x90 мм и толщиной 100 мкм. Покрытия формировали при соотношении /к//а от 0,8 до 1,2, плотностях тока в диапазоне от 10 до 40 А/дм2 , продолжительность обработки составляла 2,5-60 мин.
Микродуговое оксидирование проводили в трех электролитах: № 1 - КаН2Р04 (40 г/л) + + №2В407 (30г/л) + (10 г/л) + Н3В03 (20 г/л) - цвет получаемого покрытия светлосерый; № 2 -КОН (4 г/л) + N28103(10 г/л) - цвет покрытия серый; № 3 - ^НР04 (20 г/л) + ^^^N^(25 г/л) + + №2Мо04 (5г/л) - цвёт покрытия чёрный.
Для определения спектрального коэффициента отражения были отобраны 4 образца, с равномерным покрытием без дефектов, обработанные на режимах, приведённые в табл. 1.
Таблица 1
Режимы обработки образцов
№ электролита /а, А /к, А /к + /а /к//а i, А/дм2 t, мин
№ 1 20,25 20,25 40,5 1 30 10
№ 2 (образец № 12) 24,55 29,45 54 1,2 40 30
№ 2 (образец № 13) 20,25 20,25 40,5 1 30 10
№ 3 27 27 54 1 40 10
У выбранных образцов были измерены спектральные коэффициенты отражения R% на спектрорефлектометре LPSR-300. Интегральные величины Rs и As рассчитывались автоматически по алгоритму, встроенному в программное обеспечение. По полученным значениям Rk для сравнения погрешности был произведён расчёт интегрального коэффициента отражения Rs по методу, описанному в [4; 5] и коэффициента поглощения As по формуле (1). Результаты измерений и расчётов коэффициентов приведены в табл. 2.
As = 1 - Rs, (1)
Установлено, что максимальная абсолютная разница между измерениями прибора и численным интегрированием не превышает 0,0150, что свидетельствует о хорошей сходимости методик.
Далее были проведены измерения излучательной способности En МДО-покрытий для расчёта отношения As/En. Измерения проводились на рефлектометре ТРМ-И в соответствии с отраслевой методикой 0СТ92-0909. Результаты приведены в табл. 3.
Таблица 2
Значения интегральных величин Rs и As
№ образца Расчёт Rs Расчёт As Абсолютная разность
LPSR-300 По методу [4] LPSR-300 По формуле (1)
№ 1 0,6932 0,6838 0,3068 0,3162 0,0094
№ 2(12) 0,6802 0,6772 0,3198 0,3228 0,0030
№ 2(13) 0,5007 0,4857 0,4993 0,5143 0,0150
№ 3 0,0916 0,09075 0,9084 0,90925 0,00085
Таблица 3
Терморадиационные характеристики МДО-покрытий
.................... № 1 № 2(12) № 2(13) № 3
n 0,82 0,94 0,72 0,93
As/En 0,37 0,34 0,69 0,98
Образец, полученный в электролите № 3, относится к классу «истинный поглотитель» (Аъ/Еп ~ 1) и обладает чёрной матовой поверхностью. Применение данного покрытия на КА возможно в качестве антибликового покрытия. Образцы № 1 и № 2(12) имеют наименьшее отношение Аъ/Еп < 1. Данные покрытия могут представлять интерес для применения их на КА. Целью дальнейших исследований является подбор оптимальных технологических режимов для повышения адгезии и снижения пористости МДО-покрытий, а также снижение отношения Аъ/Еп.
Библиографические ссылки
1. Исследование загрязняющего воздействия собственной внешней атмосферы и плазмы стационарных плазменных двигателей на космическом аппарате «Экспресс-АМ» / В. А. Смирнов, А. Б. Нади-радзе и др. // Вестник СибГАУ. 2006. № 2 (10). С 46-50.
2. Технология нанесения антиэрозионных покрытий на элементы конструкций космических аппаратов / А. В. Михеев, А. В. Гирн и др. // Вестник СибГАУ. 2010. № 4 (30). С 130-134.
3. Разработка антиэрозионных покрытий для силовых элементов космических аппаратов [Электронный ресурс] / Алякрецкий, Д. В. Раводина, Т. В. Трушкина и др. // Труды МАИ : электрон. журн. 2014. Вып. 74.
4. Физика тонких плёнок. Современное состояние исследований и технические применения / под общ. ред. Г. Хасса и Р. Э. Туна / пер. с англ. М. : Мир, 1967. Т. II. 396 с.
5. Модель солнечного излучения: Руководящий технический материал ; ГОИ им. С. И. Вавилова. Л., 1979. 29 с.
© Алякрецкий Р. В., Полевщиков М. М., 2016
