CC BY
13Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
УДК 621.77.04
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ
Р. В. Алякрецкий1, А. Е Михеев1, Г. Г. Крушенко1' 2*, С. Н. Решетникова1, Г. В. Двирный1
1 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 44 E-mail: [email protected]
С целью повышения надежной длительной эксплуатации машин и механизмов применяются различные способы и средства повышения качества высоконагруженных поверхностей контактирующих деталей, входящих в их конструкции. В частности, к таким технологиям относятся микродуговое оксидирование и электроискровое легирование.
Ключевые слова: металлоизделия, качество поверхности, микродуговое оксидирование, электроискровое легирование.
IMPROVING THE QUALITY OF METAL SURFACES
R. V. Alyakretskii1, A. E Mikheev1, G. G. Krushenko1, 2*, S. N. Reshetnikova1, G. V. Dvirnyi1
1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
2Institute Computational Modeling SB RAS 44 build, 50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation E-mail: [email protected]
In order to improve the reliable long-term operation of machines and mechanisms, various methods and means of improving the quality of high-loaded surfaces of the contacting parts included in their design are used. In particular, such technologies include micro-arc oxidation and electro-spark doping.
Keywords: product from metal, surface quality, micro-arc oxidation, electro-spark alloying.
Введение. Одной из наиболее важных проблем космической отрасли сейчас является продление срока службы космических аппаратов (КА) [1]. Повышение качества деталей КА представляется возможным с использованием для этой цели высококонцентрированных потоков энергии [2].
Микродуговое оксидирование (МДО). Ужесточение требований по массе, энерговооруженности, и повышение требований к ресурсу и надежности КА [3] приводят к уплотнению его компоновочной схемы. При этом возрастает эрозионное воздействие стационарных плазменных двигателей (СПД) на конструкции КА путем уноса материала в результате длительной бомбардировки ионами газа, что приводит к загрязнению внешних поверхностей КА, что может привести к изменению коэффициентов пропускания оптики оборудования КА и защитных стекол солнечных батарей, коэффициентов поглощения и излучения терморегулирующих покрытий, что может привести к сбоям и отказам в функционировании систем КА. Еще одно негативное воздействие плазменных струй СПД проявляется с эрозией электропроводящего слоя с терморегулирующих покрытий КА, что приводит к накоплению статического заряда и возникновению электропробоев на поверхности КА.
В данной работе для нанесения защитных покрытий на алюминиевые конструкции КА с необходимыми свойствами применяли МДО [4; 5]. Покрытия на-
носились на установке ИАТ-Т. В качестве подложки использовали фольгу (60x130x100 мм) из сплава АД. МДО проводили в слабощелочных водных электролитах составов: № 1: №ОН (5 г/л) + №28Ю3 (10 г/л); № 2: КОН (5 г/л) + №28Ю3 (10 г/л). Покрытия формировали при различных соотношении 1к / 1а (от 0,6 до 1,4), плотностях тока (от 10 до 40 А/дм2) в течение 10-60 мин. Толщину покрытий измеряли толщиномером ТТ260 и на поперечных шлифах при помощи оптического микроскопа. Микроструктуру изучали с использованием металлографического исследовательского комплекса 81АМ на базе оптического микроскопа.
В результате проведенного исследования было установлено [6], что на твердость покрытий существенную роль оказывает соотношение катодной и анодной составляющих тока. Износостойкость покрытия на сплаве Д16Т в 50 раз превышает этот параметр для закаленной стали У8 (HRC = 65), на сплаве АМг6 -в 20...25 раз, на сплаве АК9ч - в 10...12 раз. При этом была создана классификация способов нанесения покрытий, основным критерием которой являются наиболее значимые показатели качества получаемых защитных слоев - адгезионная (ста) и когезионная (стк) прочности, что облегчает выбор защитного материала и метода создания необходимых эксплуатационных свойств рабочих поверхностей.
Решетневскуе чтения. 2018
Электроискровое легирование. С целью упрочнения поверхности изделий из алюминиевых сплавов применяли электроискровое легировании (ЭИЛ) с использованием нанопорошков (НП) нитрида кремния Si3N4 и нитрида титана TiN [7] электроискрового легирования (ЭИЛ). Положительный эффект применения НП при производстве металлоизделий подробно описан в работе [8]. Технологию упрочнения отрабатывали на алюминиевом сплаве Д1, в поверхность которого втирали НП. Затем с помощью установки «Эмитрон-14» при использовании графитового электрода 06 мм производили ЭИЛ поверхности. Из упрочненных заготовок вырезали цилиндрические образцы 010 мм и высотой 15 мм. На приборе ПМТ-3 измеряли микротвердость упрочненной поверхности. Испытания на износ проводили на машине МТ-2. Износ определяли по потере массы образцов путем их взвешивания на аналитических весах ВЛА-200 до и после испытания.
Установлено, что ЭИЛ образцов из сплава Д1 графитовым электродом повышает ее микротвердость в 1,8 раза по сравнению с необработанным сплавом (с 200 до 360 ед. HV), обработка НП Si3N4 с последующим ЭИЛ графитовым электродом - в 1,87 раза (до 374 ед. HV) и обработка НП TiN и ЭИЛ графитовым электродом - в 2,26 раза (до 453 ед. HV). При этом износ упрочненной поверхности уменьшился соответственно в 1,84; 2,3 и в 4 раза.
Выводы. В результате применения микродугового оксидирования и электроискрового легирования было повышено качество поверхности изделий из алюминиевых сплавов.
Библиографические ссылки
1. ГОСТ Р 56526-2015. Национальный стандарт Российской Федерации. Требования надежности и безопасности космических систем, комплексов и автоматических космических аппаратов единичного (мелкосерийного) изготовления с длительными сроками активного существования. М. : Стандартинформ, 2015. 46 с.
2. Воздействие высококонцентрированных потоков энергии на материалы с целью изменения их физико-химических свойств и улучшения эксплуатационных характеристик. ИТПМ СО РАН Сибирское отделение РАН в 2007 году. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2008. С. 138-139.
3. Крушенко Г. Г., Назаров В. П., Исеева О. А., Двирный Г. В. Улучшение массогабаритных характеристик конструкций летательных аппаратов с применением нанопорошковых технологий // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли : материалы XII Всерос. науч. конф. Омск : ОмГТУ, 2018. C. 44-50.
4. Микродуговое оксидирование (обзор) / И. В. Суми-нов, А. В. Эвельфельд, В. Б. Людин и др. М. : ЭКОМЕТ, 2005. 368 с.
5. Krivonosova E., Gorchakov A. Micro-arc oxidation as efficient technology of increasing of wear resistance of aluminum alloy // Elektrotechnica&Electronica. 2013. № 5, 6. Р. 57-59.
6. Алякрецкий Р. В., Карчебный М. Ю., Зоммер С. и др. Исследование влияния режимов плазменного напыления на термостойкость покрытия // Решетнев-ские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практич. конф. В 2 ч. Ч. 1 / СибГАУ. Красноярск, 2015. С. 6-7.
7. Крушенко Г. Г., Василенко З. А. Повышение износостойкости сплава Д1 электроискровым легированием с применением ультрадисперсных порошков химических соединений // Сварочное производство. 1995. № 2. С. 26-27.
8. Москвичев В. В., Крушенко Г. Г., Буров А. Е. и др. Нанопопрошковые технологии в машиностроении. Красноярск : СФУ, 2013. 186 с.
References
1. GOST R 56526-2015. Natsional'nyy standart Ros-siyskoy Federatsii. Trebovaniya nadezhnosti i bezopas-nosti kosmicheskikh sistem, kompleksov i av-tomaticheskikh kosmicheskikh apparatov edinichnogo (melkoseriynogo) izgotovleniya s dlitel'nymi srokami ak-tivnogo sushchestvovaniya. [State Standard R 565262015. Requirements of reliability and safety of space systems, complexes and automatic spacecrafts of single (small-scale) production with long terms of active existence. M. : Standartinform Publ., 2015. 46 p.
2. Impact of highly concentrated energy flows on materials in order to change their physical and chemical properties and improve performance. ITPM SB of RAS. Siberian branch of the Russian Academy of Sciences in 2007. Novosibirsk : Publishing house of SB RAS, 2008. P. 138-139.
3. Krushenko G. G., Nazarov V. P., Iseeva O. A., Dvirnyy G. V. [Improved mass-dimensional characteristics of airplane structures with the use of nanopowder technology]. Problemy razrabotki, izgotovleniya i ek-spluatatsii raketno-kosmicheskoy tekhniki i podgotovki inzhenernykh kadrov dlya aviakosmicheskoy otrasli: materialy XII Vseros. nauch. konf. Omsk : OmGTY. P. 44-50 (In Russ.)
4. Suminov I. V., Evel'fel'd A. V., Lyudin V. B. i dr. [Microarc oxidation (review)]. M. : EKOMET, 2005. 368 p.
5. Krivonosova E., Gorchakov A. Micro-arc oxidation as efficient technology of increasing of wear resistance of aluminum alloy // Elektrotechnica&Electronica, 2013. № 5, 6. Р. 57-59.
6. Alyakretskiy R. V., Karchebnyy M. Yu., Zommer S. i dr. [Investigation of the effect of plasma spraying modes on the thermal stability of the coating]. Reshet-nevskie chteniya: Materialy XIX Mezhdunarodnoy nauchno-praktich. konf. V 2 ch. Ch. 1 / SibGAU. Krasnoyarsk, 2015. P. 6-7.
7. Krushenko G. G., Vasilenko Z. A. [Investigation of the effect of plasma spraying modes on the thermal stability of the coating]. Svarochnoe proizvodstvo, 1995. № 2. P. 26-27.
8. Moskvichev V. V., Krushenko G. G., Burov A. E. i dr. Nanopoproshkovye tekhnologii v mashinostroenii. [Nanopowder technologies in mechanical engineering]. 2013. 186 р.
© Алякрецкий Р. В., Михеев А.Е., Крушенко Г. Г., Решетникова С. Н., Двирный Г. В., 2018
