Анализ элементного состава МдО покрытий на титановых сплавах

После проведения в литейном цехе большой исследовательской работы нами было найдено более 60 значимых факторов в технологическом процессе литья по выплавляемым моделям. Степень их влияния на выходные параметры неоднозначна.

С целью выявления причинно-следственного характера центральной проблемы и создания интегрированной системы технологических основ производства качественных литых деталей методом ЛВМ для надежной эксплуатации турбонасосного агрегата двигателей летательных аппаратов было предложено изучить влияние факторов на качество получаемых отливок с помощью диаграммы Исикавы в соответствии с правилами и логикой ее создания.

После глубокого анализа и детального изучения степени влияющих факторов, а именно неэффективной литниково-питающей системы, содержания легирующих элементов стали ВНЛ-6 на ее структуру, механические свойства и т. д., вызывающих рыхлоту, пористость и другие виды микро- и макродефектов, нами были предложены различные методы для полного или частичного исключения их.

Это, например, процесс поверхностной герметизации отливок припоем 5ВА, включающий в себя:

- подготовку поверхности литых деталей под пайку;

- нанесение порошкового припоя на поверхность корпусных деталей;

- пайку герметизаций - формирование припоем герметизирующего слоя.

С целью определения характера взаимодействия припоя с основным материалом проведены исследо-

вания методом микрорентгеноспектрального анализа на микроанализаторе «МАР-2» [2].

Результаты исследования свидетельствуют о взаимодействии припоя с основными легирующими элементами основного материала, что подтверждает получение достаточно качественного соединения «припой - основной металл».

Для исключения микродефектов, вызванных пористостью, раковинами, была предложена высокотемпературная газостатическая обработка (ВГО). Суть данного метода состоит в диффузии водорода при повышенных температурах. Также было замечено, что при высокой температуре ~1 300 К происходит не только диффузия газа, но и диффузия атомов металла по стенкам и через газовую раковину. Это также ускоряет процесс зарастания раковин [3].

После проведенных экспериментов, рентгенографии, спектрального анализа нами было обнаружено увеличение качества годных отливок без повреждения механических свойств и изменения химического состава.

Библиографические ссылки

1. Литье по выплавляемым моделям : учеб. пособие / Л. А. Оборин, Н. М. Чернов, К. А. Медведев, А. А. Иванов ; Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2009.

2. Оборин Л. А. Герметизация микродефектов литых заготовок методом пайки порошковым припоем 5ВА / ЦНИ № 327-88. Красноярск, 1988.

3. Пазухин В. А., Фишер А. Я. Вакуум в металлургии. М. : Машиностроение, 1956.

L. A. Oborin, M. E. Shilova, S. I. Anashkina Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE BASIS OF CASTING QUALITY PRODUCTION MANUFACTURED BY THE METHOD OF INVESTMENT CASTING OF AIRCRAFT ENGINE TURBOPUMP ASSEMBLY

The factors that affect the quality of castings, and proposed methods ofpossible removal of defects are described.

© Оборин Л. А., Шилова М. Е., Анашкина С. И., 2012

УДК 620.197

Д. В. Орлова, А. Е. Михеев, Т. В. Трушкина, С. С. Ивасев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА МДО ПОКРЫТИЙ НА ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ

Проведены исследования по определению элементного состава МДО-покрытий титановых сплавов. Установлена зависимость химического состава покрытия от технологических режимов и различных составов электролитов.

Титановые сплавы широко применятся в аэрокосмической и других областях промышленности, что связано с их высокими удельными характеристиками. Однако существуют области, где применение титана

ограничено его невысокой твердостью и износостойкостью. В связи с этим появляется необходимость в упрочнении титановых сплавов. Перспективным методом поверхностного упрочнения является микро-

Решетневскце чтения

дуговое оксидирование (МДО) [1]. Упрочнение металлов при микродуговом оксидировании происходит за счет образования на поверхности металла покрытия, которое состоит из оксида металла подложки и оксидов химических элементов, входящих в состав электролита [2].

Для достижения оптимальных характеристик деталей, обработанных методом МДО, необходимо знать соотношение содержания оксидов в покрытии, так как некоторые оксидные соединения в составе покрытия снижают прочность и твердость поверхности. Оксид титана имеет высокую твердость, которая составляет 50.. .60 ИЯС (твердость титана - 20.. .30 ЖС).

Химический состав и характеристики покрытия во многом зависит от технологических параметров обработки. В связи с этим возникает необходимость исследования влияния параметров обработки и состава электролитов на элементный состав покрытия.

Для определения зависимости элементного состава от состава электролитов был проведен ряд экспериментальных исследований. В качестве подложки использовались образцы титанового сплава ВТ 14 размерами 25x25 мм и толщиной 2 мм, которые обработали в различных электролитах (табл. 1).

Далее при помощи спектрометра ЛИЬ РиаШ'х были проведены исследования по выявлению химического состава полученных покрытий (табл. 2).

Для получения износостойких покрытий на титановых сплавах, обработку необходимо проводить в электролите 1. Данный вывод сделан на основании того, что наибольшее содержание ТЮ2 в покрытии получается именно в этом электролите.

Дальнейшие исследования для определения зависимости элементного состава от технологических режимов обработки проводили в слабощелочном водном растворе Ыа2НР04. Покрытия формировали при соотношениях анодной и катодной составляющих /к//а от 0,6 до 1,2, плотностях тока в диапазоне от 10 до 40 А/дм2, в течение 5.30 мин.

При проведении эксперимента при различных соотношениях анодной и катодной составляющих тока от 0,6 до 1,2 было выявлено, что самое качественное покрытие было получено при следующем режиме: плотность тока 40 А/дм2 и время обработки 10 мин.

Далее при помощи рентгеновского флуоресцентного спектрометра ЛЯЬ РиаШ:'х были проведены исследования по выявлению химического состава полученных покрытий (рис. 1, 2).

Химический анализ показывает, что наибольшее содержание оксида титана в покрытии получено при следующем режиме: соотношение анодной и катодной составляющих тока = 1, плотность тока 40 А/дм2 и время обработки 10 мин.

т, % 80

70

к

ТЮ2

Р205"~" ' — — _

_ь.

Рис. 1. Изменение химического состава МДО-покрытия в зависимости от соотношения анодной и катодной составляющих тока

60

к

тю2

Р2С)5 _ _ — ---- ---- --.

Рис. 2. Изменение химического состава МДО-покрытия в зависимости от времени обработки

Библиографические ссылки

1. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование) / И. В. Суминов [и др.]. М. : Экомет, 2005.

2. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов / П. С. Гордиенко, С. В. Гнеденков. Владивосток : Дальнаука, 1997.

Таблица 1

Составы электролитов и оптимальные параметры технологических режимов

№ образца Состав электролита Режимы обработки

1 Ка2ИР04 - 60 г/л Г = 20 мин, / = 16 А/дм2, и = 360.380 В

2 Ка6Р6012 - 30 г/л Г = 10 мин, / = 32 А/дм2,

КаУ03-2Н20 - 20 г/л и = 300.380 В

3 КаИ2Р04- 20 г/л К4[Ее(СК)6р4Н20 - 25 г/л Ка2Мо04-2Н20 - 5 г/л Г = 30 мин, / = 16 А/дм2, и = 210.300В

4 Ыа^Юз- 50 г/л Г = 10 мин, / = 32 А/дм2,

К0Н - 30 г/л и = 250.300 В

60

50

0,6

1,0

/к//.

D. V. Orlova, A. E. Miheev, T. V. Trushkina, S. S. Ivasev Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

ANALYSIS OF THE ELEMENTAL COMPOSITION OF MAO COATINGS ON TITANIUM ALLOYS

The studies to determine the elemental composition of MAO coatings of titanium alloys are conducted. The dependence of the chemical composition of the coating from the process conditions and the different composition of the electrolytes is established.

© Орлова Д. В., Михеев А. Е., Трушкина Т. В., Ивасев С. С., 2012

УДК 621.396.677

А. С. Першин, И. Ю. Ляпин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

РЕФЛЕКТОР ИЗ ТРИАКСИАЛЬНОЙ ТКАНИ

Приведен обзор требований, предъявляемых к рефлекторам современных антенн. Представлен один из вариантов реализации рефлектора из триаксиальной ткани.

Таблица 2

Результаты химического анализа покрытий

№ образца Содержание оксидов в покрытии

TiO2, % P2O5, % Al2O3, % SiO2, % V2O5, % Fe2O3, % Na2O, %

1 70,96 24,76 2,78 - - 0,074 9 -

2 47,19 33,08 - - 17.37 0,184 -

3 38,77 27,85 - - - 22,78 2,01

4 39,95 - 1,61 57,00 - 0,065 2 -

Технические и экономические характеристики являются ключевыми факторами при разработке рефлекторов антенн коммерческих геостационарных космических аппаратов (КА). Требования к их точности, устойчивости в экстремальных условиях окружающей среды, жесткость и низкая масса по сравнению с размерами представляют собой серьезную и сложную задачу. С другой стороны, низкая стоимость и небольшой риск, необходимые для реализации требований к спутнику, требуют простоты концепции и практических знаний изделия.

Развитие систем связи и освоение ^-диапазона потребовало поиска новых методов реализации антенн в данном диапазоне частот. Основной тип исполнения для таких антенн - это многолучевые антенны. Такие антенны покрывают заданную зону обслуживания (ЗО) набором узких лучей с высокой энергетикой. В свою очередь, для покрытия протяженной ЗО необходимо использование рефлекторов с апертурой от 1 до 2,5 м.

На сегодняшний день требования устойчивости рефлекторов антенн к температурным и механическим воздействиям для ^-диапазона составляют порядка 200.. .300 мкм. Использование углепластиковых

рефлекторов для реализации таких антенн не позволит достичь заданных требований по устойчивости.

Решением этой проблемы стала разработка рефлекторов нового поколения - рефлекторов из триак-сиальной ткани. Оболочка такого рефлектора состоит из многослойной конструкции с слоями из трехосно-направленной текстильной ткани и сотозаполнителя.

В принципе, обшивки оболочки состоят из высокомодульного углеродного волокна, сотканного в трех-оснонаправленную ткань (рис. 1). Многослойная конструкция изготавливается путем совместного формования и аутогезии, что позволяет оптимизировать время изготовления и свойства материалов.

В состав конструкции рефлекторов из триаксиальной ткани входят следующие элементы:

- тонкая оболочка, состоящая из легкой, открытой плетеной сетки;

- отдельная жесткая конструкция для обеспечения интерфейса с КА;

- комбинированные части, соединяющие оболочку с конструкцией для обеспечения механической и тепловой развязки двух элементов.

Номинальная опорная конструкция имеет форму правильного шестиугольника. Размер конструкции