Повышение производительности микродуговой обработки алюминиевых сплавов

Секция

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»

УДК 621.794.61

Р. В. Алякрецкий Научный руководитель - А. В. Гирн Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МИКРОДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ

АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Рассмотрены способы уменьшения площади обработки деталей, снижение температуры электролита, использование взвешенных частиц в электролите для снижения энергоемкости процесса и улучшения качества МДО-покрытий.

Микродуговое оксидирование (МДО) - процесс получения защитных покрытий на поверхности электропроводящего материала, находящегося в электролите в качестве рабочего электрода, при функционировании локальных микроразрядов, перемещающихся по его поверхности при высоковольтной поляризации [1].

Преимущества метода:

1) возможность получения упрочненного слоя на сложнопрофильных изделиях и на внутренних поверхностях;

2) получение покрытий толщиной до 400 мкм с адгезией, значительно превышающей адгезию плазменных покрытий;

3) получение покрытий без предварительной подготовки поверхностей и возможность его автоматизации и внедрения в широком промышленном масштабе [2].

Наряду с достоинствами есть и недостатки, заключающаяся в том, что остаются нерешенными проблемы высокой энергоемкости (напряжение от 0 до 800 В, плотность тока от 15 до30 А/дм2) и низкой производительности (3 часа и более).

Мы проанализировали пути повышения производительности на больших площадях:

1. Уменьшение площади обработки.

Оксидировать можно не всю поверхность детали, а лишь ее часть. Для этого необходимо изолировать поверхность, не подлежащую обработке.

Требования к изолирующему материалу:

1) хорошие диэлектрические свойства;

2) поскольку температура металла под анодным пятном на расстоянии >>5 мкм от границы раздела «металл-оксид» достигает 300-400 °С [2], поэтому диэлектрик должен обладать хорошими термостойкими свойствами;

3) стойкость к электролиту;

4) легко удалятся с детали после обработки.

Каучуковая краска, использующаяся для изоляции

при классическом анодировании, в процессе МДО отслаивается по краям и не может быть применена в качестве изолятора. Нами был проведен ряд исследований, в результате которого было выявлено, что таким требованиям в наибольшей степени отвечают стекло и фторопласт. В качестве связующего можно использовать силиконовый термостойкий герметик.

Возможно так же изолирование механическим путем при помощи зажатия образцов струбцинами или клипсами, однако, в этом случае электролит может попадать под струбцину из-за мелких царапин и неровностей.

2. Снижение температуры электролита.

Другим путем повышения эффективности процесса МДО является снижение температуры электролита в процессе обработки. Высокая температура электролита приводит к уменьшению толщины покрытия, увеличению времени обработки, снижению физико-механических свойств покрытия.

Для нормального течения процесса ванна обязательно должна охлаждать электролит, так как во время МДО-процесса он нагревается, и перемешивать для равномерной его выработки и распределения тепла по всей ванне.

Существует 2 типа охлаждения ванн: с теплооб-менной камерой; с охлаждающей рубашкой [3].

3. Добавление взвешенных частиц.

Формирование МДО-покрытий с использованием

электролитов с добавлением порошковых материалов позволяет создавать на поверхности обрабатываемой детали композиционный материал, в состав которого входят соединения, в том числе добавленного в электролит порошкового материала. Свойства такого материала могут существенно зависеть от того, в каком виде находится в покрытии добавленный в электролит материал: то ли в виде соединения с другими элементами, в неизменном состоянии, либо встроенным в решетку оксида [4].

Проведенный патентный поиск показал, что данные пути повышения обработки можно достичь специальным устройством, содержащим систему прокачки электролита и ванну для электролита [5], а так же устройством, содержащее электроды, в качестве одного из которых использована оксидируемая деталь, источник питания, электролитическую ванну. Второй электрод на этой установке выполнен в виде стакана с рубашкой охлаждения с циркулирующим в ней хладагентом. При этом по внутренней поверхности электрода и внешней поверхности рубашки охлаждения установлены перфорированные трубки, предназначенные для барботирования сжатым воздухом электролита в зоне оксидирования [6].

Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»

Библиографические ссылки

1. Ковалев В. Л., Ракоч А. Г., Гладкова А. А. Влияние формы тока на формирование износостойких микродуговых покрытий на поверхности сплава д16 в щелочном (pH = 12+12,5) электролите. URL: http://www.sworld.com.ua/konfer20/188.htm.

2. Рогов В. А., Ушомирская Л. А., Чудаков А. Д. Основы высоких технологий. М. : Вузовская книга, 2001.

3. Жуковский А. В., Морозов Е. М., Шандров Б. В. Технология и оборудование упрочнения поверхностей деталей методом микродугового оксидирования. МГТУ «МАМИ», 2008.

4. Ферябков А. В. Композиционные покрытия микродугового оксидирования.

5. Патент РФ № 2190044 от 24.05.2000. Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов //В. Н. Хромов, Ю. А. Кузнецов, А. Я. Коровин, Н. Г. Абашев, Э. П. Плетнев. С25Б11/02.

6. Патент РФ № 2252279 от 05.01.2004. Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов // Ю. А. Кузнецов, А. Н. Батищев, Н. Н. Студенников, А. Ю. Гринев, С25Б17/02.

© Алякрецкий Р. В., Гирн А. В., 2011

УДК 629.78.002.3

Е. В. Вахтеев Научный руководитель - А. Е. Михеев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ЭЛЕМЕНТЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО

ОКСИДИРОВАНИЯ

Проведено исследовании возможности нанесения терморегулирующих покрытий на детали космических аппаратов (КА) из алюминиевых сплавов методом микродугового оксидирования(МДО). Получены образцы ТРП покрытий, проведены исследования их оптических характеристик, коэффициентов уноса массы в условиях эксплуатации, оценка удельного электрического сопротивления.

Одним из основных факторов, определяющих надежность и долговечность работы КА, является стабильность теплового режима оптико-радиоэлектронной аппаратуры КА. В систему терморегулирования аппаратов входят различные покрытия, которые устанавливают баланс между выделением тепла внутри КА, энергией, поглощаемой из космоса, и энергией, переизлучаемой в космическое пространство.

Современные терморегулирующие покрытия (ТРП) характеризуются терморадиационными характеристиками, которые под действием различных факторов космического пространства (особенно ионизирующего излучения) изменяются, что приводит к увеличению температуры внутри КА и снижению сроков его активного существования (САС). Как показал опыт прошедших лет, ряд КА не смогли выполнить намеченные программы в результате перегрева из-за деградации ТРП покрытий под действием внешних факторов. Анализ существующих ТРП свидетельствует, что они не могут обеспечить увеличение срок активного существования до 15 лет, особенно для КА, эксплуатирующихся на высоких эллиптических и геостационарных орбитах. Поэтому создание ТРП классов «солнечные отражатели» и «истинные поглотители», обладающих стабильными терморадиационными характеристиками и одновременно антистатическими свойствами при длительной эксплуатации в космосе, с низким газовыделением является одной из важных задач космического машиностроения в XXI в. Разработка таких покрытий позволит снизить до минимума отклонения от заданного теплового режима, уменьшить сбои в работе и отказы высокочувствительной оптической и радиоэлектронной аппаратуры.

Используемые на данный момент многослойные композитные терморегулирующие (ТРП) покрытия отвечают определенным требованиям по коэффициентам поглощения и отражения, а также электрическим свойствам. Однако длительное воздействие агрессивной среды космоса на данные покрытия приводит к потере их основных терморегулирующих свойств в течение 3-5 лет эксплуатации.

Одним из перспективных методов нанесения ТРП покрытий является метод микродугового оксидирования (МДО), МДО-покрытия представляют собой керамику сложного состава. Покрытие при микродуговом оксидировании образуется за счет окисления поверхности металла, при этом формируются оксидные формы этого металла.

Проведенные исследования оптических характеристик МДО покрытий показали, что метод микродугового оксидирования позволяет получать ТРП покрытия классов «солнечные отражатели» (Лб до 0,87, Еп до 0,83), «истинные отражатели» (Лб до 0,34, Еп до 0,37) и «солнечные поглотители» (лб до 0,45, Еп до 0,8). Исследования спектральных коэффициентов отражения, поглощения и пропускания в ИК-области определялись на инфракрасном спектрофотометре типа ИКС-29 (в диапазоне длин волн 2.38...25 мкм). Интегральный коэффициент поглощения ИК-излу-чения (излучательная способность Еп) покрытия определялась на терморадиометре ТРМ-И или рассчитывалась по спектрам.

По результатам измерения сопротивления на тера-омметре Е6-13А, удельное сопротивление покрытий получаемых методом МДО колеблется в пределах от 1  104 до 1  108 Ом-м, что является предметом даль-