Научная статья на тему 'Изучение дисперсии частиц наноалюминия в составе ракетных топлив'

Изучение дисперсии частиц наноалюминия в составе ракетных топлив Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
151
73
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Белькова М.Е., Трушляков В.И.

Дисперсия алюминиевого порошка представляет собой процесс расположения частиц в полимерной матрице, являющейся основой изготовляемых образцов ракетных топлив. Исследование проводилось для последующего улучшения и совершенствования данного процесса на основании полученных результатов. Высокая степень дисперсии несомненно способствует получению требуемых результатов при тестировании образца. На основе полученных в ходе экспериментов данных был проведен анализ, по итогам которого сделаны выводы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Белькова М.Е., Трушляков В.И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Изучение дисперсии частиц наноалюминия в составе ракетных топлив»

Секция «Перспективные материалы и технологии»

4 8 12

Время обработки, с

Рис. 1. Зависимость величины прогиба от времени обработки

Рис. 2. Внешний вид поверхности после дробеструйной обработки под увеличением *50

Режим обработки:

- давление воздуха Р = 0,45 МПа;

- диаметр дроби ё = 0.315 мм,

- расход дроби В = 7,0 кг/мин,

- расстояние от сопла до обрабатываемой поверхности I = 130 мм.

Для заданных параметров дробеструйной обработки, кривая высоты дуги прогиба образца в зависимости от времени дробеструйной обработки позволяет определить значение интенсивности при стабилизации полученной кривой (рис. 1). Очевидно, что высота дуги прогиба образца, измеренной во время t = 24 с., составляет 18,5 мкм, что незначительно больше высо-

ты дуги прогиба образца, измеренной во время t = 12 с., т. е. нецелесообразно производить обработку более 12 с.

Охват поверхности выражается отношением площади обработанной поверхности следами дробеструйной обработки к общей площади обработки. Охват определяли визуально при помощи лупы десятикратного увеличения и под микроскопом. Необходимо подбирать режимы дробеструйного упрочнения таким образом, чтобы при достижении требуемого значения интенсивности при стабилизации кривой высоты дуги прогиба образца охват был полным (рис. 2).

© Бардинова С. Н., Безъязычный В. Ф., 2011

УДК 629.7.063

М. Е. Белькова Научный руководитель - В. И. Трушляков Омский государственный технический университет, Омск

ИЗУЧЕНИЕ ДИСПЕРСИИ ЧАСТИЦ НАНОАЛЮМИНИЯ В СОСТАВЕ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ

Дисперсия алюминиевого порошка представляет собой процесс расположения частиц в полимерной матрице, являющейся основой изготовляемых образцов ракетных топлив. Исследование проводилось для последующего улучшения и совершенствования данного процесса на основании полученных результатов. Высокая степень дисперсии несомненно способствует получению требуемых результатов при тестировании образца. На основе полученных в ходе экспериментов данных был проведен анализ, по итогам которого сделаны выводы.

Объектами исследования в ходе работы были образцы твердых ракетных топлив. Для практического применения разработанной последовательности изготовления и составляющих смесь компонентов была проведена исследовательская работа. Целью было изучение явления распределения частиц алюминия в

полимерной матрице, так как степень дисперсии существенно влияет на скорость горения готового образца топлива, изменяя КПД двигателя [3].

В ходе экспериментов было выяснено, что размер частиц алюминия влияет на его способность формировать агломераты: чем больше размер частицы, тем

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

ниже такая вероятность. Для изготовления образцов твердых ракетных топлив был выбран наноалюминий; степень притяжения его частиц друг к другу и, как следствие, образование кластеров, очень высока, поэтому были исследованы возможности снижения вероятности скопления частиц [2].

Для уменьшения размеров образованных коллоидов и исключения их формирования исследовалось влияние воздействия на топливную смесь ультразвука. Ультразвук - упругие звуковые колебания высокой частоты за пределом слышимости человеческого уха. Ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц [1]. Приготовление смесей с помощью ультразвука способствует гомогенизации их состава (однородности). В результате проведенных серий опытов выяснено, что оптимальным временем воздействия на смесь ультразвука является период времени 1 час. На рис. 1 представлены снимки, сделанные с помощью электронного микроскопа, на которых отчетливо видна разница между размерами агломератов в результате использования ультразвука.

Данными фотографиями наглядно представлен факт разрушения образованных частиц или значительное (двукратное) уменьшение их размеров.

Следующим фактором, оказывающим значительное влияние на способность частиц наноалюминия собираться в группы, является собственно состав сме-

си и процентное соотношение компонентов в ее составе. Это значит, что каждый элемент, составляющий образец топливной смеси должен содержаться в ней в рассчитанном количестве. Превышение доли одного из веществ изменяет состав топлива и меняет его свойства.

Влияние вакуума на топливную смесь также учитывалось в ходе анализа. Благодаря использованию вакуума исключается или сводится к минимуму попадание воздуха в топливную смесь. Воздушные пузырьки, проникая внутрь композиции, препятствуют последующему получению достоверных результатов. Кроме того, анализ полученных готовых образцов становится невозможным из-за расположения в структуре образца воздушных камер.

Еще одним способом повышения дисперсии алюминия в составе полимерной матрицы считается добавление к порошковой составляющей сажи. Дисперсия этого порошка в полимерной матрице имеет очень высокую степень, структура получается гомогенной. Так как известно, что частицы сажи активно взаимодействуют с наноалюминием, притягивая его к себе, то можно заключить, что применение такой добавки способно снизить риск возникновения агломератов или уменьшить их размер. На рисунке 2 представлены фотографии, отображающие дисперсию сажи в полимерной матрице, а также дисперсию алюминия при использовании сажи и без нее.

Рис. 1. Размеры коллоидов при использовании воздействия ультразвука в течение часа и получаса

Рис. 2. Дисперсия порошков в полимерной матрице: сажи, наноалюминия, наноалюминия + сажи

Секция ««Перспективные материалы и технологии»

В ходе проведенной работы были выявлены основные факторы, влияющие на возможность исключения образования агломератов из наночастиц алюминия, были разработаны способы повышения дисперсии алюминия в составе образцов ракетных топ-лив. В результате проведенного анализа усовершенствована процедура и последовательность приготовления образцов топлив, подобран оптимальный состав композиции и доля каждого из компонентов в составе смеси. Также был получен удовлетворительный результат относительно распределения частиц алюминия в полимерной матрице, выполнены требования,

предъявленные к образцам топливных смесей относительно размеров и количества агломератов.

Библиографические ссылки

1. URL: ru.wikipedia.org.

2. Alice Reina "Nanometric Powders Dispersion", Internal Report, SPLab, 23.09.2010.

3. Christian Paravan "HTPB-Binder Formulation and Production Procedure", Internal Report, SPLab, 15.07.2009.

© Белькова М. Е., Трушляков В. И., 2011

УДК 669.713.7

Е. С. Вострикова Научный руководитель - С. Ф. Тлустенко Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (национальный исследовательский университет), Самара

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПО МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ В ПРОЦЕССАХ ОМД

Рассмотрены вопросы установления оптимальных фазового состава и структуры, соотношения фаз титановых сплавов смешанной а-@ структуры и а-структуры, влияния термообработки на механические характеристики для обеспечения наиболее высоких характеристик механической обработки и качества изделий.

Титан и его сплавы по оптимальности конструкционных свойств отличаются небольшой плотностью, высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью. Изготовление конструкций из титановых сплавов требует разработки ресурсосберегающих технологических процессов из-за их низкой теплопроводности, высокой химической активности, ограниченных возможностей холодной деформации и пониженной обрабатываемости резанием по сравнению со сталями. Наиболее перспективным направлением является изготовление из титановых сплавов штампосварных конструкций из прогрессивных точных заготовок (профили, листы). Установление влияния деформации ковкой, штамповкой и листовой прокаткой, а также электроконтактного нагрева на свойства титановых сплавов в конструкциях является актуальной задачей. В зависимости от условий эксплуатации необходимо формирование структуры или а -твёрдого раствора, или смешанной структуры а + в твердого раствора.

Для обеспечения технологичности процессов ОМД при условии приемлемых свойств в механической обработке в металлургических процессах Т1, кроме А1, дополнительно легируется такими в-ста-билизаторами, как хром, молибден, марганец и др.

Исследования проведены на штампосварных конструкциях из псевдо- а-титанового сплава ВТ20 после различных видов штамповок и сварки.

Исследованию подвергали поковки одного типоразмера и одной и той же плавки после нескольких переходов ковки, штамповки, но с различной температурой окончательной штамповки на последнем переходе. [1]

0ценка механических свойств полуфабрикатов из сплава ВТ20 показывает, что чем меньше толщина

заготовки (листа, поковки, плиты, штамповки), тем выше временное сопротивление разрыву. Пластичность зависит от вида заготовок: например, у штамповок она выше, чем у поковок. Повышение прочностных характеристик полуфабрикатов из сплава ВТ20, как известно, связано с накоплением в них дефектов кристаллического строения в основном процессе пластической деформации (ковки, штамповки, прокатки).

Анализируя изменения механических свойств сварных соединений, можно качественно отметить, что как толщина свариваемых заготовок, так и вид сварки оказывают существенное влияние на накопление дефектов кристаллического строения и в конечном итоге на их свойства. Это в значительной степени обусловлено условиями поглощения водорода, кислорода и азота в процессе сварки, а также различным структурообразованием в зависимости от температурного режима сварки.

Результаты исследований влияния температуры окончательной штамповки на свойства титановых заготовок показали, что наилучшие механические свойства наблюдаются у заготовок, подвергавшихся окончательной штамповке в температурной области существования а-фазы, близкой к температуре а^в -превращения. Временное сопротивление разрыву у таких штамповок повысилось на 8 - 10% , а характеристики пластичности - в 1,5-2 раза по сравнению со штамповками, деформированными в области существования в-фазы. Кроме того, у штамповок, деформированных в области а-фазы, наблюдается стабильность, небольшой разброс и меньшая зависимость механических свойств от условий испытания.

При последеформационном отжиге титановых заготовок происходит уменьшение количества дефектов кристаллического строения в объеме металла, что

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.